一种车载式振噪结合病害监测系统及其使用方法与流程

1.本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种车载式振噪结合病害监测系统及其使用方法。


背景技术：

2.城市轨道交通具有小半径曲线多、行车密度大、减振需求高从而轨道系统刚度较低、轨道系统刚度过渡频繁、轨道结构种类多等特点，随着轨道交通线路服役时间的增加，在冲击、疲劳效应等因素的作用下，车辆、轨道的服役性能状态连续变化，车辆系统状态、轨道系统状态的变化直接影响振动噪声控制成效、行车安全性和舒适性。因此，有必要对车辆、轨道服役状态进行实时监测。
3.车载式车辆、轨道状态监测是一种便捷性高、实时性好、成本较低的监测技术，每一列车开行一次便可以获取全线范围的车内振动噪声状况，通过对采集到的振动噪声信号进行深度后处理，可为实时感知车辆、轨道性能状态提供支持。但是目前尚未出现一套完善的用于轨道交通监测全线范围的车内振动及噪声状况的系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种车载式振噪结合病害监测系统及其使用方法，弥补现有技术的不足，为实现对车辆、轨道病害的快速识别提供帮助。
5.本发明的是通过以下技术方案实现的：一种车载式振噪结合病害监测系统，包括车载振动及噪声监测子系统和车辆轨道病害识别分析子系统；所述的车载振动及噪声监测子系统包括振动传感器、噪声传感器、信号采集模块、网络连接模块、电池组件；所述的振动传感器和和噪声传感器安装与车厢内；信号采集模块安装于列车控制室内，并与列车控制中心连接；网络连接模块实现各个模块之间的数据通信；电池组件为传感器以及各个模块供电；所述的车辆轨道病害识别分析子系统制成单片机，安装于车载振动及噪声监测子系统中，通过网络连接模块与车载振动及噪声监测子系统连接。
6.作为本发明的进一步改进，所述的信号采集模块通过自带操作面板或定制操作面板完成采集参数设置；信号采集模块的操作面板可完成传感器灵敏度系数、供电模式、采样频率、信号存储与传输参数、设备自启动及休眠时间、设备自平衡参数的设置。
7.作为本发明的进一步改进，所述的车辆轨道病害识别分析子系统还可以制成单片机安装于室内服务器中，通过网络连接模块与车载振动及噪声监测子系统连接。
8.同时，本发明还提供了所述的车载式振噪结合病害监测系统的使用方法，包括以下步骤：（1）通过车载振动及噪声监测子系统，对运行天数不少于30天，运行范围不少于20公里并且处于正常状态的车辆、轨道所采集的振动数据和噪声为基准数据；
（2）对车载振动及噪声监测子系统获取的基准数据开展后处理分析，包括做hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，得到频谱随时间的变化图形、1/3倍频谱各中心频率对应的振动加速度级随时间的变化曲线、1/3倍频谱各中心频率对应的声压级随时间的变化曲线、z振级随时间的变化曲线、a声级随时间的变化曲线；（3）通过求算术平均值等统计分析方法，基于基准数据的计算结果，获得单列列车单次跑完线路全长这一时间历程上前述指标随时间变化的统计曲线，命名为为基准统计曲线，基准统计曲线上的数值叫做基准值；（4）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路历程进行实时定位；当列车运行过程中，某时刻对应的振动加速度级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值，或1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值时，而其余90%以上时刻均与统计曲线对应的基准值高度吻合，则初步认定该位置的轨道结构存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素；（5）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动数据及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路历程进行实时定位，当列车运行过程中，90%以上时刻对应的振动加速度级，或90%以上时刻1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应的基准值，则可以初步认定当前运行的车辆存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素。
9.与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：本发明提供的车载式振噪结合病害监测系统及其方法，通过对车内振动噪声进行实时监测和计算分析，可以实时感知车辆、轨道服役状态，为实现对车辆、轨道病害的快速识别提供帮助。相比轨旁监测技术，车载式监测方式具备便捷性更高、成本更低的特点。
附图说明
10.图1为实施例中车载式振噪结合病害监测系统的构架图。
11.图2为实施例中列车运行过程中的实时hilbert谱图。
12.图3为实施例中列车运行过程中的1/3倍频程各中心频率对应的振动加速度级随时间的变化曲线。
13.图4为实施例中列车运行过程中的z振级随时间的变化曲线。
实施方式
14.下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
15.一种车载式振噪结合病害监测系统，包括车载振动及噪声监测子系统和车辆轨道病害识别分析子系统。
16.所述的车载振动及噪声监测子系统如图1所示，包括振动传感器、噪声传感器、信号采集模块、网络连接模块、电池组件；所述的振动传感器和和噪声传感器安装与车厢内；
信号采集模块安装于列车控制室内，并与列车控制中心连接；网络连接模块实现各个模块之间的数据通信；电池组件为传感器以及各个模块供电。
17.所述的信号采集模块通过自带操作面板或定制操作面板完成采集参数设置；信号采集模块操作面板可完成传感器灵敏度系数、供电模式、采样频率、信号存储与传输参数、设备自启动及休眠时间、设备自平衡参数的设置。
18.所述的车辆轨道病害识别分析子系统制成单片机，安装于车载振动及噪声监测子系统中，通过网络连接模块与车载振动及噪声监测子系统连接。
19.所述的车载式振噪结合病害监测系统的使用方法，包括以下步骤：（1）通过车载振动及噪声监测子系统，对运行天数不少于30天，运行范围不少于20公里并且处于正常状态的车辆、轨道所采集的振动数据和噪声为基准数据；（2）对车载振动及噪声监测子系统获取的基准数据开展后处理分析，包括做hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，得到如图2所示的频谱随时间的变化图形、如图3所示的1/3倍频谱各中心频率对应的振动加速度级随时间的变化曲线、1/3倍频谱各中心频率对应的声压级随时间的变化曲线、如图4所示的z振级随时间的变化曲线、a声级随时间的变化曲线；（3）通过求算术平均值等统计分析方法，基于基准数据的计算结果，获得单列列车单次跑完线路全长这一时间历程上前述指标随时间变化的统计曲线，命名为基准统计曲线，基准统计曲线上的数值叫做基准值；（4）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路里程进行实时定位；当列车运行过程中，某时刻对应的振动加速度级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值，或1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值时，而其余90%以上时刻均与统计曲线对应的基准值高度吻合，则初步认定该位置的轨道结构存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素；（5）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动数据及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路里程进行实时定位，当列车运行过程中，90%以上时刻对应的振动加速度级，或90%以上时刻1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应的基准值，则可以初步认定当前运行的车辆存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素。
20.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同历程，这种修改或等同历程也应视为落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种车载式振噪结合病害监测系统，其特征在于：包括车载振动及噪声监测子系统和车辆轨道病害识别分析子系统；所述的车载振动及噪声监测子系统包括振动传感器、噪声传感器、信号采集模块、网络连接模块、电池组件；所述的振动传感器和和噪声传感器安装与车厢内；信号采集模块安装于列车控制室内，并与列车控制中心连接；网络连接模块实现各个模块之间的数据通信；电池组件为传感器以及各个模块供电；所述的车辆轨道病害识别分析子系统制成单片机，安装于车载振动及噪声监测子系统中，通过网络连接模块与车载振动及噪声监测子系统连接。2.根据权利要求1所述的车载式振噪结合病害监测系统，其特征在于：所述的信号采集模块通过自带操作面板或定制操作面板完成采集参数设置；信号采集模块的操作面板可以完成传感器灵敏度系数、供电模式、采样频率、信号存储与传输参数、设备自启动及休眠时间、设备自平衡参数的设置。3.根据权利要求1所述的车载式振噪结合病害监测系统，其特征在于：所述的车辆轨道病害识别分析子系统制成单片机安装于室内服务器中。4.如权利要求1-3任一所述的车载式振噪结合病害监测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）通过车载振动及噪声监测子系统，对运行天数不少于30天，运行范围不少于20公里并且处于正常状态的车辆、轨道所采集的振动数据和噪声为基准数据；（2）对车载振动及噪声监测子系统获取的基准数据开展后处理分析，包括做hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，得到频谱随时间的变化图形、1/3倍频谱各中心频率对应的振动加速度级随时间的变化曲线、1/3倍频谱各中心频率对应的声压级随时间的变化曲线、z振级随时间的变化曲线、a声级随时间的变化曲线；（3）通过求算术平均值等统计分析方法，基于基准数据的计算结果，获得单列列车单次跑完线路全长这一时间历程上前述指标随时间变化的统计曲线，命名为为基准统计曲线，基准统计曲线上的数值叫做基准值；（4）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路历程进行实时定位；当列车运行过程中，某时刻对应的振动加速度级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值，或1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应该位置的基准值时，而其余90%以上时刻均与统计曲线对应的基准值高度吻合，则初步认定该位置的轨道结构存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素；（5）在基准统计曲线获取之后的后续运营中，实时采集振动数据及噪声数据，并对它们进行实时的hht时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，同时对列车所在位置的线路历程进行实时定位，当列车运行过程中，90%以上时刻对应的振动加速度级，或90%以上时刻1/3倍频谱某中心频率对应的声压级或z振级或a声级显著偏离基准统计曲线上对应的基准值，则可以初步认定当前运行的车辆存在影响车辆-轨道系统振动响应的病害因素。

技术总结
本发明提供一种车载式振噪结合病害监测系统及其使用方法，包括车载振动及噪声监测子系统和车辆轨道病害识别分析子系统，通过HHT时频分析、以1s为时间计权常数的1/3倍频分析，获取单列列车单次跑完线路全长这一时间历程上指标随时间变化的统计曲线，以车辆、轨道均处于正常状态的条件下若干列车运行历程所采集数据的统计值为基准统计曲线，基准统计曲线上的数值叫做基准值，以列车运行中某时刻对应的数据与基准统计曲线上的基准值是否吻合来判断列车或轨道是否存在病害。本发明可以实时感知车辆、轨道服役状态，为实现对车辆、轨道病害的快速识别提供帮助。害的快速识别提供帮助。害的快速识别提供帮助。


技术研发人员：李秋义 朱彬 叶国东 罗伟 郜永杰 张政 陈更 林超 李路遥 叶松 张世杰 肖治群 杨尚福 牛亚文
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/5/9