一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國客貨鐵路運輸朝著高速化和重載化方向發展，客運列車的運行速度和貨運列車的牽引質量不斷提高，高速列車車輪振動加劇。為解決高速列車車輪存在的實際問題，越來越多的國內外學者通過建立高速列車車輪空間耦合振動模型，綜合考慮整個體系的各種因素，系統地分析高速列車車輪耦合振動的相互作用。為了更好的研究高速列車車輪在橫向、縱向以及垂向的空間耦合振動特性以及這種耦合振動對列車運行的影響，有必要設計一種操作簡單，攜帶方便，將橫向、縱向和垂向的振動加速度時域和波形集中到同一臺儀器上，并且可以實現三個方向上振動數據的實時輸出的測試方法。為了實現這種方法，要重點解決以下幾個問題:
(1)準確捕捉到高速列車車輪橫向、縱向和垂向的振動，排除可能出現的干擾信號，輸出可靠結果數據；
(2)由于車輪持續轉動，需要避免長電纜繞線問題；
(3)高速列車車輪轉速很高，測試人員盡量遠離測試現場，提高測試的安全性；
(4)測試儀器可便攜，操作簡單，界面直觀易用。
【發明內容】
[0003]為了得到高速列車車輪橫向、縱向和垂向的振動加速度時域和波形，滿足精確、實用、易于檢測的要求，本發明提供了一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法，該方法以三軸無線加速度傳感器為測試核心，通過螺紋將傳感器安裝在車輪的幅板上，由加速度傳感器的感應端拾取車輪橫向、縱向、垂向三個方向上的振動信號，并將3個方向上的振動模擬信號經放大、濾波后傳送到微處理器進行處理，輸出和加速度成正比的模擬電壓信號，電壓信號通過S P I接口與處理單元進行數據交換完成數據的無線傳輸，將數據傳輸到放在車體內的無線接收器，無線接收器通過USB連接線與個人電腦相連，在個人電腦屏幕上顯示橫向、縱向、垂向的加速度測試結果。該測試方法不僅能夠很好地測出各個方向上振動加速度時域和波形，而且測試儀器安裝方便、操作簡單、精準度高。
[0004]本發明所采用的技術方案是:三軸無線加速度傳感器的感應部位通過螺紋安裝在車輪的輻板上，利用感應部位內部的X，Y，Z三方向加速度傳感器，同時分別拾取車輪橫向、縱向、垂向三個方向的振動信號，并將三個方向上的振動模擬信號經放大器放大、再經源二階低通濾波器的處理，提高信噪比后通過信號處理單元進行處理和儲存得到電信號，無線發送模塊通過SPI接口與處理單元進行數據交換完成數據的無線傳輸。將數據傳輸到放在車體內的無線接收器，接收器通過USB連接線將數據信息傳入到裝有軟件的計算機上，工作人員可以通過打開計算機中的軟件輸出橫向、縱向、垂向三個方向上的加速度波形，從而得出車輪三個方向上的振動情況。該方法安裝方便、操作簡單、精準度高，測試結果可實時無線傳輸，消除了長電纜繞線問題。
[0005]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
(I)可以同時精確地測量高速列車車輪橫向、縱向和垂向的振動加速度時域和波形。
[0006](2)無線發送模塊通過SPI接口與處理單元進行數據交換完成數據的無線傳輸，能將測試結果通過無線接收器實時傳輸到安裝有配套軟件的移動終端筆記本電腦上，實測最大傳輸距離(室外)達500m，測試時工作人員不需在測試現場，保證了測試過程的安全。
[0007](3)消除了長電纜傳輸帶來的噪音干擾，使得測量結果更加準確。
[0008](4)接收器和電腦放在車體內，數據的輸出不受列車運行的影響。
[0009](5)測試儀安裝方便、便于攜帶，操作簡單，界面直觀一目了然，大幅減少了工作人員的工作量，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的儀器外觀示意圖。
[0011 ]圖2為本發明中三軸無線加速度傳感器外觀示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
如附圖1、附圖2所示，本發明在工作時使用的儀器由三軸無線加速度振動傳感器、接收器、USB連接線、計算機處理端等組成。
[0013]本發明的工作方法如下:
將三軸加速度無線傳感器(4)通過螺紋安裝在高速列車車輪(2)的輻板上，傳感器由2節電壓為3.6 V的鋰電池提供電源，車輪在鋼軌(5)上運行時，高速列車車輪在橫向、縱向、垂向都會發生振動，X，Y，Z三個方向上的傳感器感應部位(9)中單集成芯片內的慣性質量塊在高速列車車輪空振動的作用下與被檢測電極間的空隙發生改變，從而分別拾取車輪上三個方向上的振動信號，并將3個方向上的振動模擬信號經放大器放大、再經源二階低通濾波器的處理，提高信噪比后傳送到微處理器進行處理為電信號。電信號傳入數據處理單元進行數據處理和數據儲存，數據處理單元并與無線發送模塊配合使用，無線發送模塊(12)通過SPI接口與處理單元進行數據交換完成數據的無線傳輸。將數據傳輸到放在車體內的無線接收器(6)，接收器通過USB連接線(7)將數據信息傳入到裝有軟件的計算機(8)上，工作人員可以通過打開計算機中的軟件輸出橫向、縱向、垂向三個方向上的加速度波形，從而得出車輪三個方向上的振動情況。
[0014]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改造，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法，其特征在于利用三軸無線加速度傳感器(4)同時分別拾取車輪橫向、縱向、垂向三個方向的振動信號，經數據處理得到電信號，通過無線信號發送給無線接收器(6)，接收器通過USB連接線(7)將數據信息傳入到裝有軟件的計算機上，工作人員可以通過打開計算機中的軟件輸出橫向、縱向、垂向三個方向上的加速度波形，從而得出車輪在三個方向上的振動情況。2.根據權利要求1所述的一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法，其特征在于:三軸無線加速度傳感器(4)的感應部位(9)通過螺紋安裝在車輪的輻板上，感應部位(9)內部具有X，Y，Z三方向加速度傳感器，則可同時分別拾取到車輪橫向、縱向、垂向三個方向的振動信號，并輸出振動信號。3.根據權利要求1所述的一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法，其特征在于:振動信號通過信號處理單元(10)進行處理和儲存后得到電信號，處理單元(10)通過SPI接口與無線發送模塊(12)進行數據交換，并且將數據傳輸到無線發送模塊(12);發射端(11)通過無線信號將數據傳給無線接收器(6)，接收器通過USB導線(7)將數據最終顯示上計算機上(8)，即可完成高速列車車輪空間耦合振動測試。
【專利摘要】本發明公開了一種高速列車車輪空間耦合振動測試的新方法。該方法利用三軸無線加速度傳感器感應部位上X,Y,Z三方向加速度傳感器，同時分別拾取車輪橫向、縱向、軸向三個方向的振動信號，并將三個方向上的振動模擬信號經放大器放大、再經源二階低通濾波器的處理，提高信噪比后通過信號處理單元進行處理和儲存得到電信號，無線發送模塊通過SPI接口與處理單元進行數據交換完成數據的無線傳輸。將數據傳輸到放在車體內的無線接收器，接收器通過USB連接線將數據信息傳入到裝有軟件的計算機上，工作人員可以通過打開計算機中的軟件輸出橫向、縱向、垂向三個方向上的加速度波形，從而得出車輪三個方向上的振動情況。該方法安裝方便、操作簡單、精準度高，測試結果可實時無線傳輸，消除了長電纜繞線問題。
【IPC分類】G01H1/12, G01H1/00
【公開號】CN105547451
【申請號】CN201610044063
【發明人】肖乾, 方姣, 昌超, 鄭繼峰
【申請人】華東交通大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月22日