高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法。该系统包括：振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测铁路轨道的振动信息，并将振动信息发送至数据处理模块；温度监测模块设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块；数据处理模块用于根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。本发明专利技术能够对高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测。轨道板变形及损伤进行实时准确监测。轨道板变形及损伤进行实时准确监测。

【技术实现步骤摘要】
高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及铁路轨道监测
，尤其涉及一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法。

技术介绍

[0002]高速铁路的无砟轨道是保证高速铁路可靠运行的重要轨道结构。
[0003]然而，无砟轨道的轨道板在受到温度和列车荷载作用时会产生变形，随着运行时间的增加，轨道板变形将演变为翘曲、开裂、脱离等各种形式的损伤，这些类型的损伤一旦达到一定程度，将严重影响高速铁路轨道结构的稳定性和使用性能。因此，对无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测，对保证列车安全运行具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法，以对高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，包括：
[0006]振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；
[0007]振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测铁路轨道的振动信息，并将振动信息发送至数据处理模块；
[0008]温度监测模块设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块；
[0009]数据处理模块用于根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
[0010]在一种可能的实现方式中，数据处理模块用于：
[0011]根据振动信息确定列车的行驶速度；
[0012]计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
[0013]在一种可能的实现方式中，数据处理模块用于：
[0014]对振动信息进行小波包分析，得到振动信息的总能量；其中，总能量为多个不同频带的频带能量累加和；
[0015]从总能量中提取特征频带的频带能量；
[0016]将特征频带的频带能量与总能量的比值作为第一指标，并根据温度信息对第一指标进行调整，得到第二指标；
[0017]判断第二指标与预设的标准指标的大小关系，若第二指标大于标准指标，则判定铁路轨道受损，若第二指标不大于标准指标，则判定铁路轨道未受损。
[0018]在一种可能的实现方式中，振动监测模块包括：
[0019]多个振动加速度传感器；
[0020]多个振动加速度传感器按照铁路轨道的方向依次排列在铁路轨道的路基上，且各个振动加速度传感器之间相隔预设距离；
[0021]多个振动加速度传感器用于监测铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块。
[0022]在一种可能的实现方式中，数据处理模块还用于：
[0023]以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作为列车到达时刻；
[0024]以所有振动加速度的幅值均小于预设阈值的时刻作为列车离开时刻；
[0025]根据列车到达时刻和列车离开时刻计算列车的行驶速度
[0026][0027]式中，v为列车的行驶速度，n为振动加速度传感器的数量，L为预设距离，t2为列车离开时刻，t1为列车到达时刻，l为列车的长度。
[0028]在一种可能的实现方式中，预设阈值为各个振动加速度对应的噪声幅值的20％。
[0029]在一种可能的实现方式中，振动加速度传感器为宽频带光纤振动加速度传感器，宽频带光纤振动加速度传感器采集铁路轨道的振动加速度信号；
[0030]相应的，振动监测模块还包括：
[0031]加速度信号解调仪；
[0032]加速度信号解调仪对宽频带光纤振动加速度传感器采集的振动加速度信号进行解调，得到铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块。
[0033]在一种可能的实现方式中，温度监测模块包括：
[0034]分布式温度感测光纤和分布式光纤测温主机；
[0035]分布式温度感测光纤用于采集铁路轨道的温度信号；
[0036]分布式光纤测温主机用于从温度信号中提取铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块。
[0037]第二方面，本专利技术实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测方法，该方法应用于上述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，该方法包括：
[0038]监测列车经过时铁路轨道的振动信息；
[0039]监测铁路轨道的温度信息；
[0040]根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
[0041]在一种可能的实现方式中，根据振动信息确定特征频带，包括：
[0042]根据振动信息确定列车的行驶速度；
[0043]计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
[0044]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0045]本专利技术实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，通过监测列车经过时铁路轨道的振动信息和温度信息，根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。区别于现有技术中通过分析振动信息的幅值或固定频带特征的方法，本专利技术实施例一方面
根据振动信息动态选择特征频带，另一方面从振动信息中提取特征频带对应的频带能量作为损伤判断指标，能够准确检测出高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤。并且，本专利技术实施例还进一步将该损伤判断指标与温度信息结合进行分析，充分考虑温度因素对轨道板的影响，进一步提高轨道板变形及损伤的检测精度。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1是本专利技术实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统的结构示意图；
[0048]图2是本专利技术实施例提供的铁路轨道结构及系统布置示意图；
[0049]图3是本专利技术实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0050]为了使本
的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
[0051]本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，包括：振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；所述振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测所述铁路轨道的振动信息，并将所述振动信息发送至所述数据处理模块；所述温度监测模块设置在所述铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测所述铁路轨道的温度信息，并将所述温度信息发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块用于根据所述振动信息确定特征频带，并从所述振动信息中提取所述特征频带对应的频带能量；以及，根据所述特征频带对应的频带能量和所述温度信息，判断所述铁路轨道是否受损。2.如权利要求1所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述数据处理模块用于：根据所述振动信息确定所述列车的行驶速度；计算所述行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到所述列车的振动频率，并将所述振动频率所在的频带确定为特征频带。3.如权利要求1所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述数据处理模块用于：对所述振动信息进行小波包分析，得到所述振动信息的总能量；其中，所述总能量为多个不同频带的频带能量累加和；从所述总能量中提取所述特征频带的频带能量；将所述特征频带的频带能量与所述总能量的比值作为第一指标，并根据所述温度信息对所述第一指标进行调整，得到第二指标；判断所述第二指标与预设的标准指标的大小关系，若所述第二指标大于所述标准指标，则判定所述铁路轨道受损，若所述第二指标不大于所述标准指标，则判定所述铁路轨道未受损。4.如权利要求1所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述振动监测模块包括：多个振动加速度传感器；所述多个振动加速度传感器按照所述铁路轨道的方向依次排列在所述铁路轨道的路基上，且各个振动加速度传感器之间相隔预设距离；所述多个振动加速度传感器用于监测所述铁路轨道的振动加速度，并将所述振动加速度作为振动信息发送至所述数据处理模块。5.如权利要求4所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于：以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨怀志，杜彦良，张建祥，黄稳柱，张文涛，魏峰，宋颖，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所中国国家铁路集团有限公司石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：