磁悬浮轨道状态自动检测装置和方法制造方法及图纸

一种磁悬浮轨道状态自动检测装置和方法，用于磁悬浮轨道动态检测技术领域。本发明专利技术装置中，位移传感器、触发传感器均固定安装在测量架上，与高速数据采集卡相连，测量架通过前后固定螺栓固定在车辆车架上，高速数据采集卡输出端接到宽频数字滤波处理器输入端，宽频数字滤波处理器输出端接到形位误差计算处理器输入端，形位误差计算处理器输出端接到高速存储器。方法中，宽频数字滤波处理器采用差分数字滤波算法消除车载系统本身的振动，求取相邻两个传感器测量值之差，运用基于位移差值的形位误差算法即得到准确的形位误差值，实现车载式磁浮轨道状态的快速自动检测。本发明专利技术克服了车辆振动对检测精度的影响，自动检测速度快，精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种检测装置和方法，特别是一种，用于磁悬浮轨道动态检测

技术介绍
高速行驶的磁浮列车能够正常运行是由固定在高架轨道梁两侧的功能件实现磁浮导向和动力牵引。由于功能件是分段制造，在轨道梁上相互头尾相接连续安装，相邻功能件的几何偏差超过限值则将对磁浮列车的导向系统造成损害，从而可能造成重大的安全事故。因此有必要定期对功能件的形位误差进行检测。但是，迄今为止，可应用于磁悬浮轨道检测的技术和经验均较少。目前使用的磁浮轨道测量车运行速度只有1km/h，速度慢，效率低，几乎不能满足长距离连续检测轨道梁功能件安装误差的实际需要。如此低速行驶的主要原因是测量车上没有设置相匹配的减振装置及高效的数字滤波信号处理模块。对于轨道检测系统，要满足高速、高精度的要求，关键在于两点，其一是传感器的解析度，其二是消除车辆振动对精度的影响。经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为02113465，名称为“轨道状态检测装置”，叙述了一套采用红外线光源和线阵CCD接收装置的轨道不平顺测量系统。该系统为轨道状况自动检测而设计，但是该专利采用的红外线光源受到环境光照的影响大，直接影响测量精度。而且测量得到机车的加速度信息，该数据必然包含机车本身的振动模态，车速越大，振动越强，这样使得测量结果不能直接反映轨道的几何不平顺。因此这种技术在精度和速度上都不能满足磁浮轨道的测量要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种磁悬浮轨道状态自动检溅装置和方法。针对车载式的磁悬浮轨道检测的快速和高精度要求，本专利技术采用CCD激光位移传感器设计检测装置，应用差分数字滤波方法消除车辆振动，克服了现有车载轨检测量系统在精度、振动消除技术方面的不足。本专利技术使得车速可以远大于1km/h，而保证系统精度达到0.1毫米甚至0.01毫米，达到磁浮轨道快速自动检测的要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术提供一种磁悬浮轨道状态自动检测装置，包括前远隙位移传感器、前近隙位移传感器、后近隙位移传感器、后远隙位移传感器、触发传感器、扭转位移传感器、测量架、高速数据采集卡、宽频数字滤波处理器、形位误差计算处理器、高速存储器、前固定螺栓、后固定螺栓。前远隙位移传感器、前近隙位移传感器、后近隙位移传感器、后远隙位移传感器、触发传感器和扭转位移传感器均固定安装在测量架上，通过传感器输出信号线与高速数据采集卡相连。测量架通过前固定螺栓和后固定螺栓固定在车辆的车架上。触发传感器完成测量采集的同步以及确定轨道功能件的定位。高速数据采集卡输出端接到宽频数字滤波处理器输入端，宽频数字滤波处理器输出端接到形位误差计算处理器的输入端，形位误差计算处理器输出端接到高速存储器。随着车辆行驶，测量架沿着轨道移动。当触发传感器经过轨道功能件之间的缝隙时，其输出端由低电平跳转至高电平。高速数据采集卡接收到这个高电平信号，记录下这个时刻，并立即打开前远隙位移传感器、前近隙位移传感器、后近隙位移传感器、后远隙位移传感器、扭转位移传感器的工作开关，开始测量，测量数据输出至高速数据采集卡。高速数据采集卡将数据存储在高速存储器存中，并通知宽频数字滤波处理器，然后形位误差计算器接收到相邻位移差值，将计算的结果存储在高速存储器中。测量系统持续工作的时间预先设定在高速数据采集卡中，由卡中的定时器控制，时间一到，高速数据采集卡则关闭所有位移传感器工作开关。当触发传感器再次经过缝隙，高速数据采集卡再次触发，如此往复，实现整个轨道全程测量。本专利技术提供一种磁悬浮轨道状态自动检测的方法，具体为在车辆行驶中，采用高解析度位移传感器测量轨道功能件表面(滑行面、导向面、定子面)的高度变化值，高频数据采集卡采集测量数据传送给高频数字滤波处理器，再通过形位误差计算器得到轨道功能件的偏移量、坡度值和扭转量，然后对有效数据进行存储，宽频数字滤波处理器采用差分数字滤波算法消除车载系统本身的振动，求取相邻两个传感器测量值之差，该差值不受车辆振动的影响，这样形位误差处理器就能得到不受振动影响的测量数据，运用基于位移差值的形位误差算法即可以得到准确的形位误差值，实现车载式磁浮轨道状态的快速自动检测。本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术的装置随车辆在轨道上行驶，行驶速度远大于目前使用的1km/h。为了消除高速行驶带来的振动模态对测量精度的影响，宽频数字滤波处理器采用差分滤波方法，消除了车辆振动的高阶模态，保留零阶模态，为检测系统提供了需要的数据。这种滤波算法简单，效果显著，资源占用少，既可以在嵌入式系统中实现，也可以在车载计算机中实现。本专利技术应用触发传感器来同步测量数据的采集以及定位轨道功能件，避免在不必要测量之处收集大量无用的数据，既有效利用了系统CPU、存储器等资源，又避免了滤波器从海量数据中过滤得到少量有效数据的复杂运算，该触发传感器相当于实施了一次初级滤波。本专利技术应用解析度为微米级的高解析度位移传感器，使系统精度达到0.1毫米甚至0.01毫米，大大优于其他测量方法。附图说明图1本专利技术装置结构示意2本专利技术的测量架的左视图具体实施方式如图1所示，本专利技术包括前远隙位移传感器1、前近隙位移传感器2、后近隙位移传感器3、后远隙位移传感器4、触发传感器5、扭转位移传感器6、测量架7、高速数据采集卡8、宽频数字滤波处理器9、形位误差计算处理器10、高速存储器11、前固定螺栓12和后固定螺栓13。前远隙位移传感器1、前近隙位移传感器2、后近隙位移传感器3、后远隙位移传感器4、触发传感器5和扭转位移传感器6均固定安装在测量架7上，测量架通过前固定螺栓12和后固定螺栓13固定在车辆的车架上，传感器输出信号线与高速数据采集卡8相连。高速数据采集卡8输出端接到宽频数字滤波处理器9输入端，宽频数字滤波处理器9输出端接到形位误差计算处理器10的输入端，形位误差计算处理器10输出端接到高速存储器11。前远隙位移传感器1、前近隙位移传感器2、后近隙位移传感器3、后远隙位移传感器4、扭转位移传感器6均为高解析度位移传感器，触发传感器5为激光通过式传感器。它的作用为触发同步测量信号以及确定轨道功能件的定位。测量架7用于安装和固定传感器。该测量架可以是薄板、厚板或衍架结构，根据实际测量要求，可以是单轨单面(滑行面、导向面或定子面)测量架、单轨多面、或者双轨多面测量架。每个面上可选择安装前远隙位移传感器1、前近隙位移传感器2、后近隙位移传感器3、后远隙位移传感器4、触发传感器5或扭转位移传感器6。高速数据采集卡7根据实际需要可选择提供6到26个输入通道的同步数据采集。高速数据采集卡7是一块嵌入式集成电路板，该板可以集成宽频数字滤波处理器9、形位误差计算处理器10和高速存储器11的全部或部分，未集成的部分由计算机完成。宽频数字滤波处理器9和形位误差计算处理器10可以是两个单独的软件或硬件系统也可以合成为一个软件或硬件系统。本专利技术方法，在车辆行驶中，采用高解析度位移传感器测量轨道功能件表面(滑行面、导向面、定子面)的高度变化值，高频数据采集卡7采集测量数据传送给高频数字滤波处理器9，再通过形位误差计算器10得到轨道功能件的偏移量、坡度值和扭转量，然后对有效数据进行存储，宽频数字滤波处理器9采用差分数字滤波算法消除车载系统本身的振动，求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮轨道状态自动检测装置，包括：前远隙位移传感器（１）、前近隙位移传感器（２）、后近隙位移传感器（３）、后远隙位移传感器（４）、触发传感器（５）、扭转位移传感器（６）、测量架（７）、高速数据采集卡（８）、宽频数字滤波处理器（９）、形位误差计算处理器（１０）、高速存储器（１１）、前固定螺栓（１２）和后固定螺栓（１３），其特征在于，前远隙位移传感器（１）、前近隙位移传感器（２）、后近隙位移传感器（３）、后远隙位移传感器（４）、触发传感器（５）和扭转位移传感器（６）均固定安装在测量架（７）上，测量架通过前固定螺栓（１２）和后固定螺栓（１３）固定在车辆的车架上，传感器输出信号线与高速数据采集卡（８）相连，高速数据采集卡（８）输出端接到宽频数字滤波处理器（９）输入端，宽频数字滤波处理器（９）输出端接到形位误差计算处理器（１０）的输入端，形位误差计算处理器（１０）输出端接到高速存储器（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建武，陈俐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]