一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，包括以下步骤：1)悬浮架沿轨道运动方向上依次设置四个间隙传感器；2)建立参考坐标系；3)根据间隙传感器测量的间隙值和间隙传感器的设置位置得到四个间隙测点相对于悬浮架的坐标；4)根据四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取同一时刻四个间隙测点的第一拟合直线，再根据四个间隙测点与对应第一拟合直线的偏差值获取中低速磁浮轨道在当前时刻所处位置的四点直线度。与现有技术相比，本发明专利技术充分利用列车悬浮控制设备，通过悬浮控制传感器，以悬浮磁铁模块为“尺”，高效准确的检测磁浮轨道的直线度、错台、折角等不平顺内容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中低速磁浮系统轨道检测技术，尤其是涉及一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法。
技术介绍
中低速磁浮交通作为一种新型的轨道交通制式，具有选线灵活，转弯半径小、爬坡能力强等优点。目前中低速磁浮在北京、长沙等城市正在进行工程建设。由于中低速磁浮的F型轨道和传统轨道交通的工字型轨道形面相比有所不同，传统的轨道交通轨道检测设备不能满足中低速磁浮轨道检测的要求。此外，用于施工验收阶段的轨道测量方法一般需要较长时间，难以满足运营维护阶段的快速检测或监测要求，因此需要开发适合轨道维护检查的轨道监测方法。悬浮控制系统是整个中低速磁浮交通系统的核心，主要包括悬浮传感器、悬浮控制器、悬浮斩波器以及电源等辅助设备。悬浮系统由电磁铁、F轨、斩波器及控制单元、间隙检测传感器组成，利用车载电磁铁与导轨之间的吸引力悬浮列车。电磁铁用于产生电磁力，提供悬浮和导向功能；斩波器及控制单元通过控制电磁铁中的电流确保系统稳定运行，其悬浮间隔约为6～10mm。中低速磁浮列车上间隙信号是通过涡流传感器测得的。电感线圈在高频信号的作用下感应出高频电磁场，金属反应板表面在这个高频磁场中产生闭合流动的感应电流，这就是涡流。线圈又在涡流产生的磁场作用下改变了电感，从而检测出传感器探头与轨道之间的间隙。中低速磁浮的轨道不平顺将对车辆的运行产生影响。一方面，轨道不平顺会影响乘客的舒适性。悬浮控制系统在检测轨道间隙时磁浮轨道不平顺将会导致列车悬浮架的大幅度振动，通过空气弹簧传递到车辆上时也将导致车辆在运行中的振动而降低乘客的舒适性。另一方面，轨道不平顺也会影响车辆运行的安全性。轨道结构的大幅度变形将超过列车的运行限界，导致在列车运行过程中与车辆结构发生擦碰，使车辆结构和轨道结构发生破损，严重时可造成列车的无法运行和安全事故。中低速磁浮的轨道不平顺，可以分为轨排不平顺和接缝不平顺。轨排不平顺是指在同一F轨轨排上，轨道结构在车辆荷载、外部扰动等因素的的长期作用下发生形变，轨道结构的直线度将发生变化。在轨道接缝处，由于列车荷载作用和基础不均匀沉降等因素造成相邻轨道之间的错台偏差和折角偏差。国内外工程化应用的磁浮领域的轨道检测设备主要采用基于惯性基准法的轨道检测方法、基于弦测法的轨道检测方法或与静态测量相结合的轨道检测方法。其中，惯性基准法的轨道检测系统包括上海磁浮示范线上采用的轨道梁功能面长波检测系统(GMS系统)、国防科技大学的中低速磁浮F轨几何参数测量系统(FMS01系统)、西南交通大学的基于双传感器的低速磁浮轨道不平顺检测方法等，采用惯性基准法，在速度较低时测量误差较大，此外，加速度信号的质量和滤波导致的相位错误也对整个轨道检测系统产生一定误差；基于弦测法的轨道检测系统包括中南大学的中低速磁浮便携式轨检系统等，该系统主要存在问题为，采用弦测法但是没有通过传递函数的修正，测量误差随测量里程的增大而增大，并且没有和静态测量数据进行对比，缺乏校验；与静态测量相结合的轨道检测方法包括上海磁浮示范线上的线路轨道自动化检测设备(AIE系统)，韩国中低速磁浮的轨道几何测量系统等，与静态测量相结合的轨道检测方法相当于是一种大地测量的简化，提高了大地测量的效率。但检测速度依然较慢，难以满足线路运营后对于轨道快速监测评价的需要。在中低速磁浮领域，现有的轨道检测方法都是基于专用的轨道检测设备，在列车运营的过程中难以同时运行。此外，一方面，现有的轨道检测方法部分基于惯性基准法，经验证在列车运行速度较低时存在较大误差。另一方面，对于基于弦测法的轨道检测设备，主要采用手推式的准静态的测量，检测效率较低。因此，目前中低速磁浮领域需要开发适合轨道维护检查的轨道动态监测方法，以满足中低速磁浮快速轨道监测的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，充分利用列车悬浮控制设备，通过悬浮控制传感器，以悬浮磁铁模块为“尺”，高效准确的检测磁浮轨道的直线度、错台、折角等不平顺内容。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法包括以下步骤：1)悬浮架沿轨道运动方向上依次设置四个间隙传感器，并顺序编号，四个间隙传感器实时测量获取对应间隙测点的间隙值；2)建立参考坐标系，其中，悬浮架的运动方向为x轴方向，z轴垂直于悬浮架；3)根据间隙传感器测量的间隙值和间隙传感器的设置位置得到四个间隙测点相对于悬浮架的坐标；4)根据四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取同一时刻四个间隙测点的第一拟合直线，再根据四个间隙测点与对应第一拟合直线的偏差值获取中低速磁浮轨道在当前时刻所处位置的四点直线度f，满足以下公式：f＝|Emax-Emin|式中，Emax表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最大偏差值，Emin表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最小偏差值，四点直线度用于评价轨道不平顺的程度。该方法还包括获取中低速磁浮轨道在轨缝处的错台偏差的步骤，具体为：若当前时刻为第四个间隙传感器通过轨缝且第三个间隙传感器未通过轨缝的时刻，则获取当前时刻四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取当前时刻的前三个间隙测点的第二拟合直线，以当前时刻的第四个间隙测点与对应第二拟合直线的偏差作为中低速磁浮轨道在轨缝处的错台偏差，错台偏差用于评价相邻轨道之间不平顺的程度。该方法还包括获取中低速磁浮轨道在轨缝处折角偏差的步骤，具体为：若当前时刻为第四个间隙传感器通过轨缝且第三个间隙传感器未通过轨缝的时刻，则获取当前时刻四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，以及上一时刻第四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取当前时刻的前三个间隙测点的第二拟合直线，同时采用最小二乘法拟合获取前后两个时刻的第四个间隙测点的第三拟合直线，以第二拟合直线与第三拟合直线相交的角度作为中低速磁浮轨道在轨缝处的折角偏差，折角偏差用于评价相邻轨道之间不平顺的程度。以间隙值的突变状况来判断当前时刻是否为第四个间隙传感器通过轨缝且第三个间隙传感器未通过轨缝的时刻。所述间隙传感器采用悬浮架上设置的悬浮控制器。所述四个间隙传感器均分为两组，两组间隙传感器分别沿轨道运动方向设置在悬浮架的两端。获取间隙测点的间隙值的同时，还获取GPS定位信号，通过间隙值突变状况以及GPS定位信号将间隙值与轨道的里程相匹配，进而将检测结果与轨道的里程相匹配。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提出了“以车为尺”检测轨道的方法，避免了惯性基准法的低速检测误差较大的问题和列车运行的动力学问题，更大限度地化简了监测方法，以车辆为主体，基于悬浮架对于线路的相对测量数据，检测出中低速磁浮线路的错台偏差和折角偏差，为线路的平顺性提供重要评价标准，通过车载轨道检测系统的反馈，及时调整线路几何参数，以保证列车运行的安全性并提升列车运行的舒适性。2、本专利技术提出了四点直线度的轨道检测方法，在监测过程中以悬浮磁铁模块为“尺”，用四个悬浮间隙传感器的测量值通过最小二乘法拟合直线，并计算各点距拟合直线的偏差，四点中偏差最大值(正数)和偏差最小值(负数)之差即为四点直线度，该四点直线度可直接、准确地反映在一个悬浮架范围内轨道的不平顺程度，无需考虑速度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)悬浮架沿轨道运动方向上依次设置四个间隙传感器，并顺序编号，四个间隙传感器实时测量获取对应间隙测点的间隙值；2)建立参考坐标系，其中，悬浮架的运动方向为x轴方向，z轴垂直于悬浮架；3)根据间隙传感器测量的间隙值和间隙传感器的设置位置得到四个间隙测点相对于悬浮架的坐标；4)根据四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取同一时刻四个间隙测点的第一拟合直线，再根据四个间隙测点与对应第一拟合直线的偏差值获取中低速磁浮轨道在当前时刻所处位置的四点直线度f，满足以下公式：f＝|Emax‑Emin|式中，Emax表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最大偏差值，Emin表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最小偏差值，四点直线度用于评价轨道不平顺的程度。

【技术特征摘要】
1.一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)悬浮架沿轨道运动方向上依次设置四个间隙传感器，并顺序编号，四个间隙传感器实时测量获取对应间隙测点的间隙值；2)建立参考坐标系，其中，悬浮架的运动方向为x轴方向，z轴垂直于悬浮架；3)根据间隙传感器测量的间隙值和间隙传感器的设置位置得到四个间隙测点相对于悬浮架的坐标；4)根据四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取同一时刻四个间隙测点的第一拟合直线，再根据四个间隙测点与对应第一拟合直线的偏差值获取中低速磁浮轨道在当前时刻所处位置的四点直线度f，满足以下公式：f＝|Emax-Emin|式中，Emax表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最大偏差值，Emin表示四个间隙测点中与第一拟合直线的最小偏差值，四点直线度用于评价轨道不平顺的程度。2.根据权利要求1所述的一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，其特征在于，该方法还包括获取中低速磁浮轨道在轨缝处的错台偏差的步骤，具体为：若当前时刻为第四个间隙传感器通过轨缝且第三个间隙传感器未通过轨缝的时刻，则获取当前时刻四个间隙测点相对于悬浮架的坐标，采用最小二乘法拟合获取当前时刻的前三个间隙测点的第二拟合直线，以当前时刻的第四个间隙测点与对应第二拟合直线的偏差作为中低速磁浮轨道在轨缝处的错台偏差，错台偏差用于评价相邻轨道之间不平顺的程度。3.根据权利要求1所述的一种基于四传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国斌，毕晟，荣立军，徐俊起，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31