[发明专利]一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置与设计方法

权利要求书

1.一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置，其特征在于，所述的轨距动态变化监测装置包括单自由度体系(2)和外罩(3)，单自由度体系(2)固定在铁轨(1)翼缘处，外罩(3)罩在单自由度体系(2)外侧，并固定在铁轨(1)翼缘处，用于保护单自由度体系(2)；

所述的单自由度体系(2)包括质点(4)、杆件(5)、应变片(6)、加速度传感器A(7)、加速度传感器B(8)；所述的质点(4)为球形实体，质点(4)固定在杆件(5)的一端，杆件(5)的另一端固定在铁轨(1)的翼缘处；所述的加速度传感器A(7)固定在质点(4)的一侧，用于感应列车通过时质点(4)总的加速度响应；所述的加速度传感器B(8)固定在杆件(5)与铁轨(1)翼缘相连的一端，用于感应列车通过之前外界环境中的加速度响应；所述的应变片(6)粘贴于杆件(5)与铁轨翼缘相连的一端，用于获得单自由度体系(2)的应变进而获得质点(4)的相对位移；所述的杆件(5)的长度根据列车通过前采集到的外界环境的卓越频率确定，不同的单自由度体系中杆件(5)的长度不同。

2.根据权利要求1所述的一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置，其特征在于，所述的卓越频率由加速度传感器B(8)测得外噪声的加速度反应谱通过傅里叶频谱分析得到，卓越频率与杆件(5)的长度关系为：

其中，ω为卓越频率；E为杆件的弹性模量；I为杆件的截面惯性矩；L为杆件长度；ρ为杆件的密度，A为杆件的横截面积。

3.应用权利要求1或2所述的基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置的监测方法，其特征在于以下步骤：

第一步，在列车通过之前用激光测距仪量测出两条轨道之间的距离；

第二步，将某一型号的轨距动态变化监测装置固定在铁轨(1)的翼缘处，先行记录加速度传感器B(8)采集到外界环境中的加速度响应，计算环境震动的卓越频率，选出与环境的卓越频率相对应杆件型号的单自由度体系，将其重新固定在铁轨(1)翼缘处；

第三步：列车通过时，由于受到地震动的影响质点(4)产生加速度；质点(4)上的加速度传感器A(7)记录的总的加速度为a(t)，a(t)的值由帖放在质点(4)上的加速度传感器A(7)测得；

其中，a_g为变形加速度、为相对加速度；

根据应变片(6)测量的应变求出；

第四步，求变形加速度a_g以及铁轨变形量

质点(4)的相对位移u根据应变值与位移之间的关系求出，具体如下：

ε＝3EIu/EAL³

其中，ε为应变值、E为杆件的弹性模量、I为杆件的截面惯性矩、u为质点相对位移、A为杆件的截面面积、L为杆件长度；

由质点的相对位移u对时间进行两次微分得到质点的相对加速度并根据等式求出变形加速度a_g；

由变形加速度a_g对时间进行两次积分得到铁轨的变形量，即铁轨的位移；

第五步，对两条铁轨的位移求和得到轨距总的动态位移变化量，再与初始轨距求和可得到列车通过时的轨距，通过与规定的轨距相比较可判断现轨距是否在安全范围内。