[发明专利]一种用于测量轨道车辆与钢轨相对偏移的系统及方法

说明书

本发明涉及非接触式位移测量装置，公开了一种用于测量轨道车辆与钢轨相对偏移的系统及方法，以非接触式方式测量车体与钢轨之间的偏移关系，达到测量精准，工程实用价值高的目的；本发明的系统包括永磁体，设置在车体相对钢轨正上方的任意位置；磁阻式传感器，设置在车体相对钢轨正上方的任意位置，用于采集固定点的磁感应强度变化；数据处理器，用于建立三维坐标系，录入各磁阻式传感器与钢轨参考点的初始位置关系，并建立各磁阻式传感器与钢轨参考点之间的位置变化与磁感应强度变化之间的映射关系，并根据映射关系和相应磁阻式传感器的采集数据计算得出车体与钢轨之间的偏移关系。

技术领域

本发明涉及非接触式位移测量装置，尤其涉及一种用于测量轨道车辆与钢轨相对偏移的系统及方法。

背景技术

轨道车辆运行过程中，受风载荷、轮轨相互作用等多种因素影响，车体会产生多种型式的振动，振动造成车体相对钢轨产生横向和垂向偏移。准确测量偏移，对于确定车辆动态限界、监测车辆运行安全状态等具有重要意义。

现有的轨道车辆车体-钢轨相对偏移测量技术主要采用激光测距和机器视觉方案，一方面采用激光二维扫描技术，在铁路某一端面上布置激光传感器，如图1所示。实现了列车通过该端面时动态横向振动偏移量的测试；另一方面，在列车运行线路的龙门架上安装4个高速激光扫描传感器，在列车通过时对其整体轮廓进行扫描测量，得到列车车体轮廓曲线；或者采用多个高速高精度激光扫描传感器对铁路车辆进行各类轮廓的扫描与监控管理；也可以基于双目视觉测量原理，利用大功率线激光瞬时光源构造测量特征布置高速相机，通过高速采集、处理、解算能反映列车动态偏移的被测信息，得到高速列车行驶过程中通过该位置时的动态包络线。

以上测量方案都是在地面固定位置安装测量装置，检测车辆通过这一位置时相对装置安装坐标的偏移量，无法实现车辆运行过程中相对钢轨的偏移量在线测量。目前，有人提出在被测车辆非共线的沿车体纵横对称面对称的矩形平面的4个点上安装CCD相机和主动光源，随着车辆的运动，CCD高速扫描钢轨，实时分析钢轨相对CCD的运动图像序列，得到各测点相对于钢轨的横向位移和垂向位移，综合各测点的相对偏移量得到整个车体的运行姿态，经进一步分析得到任意点的动态偏移量。该方法能够实现车体-钢轨偏移量的在线测量，但是对CCD相机和主动光源的安装精度要求高，且机器视觉系统对环境光源的要求高，容易受外界恶劣环境影响，不利用工程现场实现。

由于轨道车辆的特殊性，运行中相对钢轨的偏移只能采取非接触式测量，在非接触式位移测量中，磁阻式传感器具有广泛的应用。但是现有应用要求永磁体和传感器阵列分别安装在发生相对位移的参照物和被测物上，且两者距离基本在30mm以内，而轨道车辆偏移只能相对于轨面测量，任何测试系统绝对不能超过机车车辆限界，更不允许接触钢轨，限制了检测装置的安装空间。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于测量轨道车辆与钢轨相对偏移的系统及方法，以非接触式方式测量车体与钢轨之间的偏移关系，达到测量精准，工程实用价值高的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于测量轨道车辆与钢轨相对偏移的系统，包括：

永磁体，设置在车体上，且位于钢轨正上方；

磁阻式传感器，设置在车体上，且位于钢轨正上方，用于采集固定点的磁感应强度变化；

数据处理器，用于建立三维坐标系，录入各所述磁阻式传感器与钢轨参考点的初始位置关系，并建立各所述磁阻式传感器与钢轨参考点之间的位置变化与磁感应强度变化之间的映射关系，并根据所述映射关系和相应磁阻式传感器的采集数据计算得出车体与所述钢轨之间的偏移关系。

进一步地，所述数据处理器建立的映射关系为：

B_it＝f(X_bi0,ΔY_bit+Y_bi0,ΔZ_bit+Z_bi0)；