[发明专利]一种基于无线传感器网络的转向架旋转部件安全监测系统

说明书

本发明公开了一种基于无线传感器网络的转向架旋转部件安全监测系统，是一种具有多个节点的多级分层的监测系统，包含无线传感器节点，汇聚节点、主机节点、地面诊断系统和数据库。无线传感器节点同步采集同一检测对象的共振解调数据；经数据发送确认机制后发送数据到汇聚节点；利用数据融合技术将数据融合后传送数据到主机节点，实现数据分析自诊断；同时可将诊断结果和报警数据无线发送到地面数据库和地面诊断系统。本系统在改善无线传感器网络取代现有的有线传感器装置，能避免现有装置布线复杂和无监测容错能力等缺点，同时能实现转向架状态的快速便捷、高精度的实时监测。

技术领域

本发明涉及的是一种安全检测技术，特别涉及基于无线传感器网络的地铁或机车车辆转向架旋转部件安全检测系统。

背景技术

转向架旋转部件的正常状态是车辆安全运行的重要保证，因此，如何准确、便捷地诊断转向架旋转部件故障一直是铁道车辆运行安全性研究的重要问题。

现有的车上转向架旋转部件安全监测系统是基于有线连接的、部件单一监测的安全监测系统。此系统存在的缺点之一，是基于传统的有线传感器装置，存在布线复杂、成本高、可维护性差、系统安装灵活性低等缺点；缺点之二是部件单一监测，如果运行中传感器出现设备故障，不能实时监测部件故障；缺点三是无监测容错能力，如果传感器监测数据出现异常，无法有效识别，影响系统监测精度。

无线传感器网络监测系统具有灵活性高、可维护性强、可扩展性广和较强的容错能力等优点，但由于在转向架旋转部件安全监测系统中，及时而准确地获取冲击信号是完成监测和诊断的前提条件，为保证较高的冲击信号品质，需要高频采集数据和处理发送大量数据，而高频冲击数据的获取和传输使无线传感器节点的能量限制问题更为突出，难以实现长时间监测。因此，冲击信号的高频采集和大数据传输限制了无线传感器网络技术在转向架旋转部件安全监测系统的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有监测系统的缺点，在改善高频冲击信号采集和降低由传输导致节点高能耗的基础上，提出一种基于无线传感器网络的转向架旋转部件安全监测系统，实现转向架低成本、低能耗、快速便捷、高精度的实时监测，目的在于提供一种基于无线传感器网络的转向架旋转部件安全监测系统，解决上述的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于无线传感器网络的转向架旋转部件安全监测系统，包括车载设备和地面诊断系统，车载设备包括安装在检测轴承座上的多个独立无线传感器节点、安装在每辆车上的1个汇聚节点和安装在每列车司控室的1个主机节点，所述地面诊断系统通过汇聚节点和主机节点采集的数据，对车上设备的进行实时监控和报警数据的实时共享。将采集和发送高频冲击信号的无线传感器节点改造成为一个将现有的冲击传感器、转速传感器、共振解调电路、无线网络结合的监测模块。该综合监测模块将采集的原始冲击信号经共振解调处理后进行A/D转换，最终通过无线通信模块发送到汇聚节点。改造的无线传感器节点将采集和发送低频共振解调信号，使数据采集频率由MHz降低为KHz。通过低频信号的采集和传输达到降低无线传感器节点能耗的目的。

同辆车的多个独立的无线传感器节点和汇聚节点组成星型拓扑结构的检测子网，无线传感器节点对冲击数据进行采集，汇聚节点作为整个检测子网的中心，对整个检测子网内各节点的维护和数据处理、转发进行处理；整车的汇聚节点和主机节点组成星型拓扑结构的整车检测子网，主机节点对整车检测子网内各节点的维护和数据分析，实现对整车转向架旋转部件的实时检测；同时，将诊断结果和报警数据通过无线通信模块发送到地面诊断系统和地面数据库。

进一步地，在汇聚节点加入数据融合机制，以检测对象为单位，根据接收的监测对象的多条冲击数据利用数据融合机制融合出一条最有效反映监测对象运行状态的数据作为此节点向下一级节点传输的数据。

进一步地，无线传感器节点包括冲击传感器、转速传感器、共振解调电路、无线网络发射模块，所述冲击传感器和转速传感器通过共振解调电路处理后将采集数据通过无线网络发射模块传输至汇聚节点中。