[发明专利]一种基于小波分析的轨道表面凹陷检测方法

摘要

本发明公开了一种基于小波分析的轨道表面凹陷检测方法。步骤如下：首先在车体的轴箱上安装振动加速度传感器和和旋转脉冲测速传感器，获得轴箱的垂向、横向振动加速度以及车速，并采用低通滤波器进行滤波处理；其次根据过滤后的信号的小波能量尺度图，滤除车轮扁疤在垂向振动信号中可能引起的重复峰值；然后通过小波能量谱分析定位能量激振点，并分析轨道表面凹陷引起的振动信号频率变换范围；最后选择合适的频率尺度，计算与轨道表面凹陷有关的频率范围内的尺度平均小波能量谱，并设定尺度平均小波能量谱中的轨道表面凹陷检测阈值，通过该阈值判断轨道表面是否存在凹陷。本发明成本低、工程实施简单方便，能够为轨道的维护提供有效的指导。

主权项

1.一种基于小波分析的轨道表面凹陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在车体的轴箱上安装振动加速度传感器和旋转脉冲测速传感器，获得轴箱的垂向振动加速度信号、横向振动加速度信号以及车速；步骤2，采用低通滤波器对采集的垂向振动加速度信号和横向振动加速度信号进行滤波处理，去除噪声的高频干扰；步骤3，根据滤波处理后信号的小波能量尺度图，滤除车轮扁疤在垂向振动加速度信号中引起的重复峰值；步骤4，通过小波能量谱分析定位能量激振点，并分析轨道表面凹陷引起的振动信号频率变换范围；步骤5，根据步骤4的分析结果选择频率尺度，计算与轨道表面凹陷有关的频率范围内的尺度平均小波能量谱；步骤6，设定尺度平均小波能量谱中的轨道表面凹陷检测阈值，找出尺度平均小波能量谱中的最大值，如果该值超出阈值，则该处轨道表面存在凹陷；步骤3所述的小波能量尺度图和步骤4所述的小波能量谱中选用的小波基函数均为Mexican Hat小波，Mexican Hat小波ψ(t)的具体表达式为：式中，ω0为角频率，j表示虚数，t表示时间，对ψ(t)进行伸缩和平移，得到连续小波ψa,b(t)：式中，a表示尺度因子，b表示平移因子，且a,b∈R,a≠0；步骤3所述滤除车轮扁疤在垂向振动加速度信号中引起的重复峰值，具体步骤如下：(3.1)对过滤后的振动加速度信号进行连续小波变换，得到小波变换系数WTf(a,b)：式中是小波基函数ψ_a,b(t)的共轭函数，f(t)表示振动加速度信号；(3.2)根据小波变换系数WTf(a,b)确定信号小波能量尺度图，因为信号的小波变换能量在时域和小波域均是守恒的，则有：式中|WT_f(a,b)|²即为信号小波能量尺度图；(3.3)通过对比垂向振动加速度信号和横向振动加速度信号的小波能量尺度图，确定车轮扁疤故障在垂向振动加速度信号时域中出现的位置区间；(3.4)根据步骤(3.3)中确定的车轮扁疤故障出现的区间，对垂向振动加速度信号进行区间时域滤波，滤除车轮扁疤在垂向振动加速度信号中引起的重复峰值；步骤4所述通过小波能量谱分析定位能量激振点，并分析轨道表面凹陷引起的振动信号频率变换范围，具体步骤如下：(4.1)将步骤(3.2)中确定的信号小波能量尺度函数进行转换，转换成如下形式：式中，称为时间‑小波能量谱；(4.2)将式(5)写成如下形式：式中，称为尺度‑小波能量谱；步骤5所述计算与轨道表面凹陷有关的频率范围内的尺度平均小波能量谱，具体为：式中j表示平移因子的尺度标号，j1表示最小尺度，j2表示最大尺度，δj为尺度步长，δa为平移因子时间步长，Cδ是一个与小波基函数有关的常量，对于Mexican Hat小波，Cδ＝0.866。