一种多波长高铁轨道平顺性检测装置和检测方法
专利汇可以提供一种多波长高铁轨道平顺性检测装置和检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 铁 路轨道检测领域，涉及一种多 波长 轨道不平顺检测装置和检测方法的改进。本发明的检测装置包括一个带有检测平台[15]的轨道检测车，在检测平台[15]的上表面安装有包括计算机，位移器，位移器 数据采集 卡[5]、OD数据采集卡[6]和电源的 数据处理 系统，其特征在于：所说的位移器是激光位移器，在检测梁[16]内部安装有两个激光位移器，在检测平台[15]的上表面安装有一套高低测量系统。本发明检测方法的步骤是： 传感器 数据采集存储的步骤；数据预处理的步骤；综合数据采集处理。本发明的检测装置和检测方法大大缩短了轨道上的工作时间，提高了检测效率；并满足了高铁对100米以上的长波不平顺的测量需求。，下面是一种多波长高铁轨道平顺性检测装置和检测方法专利的具体信息内容。
1.一种高铁轨道平顺性检测装置，包括一个带有检测平台[15]的轨道检测车，在
检测平台[15]的下表面固定有两个位移器，它们是第一位移器LPDT[9]和第二位移器
RPDT[10]，第一位移器LPDT[9]和第二位移器RPDT[10]分别位于轮轴[17]两端的正上方，第一位移器LPDT[9]和第二位移器RPDT[10]的轴线与轮轴[17]的轴线正交，在轮轴[17]
的一端安装有里程仪OD[14]，在检测平台[15]的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机[1]、位移器数据采集控制盒[5]、OD数据采集卡[6]和电源；其特征在于：
(1)在检测平台[15]下表面固定有一个截面为矩形的、中空的检测梁[16]，检测梁
[16]与轮轴[17]平行，检测梁[16]横向的垂直平分面与轮轴横向的垂直平分面共面；检
测梁[16]的谐振频率不小于70Hz；在检测梁[16]内部安装有两个位移器，分别是第三激
光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]，在检测梁[16]的下表面、与第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]对应的位置各有一个通光孔，第三激光位移
器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]发射的激光束分别穿过上述通光孔后照射到左
右股钢轨的轨距点上；在检测梁[16]内部还装有一个轨向惯性测量组件HIMU[13]；在检测平台[15]的上表面安装有一个轨向-里程预处理计算机[4]，轨向惯性测量组件HIMU[13]
的输出端通过RS422总线与轨向-里程预处理计算机[4]的串口连接；所说的第一位移器
LPDT[9]和第二位移器RPDT[10]是激光位移器；
(2)在检测平台[15]的上表面安装有一套高低测量系统，它由左惯性测量组件
LIMU[7]、右惯性测量组件RIMU[8]和高低预处理计算机[2]组成；左惯性测量组件
LIMU[7]和右惯性测量组件RIMU[8]位于轮轴[17]左右车轮的正上方，左惯性测量组件
LIMU[7]和右惯性测量组件RIMU[8]的垂向轴线分别与所对应的左轨道、右轨道横截面的
垂直中心线重合；左惯性测量组件LIMU[7]的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机
[2]的第一串口Com1连接；右惯性测量组件RIMU[8]的输出端通过RS422总线与高低预处
理计算机[2]的第二串口Com2连接；
(3)第一激光位移器LPDT[9]、第二激光位移器RPDT[10]、第三激光位移器GLPDT[11]
和第四激光位移器GRPDT[12]的输出端分别与位移器数据采集盒[5]的相应输入端连接；
在检测平台[15]的上表面安装有一个位移器预处理计算机[3]，位移器数据采集盒[5]的
输出端通过USB总线与位移器预处理计算机[3]的USB口连接；
(4)高低预处理计算机[2]、位移预处理计算机[3]和轨向-里程预处理计算机[4]通
过局域网与计算机[1]连接。
2.使用如权利要求1所述的高铁轨道平顺性检测装置检测铁路轨道平顺性的方法，其
特征在于，检测的步骤如下：
2.1、传感器数据采集存储的步骤：
2.1.1、高低数据采集存储：系统上电后，左惯性测量组件LIMU[7]和右惯性测量组件
[8]开始工作，高低预处理计算机[2]每隔m秒读取第一串口com1和第二串口com2的数
据，将数据记为ωxL，ωyL，ωzL，AxL，AyL，AzL，ωxR，ωyR，ωzR，AxR，AyR，AzR，并进行保存；其中，ωxL表示左惯性测量组件LIMU[7]的横滚角速率，ωyL表示左惯性测量组件LIMU[7]的航
向角速率，ωzL表示左惯性测量组件LIMU[7]的俯仰角速率，AxL，AyL，AzL分别表示左惯性测量组件LIMU[7]的横向、纵向、天向加速度；ωxR表示右惯性测量组件RIMU[8]的横滚角速率，ωyR表示右惯性测量组件RIMU[8]的航向角速率，ωzR表示右惯性测量组件RIMU[8]的俯仰角速率，AxR，AyR，AzR分别表示右惯性测量组件RIMU[8]的横向、纵向、天向加速度；m的取值范围是0.001秒～0.01秒；
2.1.2、轨向数据采集存储：系统上电后，轨向惯性测量组件HIMU[13]开始工作，每隔m
秒，轨向惯性测量组件HIMU[13]向轨向-里程预处理计算机[4]第一串口com1发送采样
数据，记为ωxH，ωyH，ωzH，AxH，AyH，AzH；其中ωxH表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的横滚角速率，其中ωyH表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的航向角速率，其中ωzH表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的俯仰角速率，AxH，AyH，AzH分别表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的横向、纵向、天向加速度，并进行保存；
2.1.3、里程数据采集存储：系统上电后，里程测量组件OD[14]开始工作，每隔m秒，里
程测量组件OD[14]向轨向-里程预处理计算机[4]的第二串口com2发送一个采样数据，
轨向-里程预处理计算机[4]将采样数据记为Nod并进行保存；
2.1.4、激光位移器采集存储：系统上电后，激光位移器数据控制盒[5]开始工作，每隔
m秒，激光位移器数据控制盒[5]向位移器预处理计算机[3]发送一个采样数据包，每个采样数据包有4个采样数据，记为DWL、DWR、DGL、DGR，其中，DWL为第一激光位移器LPDT[9]所测量位移的采样数据；DWR为第二激光位移器RPDT[10]所测量位移的采样数据；DGL为第三激光位移器GLPDT[11]所测量位移的采样数据；DGR为第四激光位移器GRPDT[12]所测量位移的采样数据，并进行保存；
2.2、数据预处理的步骤：
2.2.1、高低预处理：高低预处理计算机[2]对数据的预处理过程是：
2.2.1.1、左惯性测量组件LIMU[7]数据预处理：
2.2.1.1.1、计算左惯性测量组件LIMU[7]的当前姿态：保持轨道车静止m1秒，m1取值
范围为100秒～200秒，在m1秒内的采样个数为n，n＝m1/m取整数；
根据下式计算出左惯性测量组件LIMU[7]的横滚角速率均值
式中，i为采样数据的序号；
计算航向角初值ψ0：
式中，表示当前位置的纬度；
2.2.1.1.2、地球自转和常值漂移补偿：
式中， 为补偿后的左惯性测量组件LIMU[7]的横滚角速率， 为补偿后的左惯
性测量组件LIMU[7]的航向角速率，δψ为航向角修正量，当i＝1时，令δψ为0；
2.2.1.1.3、积分计算：
式中，θL(i)为左惯性测量组件LIMU[7]的俯仰角；
2.2.1.2右惯性测量组件RIMU[8]数据预处理：
2.2.1.2.1、计算右惯性测量组件RIMU[8]的当前姿态：保持轨道车静止m1秒；根据下
式计算出右惯性测量组件RIMU[8]横滚角速率均值
2.2.1.2.2、地球自转和常值漂移补偿：
式中， 为补偿后的右惯性测量组件RIMU[8]横滚角速率；
2.2.1.1.3、积分计算：
式中，θR(i)为右惯性测量组件RIMU[8]的俯仰角；
2.2.1.4、数据传输：高低预处理计算机[2]每m秒通过局域网向计算机[1]发送一次
数据θL(i)和θR(i)；
2.2.2、轨向-里程数据预处理：
2.2.2.1、计算轨向惯性测量组件HIMU[13]的当前航向角：保持轨道车静止m1秒，计算
航向角速率均值
航向角初值ψ0H计算：
2.2.2.2、地球自转和常值漂移补偿：
式中， 为补偿后的航向角速率，当i＝1时，令ψH(i)＝ψ0H为0；
2.2.2.3、积分计算
式中，ψH(i)为轨向惯性测量组件HIMU[13]的航向角；
2.2.2.4、数据传输：
轨向-里程预处理计算机[4]每m秒通过局域网向计算机[1]发送一次ψH(i)和
Nod(i)；
2.2.3、激光位移器数据预处理：
2.2.3.1、计算平均值：分别计算DWL、DWR、DGL、DGR四个采样数据中每个采样数据每连续
5个数的平均值 其中， 为第一激光位移器LPDT[9]
所测量位移的采样数据平均值； 为第二激光位移器RPDT[10]所测量位移的采样数
据平均值； 为第三激光位移器GLPDT[11]所测量位移的采样数据平均值； 为第
四激光位移器GRPDT[12]所测量位移的采样数据平均值；
2.2.3.2、数据传输：位移预处理计算机[3]每m秒通过局域网向计算机[1]发送一次
2.3、综合数据采集处理：
2.3.1、综合数据采集：计算机[1]通过局域网获取高低预处理计算机[2]、位移预处理
计算机[3]和轨向-里程预处理计算机[4]的数据并存储；
2.3.2、里程计算：根据下式计算当前里程：
里程仪的采样数据和事先标定好的刻度系数，
Lod(i)＝Nod(i)·kod…………………………………………………[15]
式中，Lod(i)表示检测里程，kod是刻度系数， R是轨道车的车轮半径，其中p
的取值范围是1024～4000；
2.3.3、时域-空域转换：
将步骤2.3.1计算机[1]接收到的时域采样数据，根据步骤2.3.2得到的里程，转换成
采样密度为0.125米的空域数据，记为ΘL、ΘR、ΨH、L、 其中
ΘL为空域的左惯性测量组件LIMU[7]的俯仰角、ΘR为空域的右惯性测量组件RIMU[8]的
俯仰角；ΨH为空域的轨向惯性测量组件HIMU[13]航向角，L为空域的里程； 为空域
的第一激光位移器LPDT[9]所测量位移的采样数据平均值； 为空域的第二激光位移
器RPDT[10]所测量位移的采样数据平均值； 为空域的第三激光位移器GLPDT[11]所
测量位移的采样数据平均值； 为空域的第四激光位移器GRPDT[12]所测量位移的采
样数据平均值，j为空域数据的序号；
2.3.4、当前波长平顺性解算：
2.3.4.1、波长输入：用户输入的波长λ1为数值10m、30m、42m、70m、300m其中之一；
2.3.4.2、平顺性解算：
2.3.4.2.1、高低平顺性解算：
式中，hVL为轨道的左高低，hVR为轨道的右高低，α为幅值补偿系数，取0.25；
dL1＝L(j)-L(j-d)……………………………………………………… [18]
dL2＝L(j+d)-L(j-d)…………………………………………………… [19]
dΘ1＝ΘL(j)-ΘL(j-d)…………………………………………………[20]
dΘ2＝ΘL(j+d)-ΘL(j-d)………………………………………………[21]
dΘ3＝ΘR(j)-ΘR(j-d)…………………………………………………[22]
dΘ4＝ΘR(j+d)-ΘR(j-d)………………………………………………[23]
2.3.4.2.2、轨向平顺性解算：
式中，y(j)为检测梁[16]的中心横向位移，β为幅值补偿系数，取0.03；
dψ1＝ΨH(j)-ΨH(j-d)…………………………………………………[28]
dψ2＝ΨH(j+d)-ΨH(j-d)………………………………………………[29]
至此，得到了轨道平顺性的检测结果。
一种多波长高铁轨道平顺性检测装置和检测方法
技术领域
背景技术
米以上的长波不平顺测量需求。惯性基准法可参见《GJ-4型轨道检查车的原理与应用》，中国铁道出版社，2000，张未。
发明内容
LPDT和第二位移器RPDT的轴线与轮轴的轴线正交，在轮轴的一端安装有里程仪OD，在检测平台的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机、位移器数据采集控制盒、OD数据采集卡和电源；其特征在于：
上述通光孔后照射到左右股钢轨的轨距点上；在检测梁内部还装有一个轨向惯性测量组件HIMU；在检测平台的上表面安装有一个轨向-里程预处理计算机，轨向惯性测量组件HIMU的输出端通过RS422总线与轨向-里程预处理计算机的串口连接；所说的第一位移器LPDT
和第二位移器RPDT是激光位移器；
线分别与所对应的左轨道、右轨道横截面的垂直中心线重合；左惯性测量组件LIMU的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机的第一串口Com1连接；右惯性测量组件RIMU的输
出端通过RS422总线与高低预处理计算机的第二串口Com2连接；
值； 为第三激光位移器GLPDT所测量位移的采样数据平均值； 为第四激光位移
器GRPDT所测量位移的采样数据平均值；
器LPDT所测量位移的采样数据平均值； 为空域的第二激光位移器RPDT所测量位移
的采样数据平均值； 为空域的第三激光位移器GLPDT所测量位移的采样数据平均值；
为空域的第四激光位移器GRPDT所测量位移的采样数据平均值，j为空域数据的序
号；
具体实施方式
16的谐振频率不小于70Hz；在检测梁16内部安装有两个位移器，分别是第三激光位移器
GLPDT11和第四激光位移器GRPDT12，在检测梁16的下表面、与第三激光位移器GLPDT11和第四激光位移器GRPDT12对应的位置各有一个通光孔，第三激光位移器GLPDT11和第四激
光位移器GRPDT12发射的激光束分别穿过上述通光孔后照射到左右股钢轨的轨距点上；在检测梁16内部还装有一个轨向惯性测量组件HIMU13；在检测平台15的上表面安装有一个
轨向-里程预处理计算机4，轨向惯性测量组件HIMU13的输出端通过RS422总线与轨向-里
程预处理计算机4的串口连接；所说的第一位移器LPDT9和第二位移器RPDT10是激光位移
器；
性测量组件RIMU8位于轮轴17左右车轮的正上方，左惯性测量组件LIMU7和右惯性测量组
件RIMU8的垂向轴线分别与所对应的左轨道、右轨道横截面的垂直中心线重合；左惯性测量组件LIMU7的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机2的第一串口Com1连接；右惯
性测量组件RIMU8的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机2的第二串口Com2连接；
USB总线与位移器预处理计算机3的USB口连接；
HIMU13的俯仰角速率，AxH，AyH，AzH分别表示轨向惯性测量组件HIMU13的横向、纵向、天向加速度，并进行保存；
均值； 为第三激光位移器GLPDT11所测量位移的采样数据平均值； 为第四激光
位移器GRPDT12所测量位移的采样数据平均值；
角；ΨH为空域的轨向惯性测量组件HIMU13航向角，L为空域的里程； 为空域的第一激
光位移器LPDT9所测量位移的采样数据平均值； 为空域的第二激光位移器RPDT10所
测量位移的采样数据平均值； 为空域的第三激光位移器GLPDT11所测量位移的采样
数据平均值； 为空域的第四激光位移器GRPDT12所测量位移的采样数据平均值，j为
空域数据的序号；
HIMU13的俯仰角速率，AxH，AyH，AzH分别表示轨向惯性测量组件HIMU13的横向、纵向、天向加速度，并进行保存；
位移的采样数据；DGR为第四激光位移器GRPDT12所测量位移的采样数据，并进行保存；
均值； 为第三激光位移器GLPDT11所测量位移的采样数据平均值； 为第四激光
位移器GRPDT12所测量位移的采样数据平均值；
角；ΨH为空域的轨向惯性测量组件HIMU13航向角，L为空域的里程； 为空域的第一激
光位移器LPDT9所测量位移的采样数据平均值； 为空域的第二激光位移器RPDT10所
测量位移的采样数据平均值； 为空域的第三激光位移器GLPDT11所测量位移的采样
数据平均值； 为空域的第四激光位移器GRPDT12所测量位移的采样数据平均值，j为
空域数据的序号；
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