[發(fā)明專利]基于輪軌激勵(lì)的鐵路無砟軌道鋼軌模態(tài)頻率的識(shí)別方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010086530.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN111368642A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高亮;安博倫;辛濤;王繼;向國榮;馬超智;肖宏;楚金輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06F30/20;G01P15/097
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于輪軌激勵(lì)的鐵路無砟軌道鋼軌模態(tài)頻率的識(shí)別方法，其特征在于，包括：

獲取鐵路無砟軌道鋼軌的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，提取所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度；

利用matlab融合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、小波變換、變分模態(tài)分解和同步擠壓小波變換對(duì)所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋼軌加速度數(shù)據(jù)中的各階瞬時(shí)頻率；

結(jié)合所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度的峰值、谷值以及各階瞬時(shí)頻率的分布情況，選擇模態(tài)頻率穩(wěn)定軸作為所述鐵路無砟軌道鋼軌的各階模態(tài)頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的獲取鐵路無砟軌道鋼軌的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，包括：

對(duì)于理論模型提取的鐵路無砟軌道鋼軌的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)最后一個(gè)輪對(duì)通過鐵路無砟軌道鋼軌的時(shí)間來確定分析，并把測(cè)點(diǎn)處最后一個(gè)輪對(duì)通過后的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象；

現(xiàn)場(chǎng)采集鐵路無砟軌道鋼軌的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)時(shí)，將壓電式加速度傳感器粘貼于鋼軌軌底面，并通過導(dǎo)線連接至多通道數(shù)據(jù)采集儀，設(shè)置離線采樣和觸發(fā)值，當(dāng)檢測(cè)到有車輛通過時(shí)觸發(fā)采樣，壓電式加速度傳感器獲取車輛通過下鋼軌的加速度數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀提取離線存儲(chǔ)的鋼軌加速度數(shù)據(jù)，并利用matlab程序找出最后一組加速度峰值，并提取該峰值之后的加速度數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提取所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度，包括：

利用matlab軟件中的功率譜密度函數(shù)pwelch提取鋼軌振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2或者3所述的方法，其特征在于，所述的利用matlab融合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、小波變換、變分模態(tài)分解和同步擠壓小波變換對(duì)所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋼軌加速度數(shù)據(jù)中的各階瞬時(shí)頻率，包括：

S21、根據(jù)鐵路無砟軌道鋼軌的模態(tài)頻率范圍，選擇相應(yīng)的低通濾波器對(duì)所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；

S22、利用小波基morlet對(duì)濾波處理后的鋼軌加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到鋼軌加速度的時(shí)頻分布圖；利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解處理濾波處理后的鋼軌加速度數(shù)據(jù)得到一系列本征模態(tài)函數(shù)；對(duì)比鋼軌加速度的時(shí)頻分布圖上頻域分量個(gè)數(shù)和本征模態(tài)函數(shù)的個(gè)數(shù)，得到鋼軌加速度數(shù)據(jù)的頻域分量層數(shù)k；

S23、利用變分模態(tài)分解處理鋼軌加速度數(shù)據(jù)，以鋼軌加速度數(shù)據(jù)的頻域分量層數(shù)k為分解目標(biāo)，利用變分模態(tài)分解方法對(duì)鋼軌加速度數(shù)據(jù)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分解，得到k階本征模態(tài)函數(shù)；

S24、利用同步擠壓小波變換分析各階本征模態(tài)函數(shù)的時(shí)頻域分布情況，得到各階時(shí)頻域分布圖，根據(jù)各階時(shí)頻域分布圖判斷各階本征模態(tài)函數(shù)是否為單分量信號(hào)；如果不是單分量信號(hào)，則將瞬時(shí)頻率峰值作為分解層數(shù)，返回S23；如果是單分量信號(hào)，則根據(jù)時(shí)頻域分布圖中頻域分量層數(shù)，利用變分模態(tài)分解再次對(duì)該本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行分解；

S25、利用同步擠壓小波變換識(shí)別各階本征模態(tài)函數(shù)的瞬時(shí)頻率，根據(jù)擬識(shí)別的鋼軌加速度的頻率范圍選擇對(duì)應(yīng)的頻率尺度，利用頻率尺度對(duì)各階本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行分析，得到各階瞬時(shí)頻率；

S26、設(shè)置小波分量閾值，提取各階瞬時(shí)頻率的中心頻率，將小波分量小于上述小波分量閾值的瞬時(shí)頻率設(shè)置為0。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的結(jié)合所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度的峰值、谷值以及各階瞬時(shí)頻率的分布情況，選擇模態(tài)頻率穩(wěn)定軸作為所述鐵路無砟軌道鋼軌的各階模態(tài)頻率，包括：

將各階瞬時(shí)頻率的中心頻率繪制在以橫坐標(biāo)為頻率、左側(cè)縱坐標(biāo)為時(shí)間的穩(wěn)定圖中，并將鋼軌振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的功率譜密度繪制在同一幅穩(wěn)定圖中；

根據(jù)各階瞬時(shí)頻率點(diǎn)所在的軸線和功率譜密度數(shù)據(jù)的峰值和谷值來確定鋼軌的各階模態(tài)頻率，其中相鄰兩階模態(tài)頻率小于5Hz時(shí)，則認(rèn)為為1階模態(tài)頻率，取相鄰兩階模態(tài)頻率的中間值作為模態(tài)頻率。