图；
[0035] 图9为本发明三种波形空域图；
[0036] 图10为原始波形及复原波形的频谱对比图。
【具体实施方式】
[0037] 为避免车体安装方式引起的通过弯道时光线投射到轨顶以外的情况发生，钢轨纵 向高低不平顺检测系统置于一台检测小车上，可随作业车牵引前进进行不平顺的动态测 量，充分提高作业效率。检测系统由机械支架、高精度1维激光位移传感器、集中器、数据采 集系统等几部分组成，硬件系统框图如图4所示。
[0038] 检测系统采用2组共6台高精度1维激光位移传感器，每组3个，完成一侧钢轨纵 向高低不平顺的测量。同组3个传感器置于一个安装盒内，光源入射点射在一条线上，且入 射光线均垂直于轨顶中心线。为保证3个传感器同步采集轨顶不平顺数据与空间等距离采 样的实现，在轮轴上安装一个旋转光电编码器，输出等距方波脉冲信号，将信号接入传感器 同步触发输入端，传感器会在脉冲的有效边沿同步输出测量数据，保证多个传感器同步等 间距采样。
[0039] 本发明实现过程如下：
[0040] 第一步：选定合适的弦长及划分比
[0041] 所选用的激光位移传感器光源中心间距最小为30mm。为比较弦长划分比和整体 弦长对传递函数幅频特性的影响，进行了以下3次实验（设整体弦长为s，弦长划分比为 a:b)：
[0042] ①取s = 330mm，a = 30mm、40mm、50mm，三点偏弦幅频曲线如图5 (a)所示；
[0043] ②取 a = 30mm，b:a = l、b:a = 5、b:a = 10、b:a = 15、b:a = 20、b:a = 30,三 点偏弦幅频曲线如图5(b)所不；
[0044] ③取a = 30mm，s = 330mm、500mm、800mm、1000mm，两点弦和三点偏弦幅频曲线如 图5(c)所示。
[0045] 若传递函数过小，逆滤波器过度放大弦测值会引起剧烈振荡，因此图中需设定幅 值增益0. 1的蓝色水平警戒线。由实验结果得出结论如下：
[0046] ①波长=a时，三点偏弦传递函数幅值为0 ;
[0047] ②三点偏弦幅值增益随波长增大而逐渐减小，b:a比例越大，增益衰减越慢；
[0048] ③固定a = 30,弦长s = 1000mm时，在蓝色警戒线内，三点偏弦恢复波长为 30mm-2000mm，两点弦恢复波长为1. 2m-63m，两者恢复波长有效重合，满足实际恢复带 30mm-60m 要求。
[0049] 因此，选定弦长 s = 1000mm，a = 30mm，b = 970mm。
[0050] 第二步：设计相应的逆滤波器
[0051] 两点弦传递函数：
[0052]
s 为弦长（3)
[0053] 三点偏弦传递函数
[0054]
，: s为弦长，弦长划分比为a:b (4)
[0055] 将第一步选定的弦长s及其弦长划分比a:b代入式（3)和式（4)，来设计相应的逆 滤波器。其中，两点弦传递函数较为简单，采用频率采样法进行设计，用于恢复I. 2m~60m 不平顺弦测波形长波长成份；三点偏弦传递函数较为复杂，相频特性难于计算，采用最优法 进行设计，用于恢复30mm~1200mm短波长成份。
[0056] 两点弦设计流程图如图6所示。
[0057] 三点偏弦设计流程图如图7所示。
[0058] 第三步：弦测数据的获取及波形复原
[0059] 检测系统每2_收到一次编码器送来的触发脉冲，输出同组3个1维传感器的位 移值。三点偏弦每两次之间的采样间隔为2臟，两点弦为200mm。
[0060] 两点弦弦测值
[0061] y (X) = S1-S3, S3为对应传感器测得的位移值（5)
[0062] 三点偏弦弦测值
[0063]
? S3为对应传感器测得的位移值（6)
[0064] 将两点弦和三点偏弦的弦测值代入第二步设计的对应的逆滤波器，即可对弦测波 形进行相应的复原。按照EN13231-3-2000规定，每IOOm对钢轨平顺度进行一次评价，总体 弦测数据的获取及波形复原流程如图8所示。
[0065] 为便于观察验证，设计一段长IOOm的不平顺原始波形，由波长分别为50mm、 200mm、lm、5m、10m的正弦波叠加而成。去掉2#传感器无弦测值的点，得到弦测数据。分别 经两点弦和三点偏弦逆滤波，得到短波长成份和长波长成份复原波形。三者及相应频谱如 图9所示。
[0066] 图9实际采到的弦测波形与原始波形相差很大，经逆滤波得到的长波长成份正好 为原始波形的低频段，短波长为其高频段。图10复原波形与对应段的原始波形基本重合， 原始波形含有的频谱成份在复原波形中精确体现出来，证明了本方法的可行性。
【主权项】
1. 一种用于测量钢轨纵向高低不平顺的复合弦测法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 在轨道的左轨和右轨上分别设置三个激光传感器； 2) 令 i = O ; 3) 左轨或者右轨上的三个激光传感器同步采集到的光源入射点到钢轨表面的距离数 据，三个激光传感器采集的距离数据分别存入数组l#(i)，2# (i)，3# (i)中； 4) 令i = i+1，重复上述步骤3)，直到i = 50000 ; 5) 将步骤4)得到的三个数组分别赋给数组11# (j)，12# (j)，13# (j); 6) 去除数组ll#(j)，12#(j)，13#(j)中的异常值，得到新的数组lll#(j)，112#(j)， 113#(j)； 7) 三点偏弦计算：令 S1= 111#(j)、s 2= 112#(j)、s 3= 113#(j)，利用v(x) ' = I * & +1 .Si - \计算三点偏弦弦测值y (x) '，利用三点偏弦弦测值设计三点偏弦逆 S S. 滤波器，恢复弦测波形30mm~1200mm短波长成分；其中S = 1000mm，a = 30mm，b = 970mm ; 8) 两点偏弦计算：令k = 0。判断j% 100是否为零，若是，21#(k) = 111#(j)，23#(k)= 113#(j)，k = k+1 ;否则，令j = j+1，重复上述步骤对j值进行取余判断，直到j = 50000 ; 9) $s/ =21#(k)、s2' =23#(k)，利用公式 y(x) =S1^s/ 计算两点弦弦测值 y(x)， 并利用两点弦弦测值y(x)设计两点偏弦逆滤波器，恢复弦测波形1200mm~60m长波长成 分。
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量钢轨纵向高低不平顺的复合弦测法，在不增加系统成本的前提下，通过比较选用1m特定弦长，结合3:97弦长划分比、最优FIR逆滤波器设计方法、同组3个传感器的灵活结合(3个1维传感器同时使用为三点偏弦，只用1#和3#传感器为两点弦)，将短波长和长波长检测融为一体，能够精确复原全部恢复带内的轨道实际不平顺波形。
【IPC分类】G01B11/30
【公开号】CN105157624
【申请号】CN201510260240
【发明人】刘宏立, 李艳福, 马子骥, 钟广超, 郭雁一夫
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年5月20日