[发明专利]传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法

权利要求书

1.一种传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，其特征在于，包括中央处理单元和多个激光传感器，所述激光传感器均与中央处理单元连接；检测区段的钢轨向外偏移，且该检测区段的钢轨内侧设置护轨，护轨与车轮轮缘内侧相切；激光传感器设置于钢轨偏移所空出的区域与护轨之间，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长半径固定的圆弧上，各激光传感器的探测光束垂直钢轨向上，所有激光传感器与进行直径测量的车轮圆周共面。

2.根据权利要求1所述的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，其特征在于，所述检测区段钢轨向外偏移50～65mm，且该钢轨向外偏移的切换处为弧形。

3.根据权利要求1所述的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，其特征在于，所述进行直径测量的车轮圆周距离车轮轮缘侧面的距离为70mm。

4.根据权利要求1所述的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，其特征在于，所述激光传感器的数量为为n且3≤n≤10，激光传感器安装弦长为L且n×30mm≤L≤1800mm，沿钢轨方向第一个激光传感器的安装点至轨道的垂直距离为|y₁|且|y₁|≥100mm，激光传感器安装圆弧半径为R且

5.根据权利要求1所述的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，其特征在于，所述激光传感器的探头为锥光偏振全息探头或斜射式三角探头，且所有激光传感器的探头通过传感器夹具固定于车轮下方。

6.一种传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步，将n个激光传感器安装于钢轨偏移所空出的区域，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长为L、半径为R的圆弧上，各激光传感器的探测光束垂直钢轨向上，激光传感器分别记为P_i，沿着钢轨方向i依次为1,2,…n，n为激光传感器的个数；

第2步，在进行直径测量的车轮圆周所在平面上建立二维坐标系：沿钢轨方向为X轴，经过第一个激光传感器P₁且垂直于钢轨向上为Y轴，则各个激光传感器探头相对于X轴的安装倾角θ_i均为90°，激光传感器的坐标(x_i,y_i)由下式确定：

xi=L2-R×cosβiyi=y1-Rsinβi+R2-L24 i=1,2…n]]>

其中，βi=π2+(i-1-n-12)×βi=1,2...n]]>

式中β是弦长L与半径R确定的圆弧角度，

第3步，采集所有激光传感器的输出值，并选出同时有n个传感器输出值的有效数据组{S_i}，S_i为第i个传感器P_i的输出值，i＝1,2,…n；

第4步，根据传感器P_i的输出值S_i、坐标值(x_i,y_i)、安装倾角θ_i确定车轮上对应传感器P_i的测量点坐标(X_i,Y_i)：

(X_i,Y_i)＝(x_i,y_i)+(S_i×cosθ_i,S_i×sinθ_i)  i＝1,2…n

第5步，根据车轮上n个测量点坐标(X_i,Y_i)进行拟合圆，得到该测量位置的车轮直径D；

第6步，将采集到的多个有效数据组进行拟合得到一系列车轮直径，将得到的一系列车轮直径求平均值，得到该测量位置最终的车轮直径D_final。

7.根据权利要求6所述的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测方法，其特征在于，第5步所述根据车轮上n个测量点坐标(X_i,Y_i)进行拟合圆，采用最小二乘法，公式如下：

D=a2+b2+4Σ(Xi2+Yi2)+aΣXi+bΣYin,i=1,2...n]]>

其中，a为拟合后的圆心横坐标x₀的-2倍即a＝-2x₀，b为拟合后的圆心纵坐标y₀的-2倍即b＝-2y₀，并且

a=HD-EGCG-D2]]>

b=HC-EDD2-GC]]>

其中C、D、E、G、H为中间参数，分别如下：

C=nΣXi2-ΣXiΣXiD=nΣXiYi-ΣXiΣYiE=nΣXi3+nΣXiYi2-Σ(Xi2+Yi2)ΣXiG=nΣYi2-ΣYiΣYiH=nΣXi2Yi+nΣYi3-Σ(Xi2+Yi2)ΣYii=1,2...n.]]>