[发明专利]基于自供电传感网络的列车轮对轴承安全监测系统

权利要求书

1.一种基于自供电传感网络的轨道列车轮对轴承的安全监测系统，其特征在于，包括：能量收集装置、无线传感器和数据分析中心；

所述的能量收集装置，用于将列车运行过程中产生的振动机械能转化为电能，并将所述的电能输出给所述的无线传感器，所述的无线传感器通过所述的电能进行工作；

所述的无线传感器，用于以一定的频率采集列车运行过程中轮对轴承的振动加速度数据，并将所述振动加速度数据实时发送到所述数据分析中心；

所述的数据分析中心，用于对接收到的所述无线传感器发送的列车轮对轴承实时振动加速度数据进行实时分析。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的能量收集装置包括发电模块和电源管理模块；

所述的发电模块，用于将列车运行过程中产生的机械能转化为电能；

所述的电源管理模块，用于将所述的电能转化为直流电，并对所述的直流电进行稳压和输出。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的能量收集装置安装于列车走行部的轴箱上。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的发电模块包括第一摩擦层、用作电极的第二摩擦层、贴合于第二摩擦层下表面的包含有电解质的凝胶层和贴合于所述凝胶层下表面的电极层。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的第一摩擦层和第二摩擦层为上下两个相对独立的基于接触分离式的发电机，所述第一摩擦层和第二摩擦层之间由弹性部件相连。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线传感器包括振动加速度计和无线数据传输模块；

所述的振动加速度计，用于列车轮对轴承的振动加速度信号采集；所述的无线数据传输模块，用于将采集到的振动加速度数据发送至数据分析中心。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据分析中心包括数据存储模块和数据分析模块；

所述的数据存储模块，用于接收并存储所述振动加速度数据；

所述的数据分析模块，用于采用振动信号分析算法对接收的振动加速度数据进行分析，通过分析结果对列车轮对轴承的状态进行辨识和预测。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的数据分析模块用于采用振动信号分析算法对接收的振动加速度数据进行分析，所述的振动信号分析算法包括：

1)特征提取，根据采样频率对振动信号样本分段，并计算每一段振动信号样本的时域特征参数；

2)根据所述的时域特征参数，辨识训练集数据分布是否平衡，若不平衡，则执行步骤3)，否则，执行步骤4)；

3)采用改进的自适应合成抽样算法对通过自供电传感网采集到的轴承数据集重新采样，将采样结果作为梯度提升树的输入；

4)训练梯度提升树模型，采用十字交叉验证对训练集数据和验证集数据进行划分；

5)新样本辨识，将新采集的振动信号样本输入到训练得到的梯度提升树模型进行故障辨识；

所述的改进自适应合成抽样算法包括以下步骤：

1)根据重新采样的振动信号样本中每类样本的数目将样本分类，按照每类样本的数目顺序排列各类样本；

2)计算第二大类样本数据的不平衡度，如果第二大类的不平衡度大于标准阈值，则不需要重新采样，否则，进行重新采样；

3)计算增加样本后的各类样本数据的不平衡度，若各类样本数据的不均衡度大于标准阈值，则不需要进行重采样；否则，综合每类样本的样本数目进行重新采样。