[发明专利]基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法

权利要求书

1.一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法，其特征在于，所述方法包括：

对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析，得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征；

根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征，确定压电加速度传感器在钢轨上的测点位置，并建立压电加速度传感器有限元仿真模型；

根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计；

将经过结构化优化的压电加速度传感器安装于所述测点位置进行车轮多边形状态轨旁检测；

所述对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析，得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征，包括：

建立车辆-轨道耦合系统动力学仿真模型；

根据所述车辆-轨道耦合系统动力学仿真模型，求解车轮多边形作用力下的轮轨作用力，所述轮轨作用力包括轮轨垂向力；

将所述轮轨垂向力输入预设的高速铁路无砟轨道有限元模型，分析车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征。

2.如权利要求1所述的基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法，其特征在于，所述根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征，建立压电加速度传感器有限元仿真模型，包括：

根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征，选取压电加速度传感器的压电元件及结构类型；

根据选取的所述压电加速度传感器的压电元件及结构类型，建立压电加速度传感器有限元仿真模型。

3.如权利要求1所述的基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法，其特征在于，所述根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计，包括：

根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型，分析所述压电加速度传感器的传感器结构参数对传感器性能指标的影响；

根据所述传感器结构参数对所述传感器性能指标的影响，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计。

4.如权利要求3所述的基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法，其特征在于，所述传感器结构参数包括质量块重量和压电陶瓷厚度，所述传感器性能指标包括电荷灵敏度、频响范围和固有频率；

所述根据所述传感器结构参数对所述传感器性能指标的影响，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计，包括：

以电荷灵敏度、频响范围和固有频率为目标参数，对所述压电加速度传感器的质量块重量和压电陶瓷厚度进优化。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法，其特征在于，在所述根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计之后，还包括：

建立所述压电加速度传感器与钢轨结构的耦合模型；

根据所述压电加速度传感器与钢轨结构的耦合模型，对所述压电加速度传感器的可行性及所述测点位置的合理性进行验证。

6.一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测装置，其特征在于，所述装置包括：

振动响应特征获取模块，用于对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析，得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征；

仿真模型建立模块，用于根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征，确定压电加速度传感器在钢轨上的测点位置，并建立压电加速度传感器有限元仿真模型；

传感器结构优化模块，用于根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型，对所述压电加速度传感器进行结构优化设计；

状态检测模块，用于将经过结构化优化的压电加速度传感器安装于所述测点位置进行车轮多边形状态轨旁检测；

所述振动响应特征获取模块包括：

车辆-轨道仿真模型建立单元，用于建立车辆-轨道耦合系统动力学仿真模型；

轮轨作用力获取单元，用于根据所述车辆-轨道耦合系统动力学仿真模型，求解车轮多边形作用力下的轮轨作用力，所述轮轨作用力包括轮轨垂向力；

振动响应特征分析单元，用于将所述轮轨垂向力输入预设的高速铁路无砟轨道有限元模型，分析车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征。