[发明专利]基于轮轨激励的铁路无砟轨道钢轨模态频率的识别方法

权利要求书

1.一种基于轮轨激励的铁路无砟轨道钢轨模态频率的识别方法，其特征在于，包括：

获取铁路无砟轨道钢轨的振动加速度数据，提取所述振动加速度数据的功率谱密度；

利用matlab融合经验模态分解、小波变换、变分模态分解和同步挤压小波变换对所述振动加速度数据进行处理，得到钢轨加速度数据中的各阶瞬时频率；

结合所述振动加速度数据的功率谱密度的峰值、谷值以及各阶瞬时频率的分布情况，选择模态频率稳定轴作为所述铁路无砟轨道钢轨的各阶模态频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的获取铁路无砟轨道钢轨的振动加速度数据，包括：

对于理论模型提取的铁路无砟轨道钢轨的振动加速度数据结果，根据最后一个轮对通过铁路无砟轨道钢轨的时间来确定分析，并把测点处最后一个轮对通过后的振动加速度数据作为分析对象；

现场采集铁路无砟轨道钢轨的振动加速度数据时，将压电式加速度传感器粘贴于钢轨轨底面，并通过导线连接至多通道数据采集仪，设置离线采样和触发值，当检测到有车辆通过时触发采样，压电式加速度传感器获取车辆通过下钢轨的加速度数据，并传输给数据采集仪，数据采集仪提取离线存储的钢轨加速度数据，并利用matlab程序找出最后一组加速度峰值，并提取该峰值之后的加速度数据作为分析对象。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提取所述振动加速度数据的功率谱密度，包括：

利用matlab软件中的功率谱密度函数pwelch提取钢轨振动加速度数据的功率谱密度。

4.根据权利要求1或者2或者3所述的方法，其特征在于，所述的利用matlab融合经验模态分解、小波变换、变分模态分解和同步挤压小波变换对所述振动加速度数据进行处理，得到钢轨加速度数据中的各阶瞬时频率，包括：

S21、根据铁路无砟轨道钢轨的模态频率范围，选择相应的低通滤波器对所述振动加速度数据进行滤波处理；

S22、利用小波基morlet对滤波处理后的钢轨加速度数据进行分析处理，得到钢轨加速度的时频分布图；利用经验模态分解处理滤波处理后的钢轨加速度数据得到一系列本征模态函数；对比钢轨加速度的时频分布图上频域分量个数和本征模态函数的个数，得到钢轨加速度数据的频域分量层数k；

S23、利用变分模态分解处理钢轨加速度数据，以钢轨加速度数据的频域分量层数k为分解目标，利用变分模态分解方法对钢轨加速度数据的时域信号进行分解，得到k阶本征模态函数；

S24、利用同步挤压小波变换分析各阶本征模态函数的时频域分布情况，得到各阶时频域分布图，根据各阶时频域分布图判断各阶本征模态函数是否为单分量信号；如果不是单分量信号，则将瞬时频率峰值作为分解层数，返回S23；如果是单分量信号，则根据时频域分布图中频域分量层数，利用变分模态分解再次对该本征模态函数进行分解；

S25、利用同步挤压小波变换识别各阶本征模态函数的瞬时频率，根据拟识别的钢轨加速度的频率范围选择对应的频率尺度，利用频率尺度对各阶本征模态函数进行分析，得到各阶瞬时频率；

S26、设置小波分量阈值，提取各阶瞬时频率的中心频率，将小波分量小于上述小波分量阈值的瞬时频率设置为0。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的结合所述振动加速度数据的功率谱密度的峰值、谷值以及各阶瞬时频率的分布情况，选择模态频率稳定轴作为所述铁路无砟轨道钢轨的各阶模态频率，包括：

将各阶瞬时频率的中心频率绘制在以横坐标为频率、左侧纵坐标为时间的稳定图中，并将钢轨振动加速度数据的功率谱密度绘制在同一幅稳定图中；

根据各阶瞬时频率点所在的轴线和功率谱密度数据的峰值和谷值来确定钢轨的各阶模态频率，其中相邻两阶模态频率小于5Hz时，则认为为1阶模态频率，取相邻两阶模态频率的中间值作为模态频率。