基于MEMS传感器和信息熵理论的钢轨紧固件状态检测研究

发布时间：2024-03-20 03:38

　　轨道紧固件是铁路轨道的关键部件,用于将轨道和轨下基础连接在一起以提供弹性。随着高速重载铁路的发展,铁路结构在列车的高速运行下承受着日益增大的载荷,而紧固件在列车车轮的严重冲击下产生具有破坏性的振动,极易发生松动甚至脱落失效,进而导致轨道结构表面出现各种缺陷和损伤,对轨道交通安全构成严重威胁。然而,传统的铁路紧固件松动检查是人工进行的,检测结果受人的主观性判断影响大,并且效率低、成本高。人工检测铁路紧固件状态的方法无法完成繁重的铁路维护任务,不能顺应铁路技术高速发展的趋势,因此急需一种快速、高效、准确、低成本的铁路紧固件状态监测方案。本文在此背景下,研究设计了一套铁路紧固件状态检测传感系统,可实时监测紧固件松动状态并将结果上传到云服务器,以供铁路维护相关部门及时做出反应。具体工作及相应的研究结果如下:设计并开发了一种无源、无线而且低成本的紧固件检测系统,该系统由低功耗微惯性测量单元(Miniature Inertial Measurement Unit,MIMU)和全球移动通信系统(Global System For Mobile Communications,GSM)组成。系统采用光能...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 基于视觉的紧固件状态检测方法研究现状
        1.2.2 基于振动的紧固件状态检测方法研究现状
    1.3 本文的内容安排
第2章 钢轨紧固件动力学研究
    2.1 钢轨紧固件动力学模型及分析
    2.2 基于有限元ANSYS软件的钢轨紧固件动力学仿真
        2.2.1 钢轨及紧固件模型的建立
        2.2.2 紧固件松动形式及观测点的选取
        2.2.3 钢轨紧固件系统的动力学仿真分析
    2.3 本章小结
第3章 紧固件检测系统设计及实验方案
    3.1 紧固件检测系统硬件设计
        3.1.1 设计思路
        3.1.2 系统硬件设计方案
    3.2 高速道岔实验室内的紧固件状态检测实验
    3.3 大秦铁路线现场测试
    3.4 本章小结
第4章 基于信息熵的紧固件状态识别方法
    4.1 信息熵理论简介
        4.1.1 离散数据信息熵
        4.1.2 传统功率谱熵
        4.1.3 幅值熵
        4.1.4 计数数据的获取
    4.2 仿真信号分析
        4.2.1 目标紧固件逐渐松动时的信息熵
        4.2.2 激励点距离测试传感器远近不同时的信息熵
    4.3 基于幅值熵的实验信号分析
        4.3.1 室内实验数据分析
        4.3.2 现场测试数据分析
    4.4 信息熵在紧固件状态监测中的鲁棒性
    4.5 本章小结
第5章 基于SVM和 IMF幅值熵的紧固件状态检测法
    5.1 基于IMF的紧固件状态特征提取
        5.1.1 经验模态分解(EMD)简介
        5.1.2 信号预处理——反对称延拓
        5.1.3 信号IMF幅值熵的特征提取
    5.2 基于SVM分类器的紧固件状态信号分类
        5.2.1 SVM分类器理论基础
        5.2.2 紧固件状态的信号分类
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3932902