铁路轨道振动监测系统的研究与设计胡亚琦：朱强化；胡翔宇【摘要】在轨道振动研究的基础上，设计完成了基于USB2.0接口的监测系统.该系统以891-2型拾振器作为测振传感器，以LP℃1768作为核心控制芯片，以USB串行接口总线作为数据传输通道，实现了对轨道表面振动信号的采集、时域分析、频域分析以及实时显示等功能.经过试验测试，该系统性能稳定，试验结果符合预期设想，适合于工程现场监测，具有很好的实用性和借鉴性【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年（卷）期】2013(032)006【总页数】7页(P46-51,59)【关键词】轨道：振动拾振器控制；串行通信【作者】胡亚琦：朱强化：胡翔宇【作者单位】兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州730070：兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州730070：厦门大学数学科学学院，福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】U298.1在众多的交通运输方式中，铁路所承载的比重日渐增大，范围日渐加广随着经济的持续快速发展，人们生活水平的日益提高，及其他交通运输方式的激烈竞争，中国铁路进入了这样的一种发展模式：高速客运、重载货运[1].为人们的出行带来便利的同时，也让远距离重载运输变得更加方便.轨道作为铁路线路的重要组成部分，是一个整体性的工程结构，列车的安全可靠运行与否与铁路轨道有着密不可分的联系，列车轨道是铁路最重要的设备部分，是用于牵引列车车体安全平稳可靠运行的根本，负荷着整个列车直压的重量.轨道是一种以“破坏”为前提的特殊结构物.所谓“破坏”是指轨道机构在列车载荷反复作用下，逐渐改变轨道的几何形位，形成轨道不平顺轨道不平顺会加剧轮轨系统的振动并加速轨道状况恶化，进而影响行车平稳和旅客舒适，甚至造成脱轨等[2]·轨道的工程结构主要由钢轨、轨枕、联结零件、碎石道床、防爬设备和道岔等主要力学性能不同的材料部件组成.轨道通常由两条平行的钢轨组成.钢轨固定在轨枕上，轨枕之下为道床.钢轨和轨枕用扣件联结成轨排浮铺于碎石道床上轨道结构最上层是强度最高的钢轨，用以承受车轮施加的巨大压力导致轨道破坏的主要原因是轨道及其各部件长期受振动和交变应力的作用B].联结零件主要是在钢轨间及钢轨与轨枕间作为一个连接.目前我国铁路主要的轨道线路主要分为以下几种类型：特重型、重型、次重型、中型、轻型由于列车运动过程中会出现反复的不稳定挤压轨道的情况，铁路轨道经常会在垂直方向及其水平的横向上出现动态弹性形变以及残余积累变形，因这种形变引起的与原位置的偏差称为轨道不平顺性.轨道不平顺的种类很多，其种类描述及其变化率情况如表1所示.轨道在复杂的受力条件下工作，将会使车轮对轨道的动力作用急剧增强，随机地出现各种不平顺是不可避免的轨道不平顺是造成轨道振动最主要的原因，剧烈振动短时期内将会对列车行驶的安全性和舒适性造成不良的影响：长此以往，或许会造成列车出现脱轨的危险；同时，通过道砟和路基的传播还将引起轨道线路周边建筑物的强烈振动和结构噪声.为了防护列车安全平稳运行，消除列车各种轨道不平顺性是解决轨道振动的主要方法之一.通用串行总线(Universal Serial Bus USB)是一种为了解决PC机与外围设备的连接问题而诞生的.USB协议经历了USB1.0,USB1.1,USB2.0及USB3.0等几个版本.其中USB1.0和USB1.1支持1.5Mbit/s的低速模式和12Mbit/s的全速模式，USB2.0协议加入了480Mbit/s的高速模式.当前正在订制USB3.0协议，其速度要比USB2.0的高速模式快10倍，其传输速率可达到5Gbit/s.USB接口目前在各种计算机上非常普及，对于现场数据采集非常适合USB具有以下突出优点：1)USB外设即插即用，支持热插拔；比如USB键盘、鼠标等，在计算机开机状态时拔掉USB接口，当其再次插入时，USB会自动安装USB所需驱动程序及其配置文件，依然随即能够正常运行，即US邻支持动态接入和动态配置.2)传输数据快，尤其最新USB规范；传输速率高，可以支持不同速率的设备进行同步传输及其异步传输3)应用范围广，通用性强，成本低廉，便于升级.4)传输失真小，协议中包含错误检测.系统设计分为下位机设计和上位机设计2部分.下位机的设计是硬件电路的设计，主要功能是实现高速度、高精度的数据采集；下位机的设计是实现对采集数据的分析和处理，包括实时显示、分析处理以及数据保存、打印等功能.系统框图如图1数据的采集前端需要测振传感器将振动信号变换成电信号，测振传感器采用稳定性强和灵敏度高的891-2型拾振器.下位机的数据采集通道为8通道，其核心控制芯片是以Cortex-M3为内核的嵌入式微控制器LPC1768,12位ADC实现模数信号的转换.USB驱动接口不但实现上、下位机之间的高速的数据通讯，而且还可以为下位机系统提供直流5V电压.考虑到现场的工作环境，设计了一个预留的电源模块以备脱机使用.上位机系统提供友好的人机交互界面，实时显示所测的振动信号，对采集的振动信号通过时域和频域2种手段进行分析处理，并保存采集的数