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原文传递超声导波实时断轨定位系统设计

论文题名：	超声导波实时断轨定位系统设计
关键词：	钢轨断轨;监测系统;超声导波;定位精度
摘要：	铁路运输在我国的交通运输系统中一直占据着非常重要的位置，尤其是近几年来高速铁路发展迅速，但铁路轨道一旦出现损伤，尤其是轨道断裂，往往会导致严重的事故，造成惨重的人员伤亡与重大的经济损失，为了避免这些事故的发生，对轨道的断裂状态进行实时监测就具有非常重要的意义。　　本文通过分析当前铁路上断轨检测的需求，根据需求设计了一种针对无缝长轨线路的断轨实时监测和定位系统，可以实时监测钢轨的使用情况，一旦发生断轨自动报警，并能实现断轨的定位功能。铁路现场所有的监测信息都可以通过无线模块进行远程控制和接收，方便工作人员的检测维修。　　本文制定了系统的整体结构和实现方案，该系统主要分为超声导波信号的发射端和接收端，其中断轨监测功能依据的是脉冲透射原理，通过理论推导和实际试验设计出了符合系统监测功能要求的特征激励脉冲信号，由系统的信号发射端发射；并针对该特征信号提出了一种基于时频域复合特征的信号检测方法，在超声导波信号的接收端用于区别属于系统的特征信号和现场其他干扰噪声信号。在断轨定位功能的实现上，采用了传统的脉冲反射法，通过特征信号的回波时间间接获得断轨位置。本系统对回波的时间进行了多次测量，并采用一定的方法进筛选，剔除误差较大的值，使获取的时间值可信度更高，从而提高系统断轨定位的精度。　　整个系统以ARM-CotexM3架构的STM32F03处理器作为算法与控制的核心，并制定了适合于该系统工作的通信协议。在完成系统软硬件设计之后，搭建了室内测试实验环境，验证了系统的各项功能，并在实际铁路现场安装了一套系统设备，用于长时间实验监测和数据采集，以便系统的后续完善改进。本监测系统和传统的断轨检测方式相比较，可以实现断轨的二十四小时实时监测和定位功能，并且不受铁路上道床参数等的影响，使用过程中不影响列车的正常运行，根据本系统的监测要求专门设计的脉冲激励信号和信号特征提取算法，在现场可以达到很好的滤波效果，断轨定位的盲区在75米范围内，定位误差控制在5米以内。
作者：	冯启旭
专业：	电路与系统
导师：	杨媛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文