基于DSP的車輪踏面擦傷檢測系統(tǒng)
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2．2 DSP信號處理流程
軟件開發(fā)采用TI的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS 2．0，開發(fā)語言采用了C和匯編的混合方式。主程序可分為4個模塊，分別為主程序監(jiān)控模塊、SCI通信模塊、A／D數(shù)據(jù)采集模塊和中斷服務(wù)程序模塊，軟件流程圖如圖3所示。軟件應(yīng)完成對多通道模擬信號的采集轉(zhuǎn)換，并在收到正確的主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸指令后將其所采集到的數(shù)據(jù)按一定的格式傳送給主機(jī)處理。
本設(shè)計(jì)中DSP的12位舊模數(shù)轉(zhuǎn)換器，軟件配置為并發(fā)采樣雙序列模式為例進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，采用中斷讀取采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)初始化完成后即可等待采集中斷，采集中斷中開啟序列1的自動化序列轉(zhuǎn)換，序列1完成轉(zhuǎn)換后觸發(fā)中斷，在序列1的A／D中斷處理程序中再開啟序列2的自動化序列轉(zhuǎn)換，等待序列2的A／D中斷到達(dá)時，再在中斷處理程序中完成采集數(shù)據(jù)從結(jié)果寄存器到儲存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152293.htm
3 數(shù)據(jù)處理
由于小波分析的多分辨率特性，對采集到的振動數(shù)據(jù)分析時主要使用小波分析法，數(shù)據(jù)處理流程如圖4。小波分析方法在對非平穩(wěn)信號的處理中比傅里葉變換更有優(yōu)勢。與傅里葉變換不同的是，小波變換通過平移母小波獲得信號的時間信息，而通過縮放小波的寬度獲得信號的頻率特性，小波變換在信號低頻處有較好的頻率分辨力，在高頻處有較好的時間分辨力，正是因?yàn)樾〔ㄗ儞Q中的時頻窗的可變性使得在檢測擦傷信號時有更高的準(zhǔn)確率。
設(shè)ψ(t)∈L2(R)，其傅里葉變換為ψ(ω)，當(dāng)ψ(ω)滿足允許條件
時，稱ψ(t)為一個基本小波或母小波，將母小波伸縮平移后得到分析小波或稱小波序列：
對于任意的函數(shù)f(t)∈L2(R)的連續(xù)小波變換為：
其重構(gòu)公式(逆變換)為：
由于采樣得到的振動數(shù)據(jù)與真實(shí)的振動信號之間存在零點(diǎn)漂移，因此首先要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以消除漂移現(xiàn)象。采集到的振動信號為多頻信號，包含車輪踏面擦傷振動波、鋼軌共振波、鋼軌彈性彎曲變形振動波，以及因踏面本身粗糙不同、車輪材質(zhì)不同引起的振動波等。經(jīng)過大量的研究人員檢測發(fā)現(xiàn)，擦傷信號處于振動信號的低頻部分，一般在2 500 Hz以下，因此處理過程中采用小波包分解一重構(gòu)法對信號進(jìn)行濾波，有效地保證了信號的完整性。
車輪踏面擦傷必然引起采樣信號幅值的突變，對采樣數(shù)據(jù)使用離散二進(jìn)小波快速算法，計(jì)算所得的小波系數(shù)中，突變點(diǎn)對應(yīng)了二進(jìn)小波變換后細(xì)節(jié)系數(shù)模的極大值，而這些極值點(diǎn)也對應(yīng)了擦傷振動發(fā)生的時刻。在過去的數(shù)據(jù)處理中，往往是根據(jù)大量的現(xiàn)場實(shí)際檢測確定一個普遍適用的閾值，即在一個檢測現(xiàn)場中使用同一個閾值。首先找出大于閾值的奇異點(diǎn)，然后再做下一步判斷?？紤]到檢測現(xiàn)場過往車輛因車速、車量、檢測環(huán)境有所不同，因此傳感器的測量結(jié)果也會不同，同一個閾值可能適用于一種環(huán)境的檢測，但不能適用于另一種環(huán)境的檢測，如果還使用同一個閾值必然會導(dǎo)致檢測結(jié)果的不可靠。觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無論是哪種環(huán)境，如果車輪踏面存在擦傷，擦傷產(chǎn)生的幅值較大，這種較大的幅值在整個測量信號中占的比例較小，所以可以通過計(jì)算細(xì)節(jié)系數(shù)的直方圖，以出現(xiàn)概率較小的點(diǎn)所對應(yīng)的采樣點(diǎn)的幅值為閾值處理數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了不同的采樣數(shù)據(jù)根據(jù)自身數(shù)據(jù)的特點(diǎn)得到不一樣的判斷閾值，從而加大了判斷的準(zhǔn)確度。
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