基于导波衰减的无缝钢轨检测方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于导波衰减特性的无缝钢轨检测方法，所述方法针对钢轨不同部位选择施加激励信号，不需要复杂的模态分离算法；通过获取温度对超声导波衰减的影响函数进行缺陷检测，可以有效克服不同温度对导波信号的影响，提高检测的准确度；利用多个接收位置降低误检率和漏报率，进一步通过调整接收位置，较精确地定位缺陷区间，当激励位置和接收位置构成阵列时，使缺陷检测和定位更加方便快捷。因此，所述方法能够提高缺陷检测的可靠性和准确度，具有简单实用性。具有简单实用性。具有简单实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于导波衰减的无缝钢轨检测方法、装置及存储介质


[0001]本公开涉及无缝基本轨检测领域，具体涉及一种基于导波衰减的无缝钢轨缺陷检测方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]当前，我国铁路运输正向客运高速化、货运重载化、信息智能化、检测自动化方向发展，保障铁路运输安全是铁路运输的核心任务。钢轨是铁路运输中不可或缺的基础设施，作为轨道结构的基本组成部分，是决定列车运营的基础。目前，我国高速铁路基础设施建设中，铺设的钢轨都是无缝钢轨。通过消除钢轨间缝隙，延长了钢轨长度，提高了列车的运行速度，使得列车在运行过程中更加平稳。随着无缝线路的大力推广，一些弊端也逐渐显现。当钢轨温度变化时，由于受到约束无缝线路不能自由伸缩膨胀。当温度过高或过低时，钢轨内部会产生很大的应力，这种应力会引起钢轨膨胀、断裂等。钢轨是铁路运输基础设施建设中特别重要的一部分，一旦发生钢轨断裂等问题，可能造成列车脱轨、翻车等重大交通安全事故。检测无缝钢轨内部缺陷对于保障高速铁路安全运行具有重要的意义。
[0003]现有技术主要有轨道电路法、光纤法、应力法、机器视觉法等。
[0004]轨道电路由钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于断轨检测。轨道电路是电气设备，其工作状态受很多因素影响，如道床参数的影响，潮湿、绝缘损坏、雷电冲击等因素均可以使轨道电路出现异常，导致轨道电路对断轨的误报率过高。
[0005]光纤实时断轨检测法是将单模光纤粘贴于钢轨上进行检测，光纤中的信号由一端的发射光源产生，由光接收器接收，光纤在钢轨发生断轨时也会折断，光信号将无法被接收器接收到，当接收器检测不到信号时，认为发生断轨。光纤断轨检测法的缺点在于其安装与维修难度。由于光纤丝本身非常脆弱，易受外力影响而折断，并且在安装时，对钢轨表面的要求较高，安装时比较困难。另外，当发生断轨后，光纤会一同折断，在钢轨维修完毕后，需要将光纤也进行复接，不易操作。
[0006]应力断轨检测法是通过检测钢轨中应力变化来检测断轨的方法，每隔一定距离在钢轨轨腰上粘贴应变片，当检测到钢轨中应力发生突变时认为发生了钢轨的断裂，也可以通过检测应力的逐渐变化来检测其内部的缺陷。应力断轨检测法的缺点在于安装时需钢轨处于零应力状态，针对现有路段，只能通过截断钢轨来获取零应力值。
[0007]机器视觉法由高速相机拍取钢轨外部的轮廓图，通过图像分析的方式获取钢轨外形的轮廓线，用于判断钢轨表面的缺陷或损伤。对于断轨检测，只检测其表面的损伤是不够的，钢轨的内部损伤有时会在积累在一定程度时由于外力冲击发生突然折断，图像法无法预防这种情况的发生。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有检测无缝钢轨表面及内部缺陷的方法，检测范围有限，存在误报
检测、模态分离困难的问题，提出一种实现钢轨表面及内部缺陷高精度、低误报无漏报的检测方法，用于保障行车安全。
[0009]本专利技术的具体技术方案为一种无缝钢轨缺陷检测方法，所述方法包括下述步骤：
[0010]S100、对无缺陷的无缝钢轨，获取超声导波传播幅值函数y(t，x)如下：
[0011]y(t，x)＝a（t）e
b(t)x
[0012]式中：a(t)和b(t)为与激励位置所在的钢轨部位、温度t相关的参数，a(t)为比例系数，b(t)为衰减系数，x为超声导波的传播距离；
[0013]S200、对待测无缝钢轨，根据其当前温度t0和超声导波的激励位置，确定比例系数a(t0)，衰减系数b(t0)；
[0014]S300、根据激励位置所在的钢轨部位，选择施加激励信号，并设置多个信号接收位置；对每个接收位置，根据超声导波传播幅值函数计算无缺陷情况下的参考幅值；
[0015]S400、若存在一个接收位置的实际幅值与参考幅值比值不在设定范围内，则判定激励位置和接收位置之间存在缺陷。
[0016]优选地，在所述方法中，所述钢轨部位包括轨头、轨腰、轨底。
[0017]优选地，在所述方法中，所述设定范围为[0.95，1)。
[0018]优选地，在所述方法中，所述S400在判定存在缺陷之后，通过调整接收位置间隔，进而获取缺陷所在的区间。
[0019]优选地，在所述方法中，所述激励位置和接收位置构成三行阵列，三行分别位于轨头、轨腰、轨底；其中一列为激励位置，用于部署激励换能器，其它列为其对应的信号接收位置，每个接收位置部署接收换能器；列数根据需要设定；
[0020]所述方法通过分时循环方式进行信号激励和采集，实现对钢轨的实时监测；所述分时循环方式包括下述步骤：
[0021]每1/3激励采集周期，依次在轨头、轨腰、轨底中的一个激励位置施加激励信号，并在对应的接收位置进行信号采集。
[0022]优选地，在所述方法中，所述阵列的列间间隔均匀。
[0023]基于上述方法，本专利技术提出一种无缝钢轨缺陷检测装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述一种方法的计算机程序。
[0024]基于上述方法，本专利技术提出一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种方法的计算机程序。
[0025]与现有技术相比：
[0026](1)本专利技术利用超声导波进行缺陷检测为一种无损检测；通过获取温度对超声导波衰减的影响函数进行缺陷检测，可以有效克服不同温度对导波信号的影响，提高检测的准确度，有效降低外界影响产生的误报率；
[0027](2)超声导波的信号激励装置和接收装置易于安装，使得方法简单实用；
[0028](3)利用多个接收位置降低误检率和漏报率，进一步通过调整接收位置，能够较精确地定位缺陷区间；
[0029](4)当激励位置和接收位置构成阵列时，使缺陷检测和定位更加方便快捷；
[0030](5)针对钢轨不同部位选择施加激励信号，不需要复杂的模态分离算法。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1、本专利技术方法流程示意图；
[0033]图2、用于检测轨底部位的模态振形示意图；
[0034]图3、用于检测轨腰部位的模态振形示意图；
[0035]图4、用于检测轨头部分的模态振形示意图；
[0036]图5、激励位置示意图；
[0037]图6、激励与接收换能器安装示意图。
具体实施方式
[0038]在本专利技术中，无缝钢轨具有轨条很长的特点，在铺设时，根据铺设地当地气温情况，选择合适的气温将钢轨进行固定，此时钢轨内部集中应力为零，这个铺设温度被称为锁定轨温。
[0039]在研究超声导波衰减与钢轨温度的关系时，需要得到超声导波在不同钢轨温度下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导波衰减特性的无缝钢轨检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：S100、对无缺陷的无缝钢轨，获取超声导波传播幅值函数y(t，x)如下：y(t，x)＝a(t)e
b(t)x
式中：a(t)和b(t)为与激励位置所在的钢轨部位、温度t相关的参数，a(t)为比例系数，b(t)为衰减系数，x为超声导波的传播距离；S200、对待测无缝钢轨，根据其当前温度t0和超声导波的激励位置，确定比例系数a(t0)，衰减系数b(t0)；S300、根据激励位置所在的钢轨部位，选择施加激励信号，并设置多个信号接收位置；对每个接收位置，根据超声导波传播幅值函数计算无缺陷情况下的参考幅值；S400、若存在一个接收位置的实际幅值与参考幅值比值不在设定范围内，则判定激励位置和接收位置之间存在缺陷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢轨部位包括轨头、轨腰、轨底。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定范围为[0.95，1)。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：余祖俊，朱力强，许西宁，史红梅，郭保青，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：