一种钢轨在线检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种钢轨在线检测方法及系统。所述方法包括：获得振动信号；对所述振动信号进行小波包分解，分解成多个子频带小波包节点；确定所述多个子频带小波包节点中固定节点能量占比和小波包香农熵；基于所述固定节点能量占比和小波包香农熵对钢轨进行检测。所述系统包括：发送器、换能器、滤波器、传感器、接收器、数据传输模块、显示终端、和电源模块。本发明专利技术利用传感器在岔区钢轨尖端上采集到的振动信号，通过对振动信号进行小波包分解，进而对固定节点能量占比以及小波包香农熵分析，实现岔区钢轨断轨在线检测。岔区钢轨断轨在线检测。岔区钢轨断轨在线检测。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨在线检测方法及系统


[0001]本专利技术属于铁路轨道状态检测
，特别涉及一种钢轨在线检测方法及系统。

技术介绍

[0002]钢轨的健康状态直接关乎列车的运行安全，而道岔区的钢轨由于反复搬动为列车提供转向，极易发生断轨，严重威胁列车的行车安全及人民的生命财产安全。随着高速列车的普及和线路占用率的提高，列车对钢轨产生的冲击、挤压力和频率越来越大，导致钢轨的寿命下降，断轨事故发生概率不断提高，对列车的运行安全造成严重威胁。所以，在对钢轨状态进行实时检测显得尤为重要。
[0003]目前，钢轨健康状态检测主要分在线检测和离线检测两种。在线检测主要依靠轨道电路，该方式可以实现钢轨完全折断状态的检测。但是在道岔区，由于滑床板将道岔尖轨与基本轨之间形成电气连接，当钢轨发生折断时，电信号仍能够通过滑床板迂回到轨道电路接收端，无法实现钢轨折断检测。离线检测主要是通过大型钢轨探伤车和小型的探伤仪进行，该方式只能在列车停运的天窗点进行，需要占用线路资源，并且无法实时检测钢轨是否发生断裂。此外该方式效率低，需要耗费大量的人力资源。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种操作方便、成本低、效率高的钢轨在线检测方法及系统。
[0005]一种钢轨在线检测方法，所述方法包括：
[0006]获得振动信号；
[0007]对所述振动信号进行小波包分解，分解成多个子频带小波包节点；
[0008]确定所述多个子频带小波包节点中固定节点能量占比和小波包香农熵；
[0009]基于所述固定节点能量占比和小波包香农熵对钢轨进行检测。
[0010]进一步地，
[0011]所述小波包香农熵大于第一阈值时，则判断所述钢轨发生断轨。
[0012]进一步地，
[0013]当所述小波包香农熵不大于第一阈值且固定节点能量占比小于第二阈值时，则判断所述钢轨发生断轨。
[0014]进一步地，
[0015]当所述小波包香农熵不大于第一阈值且固定节点能量占比不小于第二阈值时，则判断所述钢轨未发生断轨。
[0016]进一步地，
[0017]所述固定节点为发送器发出电信号的频率对应的所述多个子频带小波包节点中的节点。
[0018]进一步地，
[0019]所述振动信号通过发送器发出的电信号产生，并通过安装在岔区钢轨根端轨腰的换能器将电信号转为振动信号并耦合到钢轨上；
[0020]所述振动信号通过传感器采集，所述传感器安装于岔区钢轨尖端轨腰上。
[0021]进一步地，
[0022]通过以下方式确定子频带小波包节点能量：
[0023][0024]其中：S
j，k
为子频带小波包节点，j为分解层数，k为小波节点序号，k＝0，1，...，2
j
‑
1，M为小波包节点的长度，m＝1,2,3....M,E
j,k
为子频带小波包节点对应的能量。
[0025]进一步地，
[0026]通过以下方式确定子频带小波包节点中固定节点能量占比为：
[0027]计算第j层分解各节点的小波包能量和，具体公式为：
[0028][0029]所述固定节点能量占比为：
[0030]p
j,k
＝E
j,k
/E
j
[0031]其中：p
j,k
为固定节点的能量占比，E
j
为第j层分解各节点的小波包能量和。
[0032]进一步地，
[0033]小波包香农熵的计算步骤如下：
[0034][0035]其中：H
j
为小波包香农熵。
[0036]一种钢轨在线检测系统，所述系统包括：
[0037]所述系统包括接收器；
[0038]所述接收器用于对振动信号进行小波包分解，分解成多个子频带小波包节点；
[0039]所述接收器用于确定所述多个子频带小波包节点中固定节点能量占比和小波包香农熵；
[0040]所述接收器用于基于所述固定节点能量占比和小波包香农熵对钢轨进行检测。
[0041]进一步地，
[0042]所述系统还包括：发送器、换能器、滤波器和传感器；
[0043]所述发送器用于发出电信号；
[0044]所述换能器用于将所述发送器发出的电信号转变成振动信号并耦合到岔区钢轨；
[0045]所述振动信号通过高通滤波器进行滤波处理；
[0046]所述传感器用于采集振动信号。
[0047]进一步地，
[0048]所述系统还包括：数据传输模块、显示终端和电源模块；
[0049]所述数据传输模块：用于传输所述接收器中计算得到的固定节点能量占比和小波包香农熵到显示终端；
[0050]所述显示终端：显示所述数据传输模块中的数据；
[0051]所述电源模块：用于向系统中所述接收器、发送器、换能器、滤波器、传感器、数据传输模块和显示终端供电。
[0052]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0053](1)检测方式为在线检测，实时性好、检测方便、检测速度快、成本低、适应范围广，避免了轨检车的运行、维护和调度成本。
[0054](2)振动传感器安装简单方便，能适应现场恶劣的工作环境。
[0055](3)换能器安装在岔区钢轨根端轨腰，传感器安装在岔区钢轨尖端轨腰上，这种安装方式，不论是否有列车经过，均可实现全天候在线检测。
[0056](4)利用传感器在岔区钢轨尖端上采集到的振动信号，通过对振动信号进行小波包分解，进而对固定节点能量占比以及小波包香农熵分析，实现岔区钢轨断轨在线检测，可以有效避免外部环境噪声干扰导致的钢轨断轨漏报、误报。
[0057](5)检测方式不干扰现有线路运行安全。
[0058]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0059]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060]图1示出了本专利技术实施例的钢轨在线检测方法流程图；
[0061]图2示出了本专利技术实施例的钢轨在线检测系统结构示意图；
[0062]图3示出了本专利技术中采集到的尖端轨腰振动信号示意图；
[0063]图4示出了本专利技术中切比雪夫带高通滤波器通带曲线图；
[0064]图5示出了本专利技术中滤波后的振动信号曲线图；
[0065]图6示出了本专利技术中第5层小波包分解节点信号图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢轨在线检测方法，其特征在于，所述方法包括：获得振动信号；对所述振动信号进行小波包分解，分解成多个子频带小波包节点；确定所述多个子频带小波包节点中固定节点能量占比和小波包香农熵；基于所述固定节点能量占比和小波包香农熵对钢轨进行检测。2.根据权利要求1所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，所述小波包香农熵大于第一阈值时，则判断所述钢轨发生断轨。3.根据权利要求1或2所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，当所述小波包香农熵不大于第一阈值且固定节点能量占比小于第二阈值时，则判断所述钢轨发生断轨。4.根据权利要求3所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，当所述小波包香农熵不大于第一阈值且固定节点能量占比不小于第二阈值时，则判断所述钢轨未发生断轨。5.根据权利要求1所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，所述固定节点为发送器发出电信号的频率对应的所述多个子频带小波包节点中的节点。6.根据权利要求1所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，所述振动信号通过发送器发出的电信号产生，并通过安装在岔区钢轨根端轨腰的换能器将电信号转为振动信号并耦合到钢轨上；所述振动信号通过传感器采集，所述传感器安装于岔区钢轨尖端轨腰上。7.根据权利要求1所述的钢轨在线检测方法，其特征在于，通过以下方式确定子频带小波包节点能量：其中：S
j，k
为子频带小波包节点，j为分解层数，k为小波节点序号，k＝0，1，...，2
j
‑
1，M为小波包节点的长度，m＝1,2,3....M,E
j,k
为子频带小波包节点对应的能量。8.根据权利要求7所述的钢轨在线检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩明媚，谭树林，王智新，史龙，马一凡，郭海雯，刘雪梅，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：