一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法技术

技术编号:15675890 阅读:124 留言:0更新日期:2017-06-23 02:14
本发明专利技术提供一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,采用阵列探头的发射探头发射宽频超声,宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。通过发射波和反射波获取传输系统的时频空函数,并将其作为钢轨特征输入支持向量机中进行特征智能检测。时频空函数由多个传输信道的时域和频域函数组成,本发明专利技术采用多个回波的时频函数组成表征钢轨特征的时频空函数,可以更加有效的防止噪声的干扰,提高对缺陷的识别率。

Intelligent inspection method for rail ultrasonic inspection based on time frequency space function

The present invention provides a method based on the time-frequency space function of the rail ultrasonic detector intelligent detection method, the transmitting probe array probe launch broadband ultrasound, broadband ultrasound after rail is reflected by the receiving probe array probe receiving. The time-frequency function of the transmission system is obtained by transmitting wave and reflected wave, and it is used as the rail characteristic input, and the intelligent detection of the feature is carried out in the svm. Time frequency spatial function by the time domain and frequency domain function of a plurality of transmission channel, time-frequency empty function the invention adopts multi echo time-frequency feature can characterize composition of rail, more effectively prevent noise interference, improve the recognition rate of defects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法
本专利技术涉及钢轨探伤智能检测方法,具体涉及采用超声波对钢轨内部缺陷进行探测并进行智能检测的方法。
技术介绍
铁路在现代运输中发挥着重要的作用。铁路运输具备运输量大、能量消耗低、安全可靠等优点,在我国的运输体系中起着非常重要的一环。近年来,我国建设了大量的高铁,为了保证高铁的运营安全,铁路部门对铁路钢轨的质量和安全性也提出了更严格的要求。繁忙的通车运行会使得钢轨不断的受到碾压和摩擦,同时自然环境的变化以及自然灾害的发生都使钢轨的安全性越来越差。钢轨长时间在来自火车载荷、天气变化以及自然地貌变迁等等一系列的元素造成的不平衡力的作用下,容易产生裂痕或者形变,甚至发生断裂。钢轨检测是铁路运行安全的重要一环,目前国内外对钢轨进行探伤采用的大多数为电磁感应和超声波技术。超声波是频率高于20KHz的机械波。超声检测中常用的频率为0.5到25MHz。超声波在介质中传播会发生衰减,遇到介质交接面产生反射、透射等等。通过超声波在钢轨中的传播速度以及传播时间、回波的能量,可以分析出钢轨内部存在的缺陷位置和大小。目前钢轨的检测主要依靠有经验的铁路养护工对超声探伤仪器反馈的信息进行人工检测。随着中国铁路的不断建设,尤其和对钢轨要求高的高铁线路的铺设,人工检测远远不能满足钢轨检测的工作需要,而且人工检测存在着一些弊端,首先,人工检测需要非常有经验的钢轨养护工来保证对钢轨裂纹的准确检测,培养一个有经验的养护工需要大量的时间以及金钱成本。第二,人工检测效率低下,人进行长时间的检测工作容易劳累导致漏检。目前对钢轨的探测采用的是人工推着探伤仪行驶在钢轨上,完全靠人工行走,检测效率低下且在如今繁忙的铁路线上进行人工检测的窗口期少,特别需要在晚上铁路稍微空闲的时候进行人工检测。这种检测方法已经无法满足我国高速发展的铁路运输需求,并且人工检测对钢轨检测人员的人身安全也造成重大的威胁。目前国内外在超声波探伤智能检测上的研究主要是利用信号处理的方法提取出探伤波形回波的信号特征作为机器学习算法的输入来训练一个机器学习的算法对探伤波形进行智能检测。信号特征的提取一般是提取信号的能量作为代表探伤波形中钢轨缺陷的特征量。这种方法需要采用信号处理的算法对波形进行频率上的分离,然后以每段能量的不同作为表征钢轨特征。与一般的钢轨探伤不同,高速下的钢轨探伤存在以下几个难题:(1)高速运行下,探头容易产生移动,使得探头无法接收到有效的回波。钢轨探测时,信号从钢轨轨头进入轨腰,当探伤仪在钢轨上高速移动的时候,探伤仪容易因为钢轨不平、自然环境等等干扰产生左右摆动而无法到达轨腰,从而无法有效地对钢轨轨腰处缺陷进行探测。(2)高速下波形受到的干扰多,对波形的能量影响大。
技术实现思路
针对于现有的钢轨探测智能检测存在的问题,本专利技术提供一种防抖性能好,自动化程度高、识别率高的基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法。本专利技术采用以下技术方案实现。一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,其采用阵列探头的发射探头发射宽频超声,宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。通过发射波和反射波获取传输系统的时频空函数并将其作为钢轨特征输入支持向量机中进行特征智能检测。进一步优化地,所述的时频空函数,是指根据发射探头发射的信号与接收探头阵列接收到的反射回波信号求得的描述钢轨的时域、频域、空域联合函数。发射探头发射的信号x(t)经过钢轨轨头轨腰,钢轨会对到达的超声波进行反射,反射回波返回到探伤仪的接收探头,探伤仪接收探头有多个接收点,可以接收多个沿着不同信道反射回来的回波超声信号y(t)。对反射的回波进行去噪处理,除去回波在信道传输的过程中受到的噪声干扰。根据信号系统的原理:y(t)=x(t)*h(t),可以获取到回波的时域函数h(t)。根据x(t)和y(t)还可以获得频域函数H(w)。阵列探头有多个接收探头,可以接收多个从钢轨不同传输信道反射回来的回波。对每个回波求得其时域函数和频域函数。对于每一个回波的时域和频域函数进行归一化处理并通过矩阵加权的形式形成表征钢轨特征的时频空函数。时频空函数可以表征钢轨的特征,从而反应出钢轨中缺陷的有无,对钢轨进行探伤检测。进一步优化地,所述的支持向量机进行特征智能检测的方法是,将获取到的时频空函数作为表征钢轨特征的特征向量值,并将其作为支持向量机的输入数据对支持向量机进行训练和数据预测。采用表征钢轨特征的特征向量时频空函数对支持向量机进行训练得到支持向量机的数据模式。钢轨中有无缺陷会导致返回的回波波形不同,从而导致时频空函数具有不同的特征,所以可以将时频空函数来表征钢轨中缺陷有无的信息。将时频空函数对支持向量机进行训练,得到支持向量机关于钢轨缺陷有无的数学模型。在对钢轨中探伤智能检测的时候利用训练好的支持向量机对表征钢轨特征的时频空函数进行预测,判别缺陷的存在与否。进一步优化地,上述基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,具体包含以下步骤:(1)阵列探头发射和接收宽频超声波。阵列探头的发射探头向钢轨发射超声波信号,钢轨对超声波进行反射,接收探头接收反射回波。(2)对接收的回波进行去噪。采用信号处理的方法对回波信号进行去噪处理。(3)计算每个接收探头接收到的回波的时域函数和频域函数。(4)将回波的时域函数和频域函数分别进行矩阵加权得到表征钢轨特征的时频空函数。(5)训练数据中,将表征钢轨特征的时频空函数以及钢轨缺陷的有无输入支持向量机中,对支持向量机进行训练,得到支持向量机的参数。(6)通过步骤(5)得到的支持向量机参数构建支持向量机。(7)钢轨探伤时重复步骤1到4,将获取到的钢轨时频空函数数据输入步骤(6)中构建好的支持向量机进行缺陷的智能检测。与现有技术相比,本专利技术的优点是:(1)单探头在高速运行时可能会因为抖动的原因导致回波接收不可靠的问题,本专利技术采用阵列探头对探测的钢轨发射连续的宽频超声波。阵列探头可以有效地保证从不同角度反射的超声波回波被探伤仪的接收端接收,同时多个回波可以更准确的表征钢轨的特征。(2)本专利技术采用时频空函数作为表征钢轨特征的特征向量。钢轨特征的时频空函数是由连续的宽频发射波经过钢轨反射后,通过不同的路径到达阵列探头的接收探头处。多个回波的时频函数组成表征钢轨特征的时频空函数,可以更加有效的防止噪声的干扰,提高对缺陷的识别率。附图说明图1是本专利技术的阵列探头示意图。图2是阵列探头与钢轨的示意图。图3是支持向量机输入输出示意图。具体实施方式本实施例结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明,但本专利技术的实施不限于此。本实例的一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,具体的步骤如下。步骤1:钢轨探伤采用如同图1所示的阵列探头。图1为阵列探头的横截面,包括连续宽频超声波的发射探头101,围绕着发射探头的接收探头阵列102,分布在以发射探头为中心的圆周上。图2为阵列探头对钢轨探伤的示意图,阵列探头通过耦合剂与钢轨表面紧密贴合。发射探头发射的连续宽频超声信号x(t)经过钢轨轨头轨腰,根据超声波的传输原理,钢轨会对到达的超声波进行反射返回到探伤仪接收探头处,反射的超声回波经过轨腰轨头,通过不同的信道到达超声探伤仪的接收探头处。探伤仪接收探头有多个接收点,可以接收多个沿着不同信道反本文档来自技高网
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一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法

【技术保护点】
一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,其特征在于采用阵列探头的发射探头发射宽频超声,宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收;通过发射超声信号和反射超声信号获取传输系统的时频空函数并将其作为钢轨特征输入支持向量机中,从而让支持向量机进行特征智能检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,其特征在于采用阵列探头的发射探头发射宽频超声,宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收;通过发射超声信号和反射超声信号获取传输系统的时频空函数并将其作为钢轨特征输入支持向量机中,从而让支持向量机进行特征智能检测。2.根据权利要求1所述的一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,其特征在于所述的时频空函数,是指根据发射探头发射的超声信号与接收探头阵列接收到的反射超声信号求得的描述钢轨的时域、频域、空域联合函数;发射探头发射的超声信号x(t)经过钢轨轨头轨腰,钢轨会对到达的超声波进行反射,反射超声信号即回波超声信号返回到探伤仪的接收探头,接收探头有多个接收点,能接收多个沿着不同信道反射回来的回波超声信号y(t);对反射的回波超声信号进行去噪处理,除去回波超声信号在信道传输的过程中受到的噪声干扰;根据y(t)=x(t)*h(t),能获取到回波超声信号的时域函数h(t);根据x(t)和y(t)还能获得频域函数H(w);阵列探头有多个接收探头,能接收多个从钢轨不同传输信道反射回来的回波超声信号,对每个回波超声信号求得其时域函数和频域函数;对于每一个回波超声信号的时域和频域函数进行归一化处理并通过矩阵加权的形式形成表征钢轨特征的时频空函数;时频空函数能表征钢轨的特征,从而反应出钢轨中缺陷的有无,对钢轨进行探伤检测。3.根据权利要求1所述的一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:韦岗李骏杨萃
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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