一种基于导波检测铁轨缺陷的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，包括：绘制标准频散曲线和缺陷曲线，并保存到缺陷信息知识库；获取待测铁轨缺陷信号曲线，根据缺陷信息知识库确定待测铁轨的缺陷类型，并在缺陷信号曲线上标记缺陷位置坐标；根据缺陷位置坐标确定待测铁轨的缺陷位置。通过建立缺陷信息知识库，将铁轨的缺陷信号曲线代入缺陷信息知识库，即可识别铁轨的缺陷类型和缺陷位置，有利于将铁轨的缺陷检测标准化推广，同时本发明专利技术还公开了一种基于导波检测铁轨缺陷的系统，适用于铁轨实地检测，检测范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导波检测铁轨缺陷的系统及方法
本专利技术涉及轨道检测
，特别涉及一种基于导波检测铁轨缺陷的系统及方法。
技术介绍
随着轨道交通的迅猛发展，定期对铁轨进行安全检测对于保障轨道交通的运营安全具有重要的作用。其中铁轨的缺陷检测存在众多的方法，如目视检测、机器视觉检测、涡流、超声波等。由于运营线路长，线路条件复杂，缺乏对于铁轨钢轨缺陷的有效检测，其中目视检查工作量大，需要大量有经验的工作人员，机器视觉检测只能检测铁轨表面的缺陷，对于图像的分析处理工作量巨大，需要开发相应的检测算法，对于涡流检测，只能实现对铁轨表面和近表面的缺陷进行检测，检测的结果容易受到材料的本身和其他因素的千扰。超声检测是一种传统的无损检测技术，由超声检测演变出的电磁超声导波检测技术克服了常规超声检测技术需要逐点耦合的弊端，其具有单点激励长距离检测的独特优势，理想条件下其一次检测距离可达百米以上，检测效率得到极大提升，现已逐渐获得国内外无损检测研究人员的青睐，并成为一大研究热点。但现有铁轨道导波检测技术，对不同缺陷类型的识别困难，检测方法难以标准化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，通过绘制标准频散曲线和缺陷曲线创建缺陷信息知识库，在检测时，获取待测铁轨的缺陷信号曲线代入信息知识库，即可快速识别缺陷类型和定位缺陷位置，方法科学有利于铁轨标准化检测的发展。本专利技术还有一个目的是提供了一种基于导波检测铁轨缺陷的系统，基于上述方法，可用于铁轨现场检测，结构简单，测量范围广。本专利技术的技术方案为：一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，包括：绘制标准频散曲线和缺陷曲线，并保存到缺陷信息知识库；获取待测铁轨缺陷信号曲线，根据缺陷信息知识库确定待测铁轨的缺陷类型，并在缺陷信号曲线上标记缺陷位置坐标；根据缺陷位置坐标确定待测铁轨的缺陷位置。优选的是，绘制标准频散曲线包括如下步骤：取一段完整铁轨，激励信号的中心频率分别为20kHz、40kHz、50kHz、60kHz、80kHz，接收铁轨端面的回波特性曲线；选取信噪比最高的回波特性曲线对应的中心频率作为标准导波频率；对铁轨的横截面做有限元离散得到多个离散单元，获取节点坐标和单元坐标；通过刚度矩阵计算和质量矩阵计算得到标准导波在铁轨中传播的波动方程；对波动方程求解，得到相速度和群速度；根据相速度和群速度绘制标准频率导波下的频散特性曲线，作为标准频散曲线。优选的是，缺陷曲线通过如下步骤得到：取不同缺陷部位、不同缺陷类型的铁轨，利用有限元分析软件，绘制标准频率导波下的频散特性曲线，作为缺陷频散曲线；将缺陷频散曲线与标准频散曲线相减，得到缺陷曲线。优选的是，缺陷部位包括轨头缺陷、轨腰缺陷和轨底缺陷；缺陷类型包括裂纹、腐坑、折叠、焊接缺陷。优选的是，获取待测铁轨缺陷信号曲线包括如下步骤：将待测铁轨与缺陷检测系统相连，获取待测铁轨在标准频率下的回波信号曲线；将回波信号曲线进行小波转换，得到去噪曲线；将去噪曲线与标准频散曲线相减，得到待测铁轨缺陷信号曲线。优选的是，群速度和所述相速度通过如下计算得到：其中，Cp表示相速度，Cg表示群速度，ω表示频率，ξ表示波数，表示波动方程计算得到的右特征向量，表示波动方程计算得到的右特征向量，T表示转置，表示第一刚度矩阵，表示第二刚度矩阵，表示第三刚度矩阵，为质量矩阵，表示铁轨的平均密度。优选的是，小波转换过程为：其中，Wf转换波函数，表示转换函数，a表示尺度因子，b表示时移因子，t表示导波传播时间，表示母小波函数，表示的复数共轭，x表示质点横坐标，xs激励点的横坐标，σ表示函数标准差，κ表示反射系数，wg表示铁轨材料声抗阻。优选的是，缺陷位置通过计算得到：其中，L表示缺陷与缺陷检测系统之间的距离。一种基于导波检测铁轨缺陷的系统，基于上述的基于导波检测铁轨缺陷的方法，包括：发射传感器，其用于发射导波；接收传感器，其用于接收所述导波的回波信号；示波器，其连接接收传感器，用于调用深度偏移算法，将回波信号生成曲线；数据处理终端，其所述示波器，用于绘制标准导波频散曲线、缺陷曲线识别与缺陷定位。优选的是，发射传感器与接收传感器的安装距离为1500-2000米。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提供了一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，通过绘制标准频散曲线和缺陷曲线创建缺陷信息知识库，在检测时，获取待测铁轨的缺陷信号曲线代入信息知识库，即可快速识别缺陷类型和定位缺陷位置，方法科学有利于铁轨标准化检测的发展。2.本法明通过筛选标准导波频率，对铁轨的传播特性进行分析，选择最佳中心频率作为激励信号，为进一步的检测和研究提供理论支撑。本专利技术提供的缺陷信息知识库，基于有限元理论对铁轨进行数值建模，得到不同缺陷部位、不同缺陷类型铁轨的缺陷曲线和标准频散曲线，为实际应用提供参考依据。3.本专利技术在对待测铁轨缺陷进行检测时，将获取的回波信号进行小波转换，能够提高曲线的信噪比，提高检测精度。4.本专利技术还提供了一种基于导波检测铁轨缺陷的系统，可用于铁轨现场检测，结构简单，测量范围广。附图说明图1为本专利技术提供的一种基于导播检测铁轨缺陷的方法流程图。图2为本专利技术的的一个实施例中绘制标准频散曲线的流程图。图3为本专利技术提供的一种基于导波检测铁轨缺陷的系统示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1所示，本专利技术提供的一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，包括如下步骤：S110、绘制标准频散曲线。超声导波频散曲线中包含了波数、频率以及导波各模态振动特性等重要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，包括：/n绘制标准频散曲线和缺陷曲线，并保存到缺陷信息知识库；/n获取待测铁轨缺陷信号曲线，根据所述缺陷信息知识库确定所述待测铁轨的缺陷类型，并在所述缺陷信号曲线上标记缺陷位置坐标；/n根据所述缺陷位置坐标确定所述待测铁轨的缺陷位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，包括：
绘制标准频散曲线和缺陷曲线，并保存到缺陷信息知识库；
获取待测铁轨缺陷信号曲线，根据所述缺陷信息知识库确定所述待测铁轨的缺陷类型，并在所述缺陷信号曲线上标记缺陷位置坐标；
根据所述缺陷位置坐标确定所述待测铁轨的缺陷位置。


2.如权利要求1所述的基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，所述绘制标准频散曲线包括如下步骤：
取一段完整铁轨，激励信号的中心频率分别为20kHz、40kHz、50kHz、60kHz、80kHz，接收铁轨端面的回波特性曲线；
选取信噪比最高的所述回波特性曲线对应的所述中心频率作为标准导波频率；
对铁轨的横截面做有限元离散得到多个离散单元，获取节点坐标和单元坐标；
通过刚度矩阵计算和质量矩阵计算得到标准导波在铁轨中传播的波动方程；
对所述波动方程求解，得到相速度和群速度；
根据所述相速度和所述群速度绘制所述标准频率导波下的频散特性曲线，作为标准频散曲线。


3.如权利要求2所述的基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，所述缺陷曲线通过如下步骤得到：
取不同缺陷部位、不同缺陷类型的铁轨，利用有限元分析软件，绘制所述标准频率导波下的频散特性曲线，作为缺陷频散曲线；
将所述缺陷频散曲线与所述标准频散曲线相减，得到缺陷曲线。


4.如权利要求3所述的基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，所述缺陷部位包括轨头缺陷、轨腰缺陷和轨底缺陷；
所述缺陷类型包括裂纹、腐坑、折叠、焊接缺陷。


5.如权利要求4所述的基于导波检测铁轨缺陷的方法，其特征在于，所述获取待测铁轨缺陷信号曲线包括如下步骤：
将待测铁轨与缺陷检测系统相连，获取待测铁轨在标准频率下的回波信号曲线；
将回波信号曲线进行小...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓成呈，熊俊杰，吴海腾，黎勇跃，
申请(专利权)人：杭州申昊科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33