基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端技术

本发明专利技术公开了基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端，属于钢轨健康监测技术领域，包括数据训练步骤：计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值，进而建立钢轨不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系；监测判断步骤：判断轨道检测信号对应的状态，将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较，进而确定钢轨伤损等级。本发明专利技术通过建立轨道在不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系，能够实现不同状态下检测信号的定向伤损等级判断，消除不同状态对检测信号特征参数的影响，以此降低伤损等级检测的误报率；进一步地，基于多伤损阈值对检测信号进行判断，能够进一步提升伤损等级判断的准确性。能够进一步提升伤损等级判断的准确性。能够进一步提升伤损等级判断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端


[0001]本专利技术涉及钢轨健康监测
，尤其涉及基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端。

技术介绍

[0002]随着铁路运营里程的不断延伸，列车运行速度的提升、车流密度的增大、线路服役时间的增加，对列车的运行安全、轨道设备的检修效率以及维护成本提出了更高的要求。道岔作为轨道设备的重要组成单元，其服役状态对列车的安全通行起到了至关重要的作用。由于尖轨、心轨是道岔实现转辙的关键部件，其存在边界条件复杂多变、断面变化大、常规探伤作业无法快速实施检查等问题，成为保障道岔安全服役的薄弱环节。
[0003]目前，针对道岔尖心轨伤损检测主要有探伤小车和便携式探伤仪，探伤小车只能在线路空闲的“天窗期”工作，检测速度慢、且依然存在探伤盲区。便携式探伤仪可对疑似伤损进行重点检测，以及覆盖部分探伤小车的盲区，但是检测效率较低且受人为因素影响较大。现有的这些检测技术只能依靠人工检查和辨别，这种人工检查不能实现全天不间断的实时检测，在两个检修周期之间存在严重的安全隐患。为实现轨道伤损程度的实时监测，目前将主动式超声导波检测技术引入道岔防断监测领域，然而由于超声导波具有多模式、频散特性，导致导波信号提取准确度不高，无法有效保证伤损探测的准确性；且尖心轨在斥离和密贴等不同状态也会引起导波信号特征值的变化，进一步增大了道岔防断监测的难度，因此如何实现实时、准确的道岔防断监测是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中无法实现实时、准确的道岔防断监测的问题，提供了一种基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法，方法包括以下步骤：
[0006]数据训练步骤：计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值，进而建立钢轨不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系；所述伤损等级阈值包括微裂纹的伤损阈值和/或宏观裂纹的伤损阈值，微裂纹的伤损阈值为非线性参数阈值；宏观裂纹的伤损阈值包括时域信号相似性阈值、时域信号互相关阈值、频谱幅度差阈值、频谱相似性阈值、经验模态分解阈值和希尔伯特
‑
黄变换阈值；
[0007]监测判断步骤：判断轨道检测信号对应的状态，将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较，进而确定钢轨伤损等级。
[0008]在一示例中，所述计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值具体包括：
[0009]根据不同状态下微裂纹伤损的测试信号的非线性参数值得到微裂纹伤损的非线性参数阈值；和/或
[0010]根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的时域相
似度值得到宏观裂纹伤损的域信号相似性阈值；和/或，
[0011]根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的互相关损伤指数值得到宏观裂纹伤损的时域信号互相关阈值，基准信号表示对应状态下的无损信号；和/或，
[0012]根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的频谱幅值变化得到宏观裂纹伤损的频谱幅度差阈值；和/或，
[0013]计算采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的相关函数值得到宏观裂纹伤损的频谱相似性阈值；和/或，
[0014]将采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号分解为多个线性稳态的固有模态函数，并计算时频分布的相似性作为宏观裂纹伤损的经验模态分解阈值；和/或，
[0015]将采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号分解为多个线性稳态的固有模态函数，并将各固有模态函数进行变换得到时间、频率、幅值的三维谱分布值，进而得到宏观裂纹伤损的希尔伯特
‑
黄变换阈值。
[0016]作为一选项，计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值步骤中，包括对时域信号相似性阈值、时域信号互相关阈值、频谱幅度差阈值、频谱相似性阈值、经验模态分解阈值和希尔伯特
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黄变换阈值的任意一种或多种阈值进行计算，如计算时域信号相似性阈值、时域信号互相关阈值、频谱幅度差阈值和频谱相似性阈值进而确定伤损等级。
[0017]在一示例中，所述将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较还包括：
[0018]将宏观裂纹的伤损阈值进行加权处理得到伤损系数阈值，将检测信号的伤损系数与伤损系数阈值进行比较，进而确定钢轨是否出现宏观裂纹。
[0019]在一示例中，所述计算不同状态下的伤损等级阈值步骤前和/或判断轨道检测信号对应的状态步骤前，还包括信号预处理步骤：
[0020]依次对测试信号和/或检测信号进行离散傅里叶变换处理、滤波处理、离散傅里叶逆变换处理。
[0021]在一示例中，所述数据训练步骤还包括建立状态判断模型：
[0022]提取某一状态下测试信号的特征参数；
[0023]基于对应状态下测试信号的特征参数建立对应状态判断模型。
[0024]在一示例中，所述方法还包括状态判断步骤：
[0025]对测试信号或检测信号进行分类处理得到不同状态下的测试信号或检测信号。
[0026]在一示例中，所述分类处理步骤前还包括：
[0027]对测试信号进行主成分分析处理。
[0028]在一示例中，所述监测判断步骤还包括钢轨折断判断子步骤：
[0029]判断检测信号是否为指定频率的检测信号，若否，道岔完全折断。
[0030]在一示例中，所述方法还包括分级报警步骤：
[0031]根据钢轨伤损等级输出不同等级的报警指令。
[0032]需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0033]本专利技术还包括一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一示例或多个示例组成形成的所述基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法的步骤。
[0034]本专利技术还包括一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行任一示例或多个示例组成形成的所述基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法的步骤。
[0035]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0036](1)在一示例中，通过建立轨道在不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系，能够实现不同状态下检测信号的定向伤损等级判断，消除不同状态对检测信号特征参数的影响，以此降低伤损等级检测的误报率；进一步地，基于多伤损阈值对检测信号进行判断，能够进一步提升伤损等级判断的准确性。
[0037](2)在一示例中，通过预处理步骤能够滤除外界干扰信号，保证获取的检测信号的可信度，进而保证后续伤损等级探测的准确性和可靠性。
[0038](3)在一示例中，通过主成分分析处理能够大大减小冗余数据的计算量，节约计算资源，提升数据处理效率，进而保证轨道伤损探测的实时性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法，其特征在于：其包括以下步骤：数据训练步骤：计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值，进而建立钢轨不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系；所述伤损等级阈值包括微裂纹的伤损阈值和/或宏观裂纹的伤损阈值，微裂纹的伤损阈值为非线性参数阈值；宏观裂纹的伤损阈值包括时域信号相似性阈值、时域信号互相关阈值、频谱幅度差阈值、频谱相似性阈值、经验模态分解阈值和希尔伯特
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黄变换阈值；监测判断步骤：判断轨道检测信号对应的状态，将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较，进而确定钢轨伤损等级。2.根据权利要求1所述基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法，其特征在于：所述计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值具体包括：根据不同状态下微裂纹伤损的测试信号的非线性参数值得到微裂纹伤损的非线性参数阈值；和/或根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的时域相似度值得到宏观裂纹伤损的域信号相似性阈值；和/或，根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的互相关损伤指数值得到宏观裂纹伤损的时域信号互相关阈值，基准信号表示对应状态下的无损信号；和/或，根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的频谱幅值变化得到宏观裂纹伤损的频谱幅度差阈值；和/或，计算采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的相关函数值得到宏观裂纹伤损的频谱相似性阈值；和/或，将采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号分解为多个线性稳态的固有模态函数，并计算时频分布的相似性作为宏观裂纹伤损的经验模态分解阈值；和/或，将采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号分解为多个线性稳态的固有模态函数，并将各固有模态函数进行变换得到时间、频率、幅值的三维谱分布值，进而得到宏观裂纹伤损的希尔伯特
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黄变换阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏翔，蒋忠辉，张胜强，陈丽军，陈晓东，周超，康俊龙，骆星辰，李旭和，
申请(专利权)人：四川西南交大铁路发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：