一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法技术方案

发明专利技术提供一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法。道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法，包括：将待测道岔尖轨分成若干监测区间，每个区间按照一定顺序布置传感器阵列，该阵列能发出以及接收超声波信号；利用伪随机码正交调相方法产生lamb波超声信号，避免直达波与反射波时间上混叠的问题；控制传感器接发超声lamb波信号，得到数据；利用频散分析得到lamb波在道岔尖轨中的频散曲线，进而得到lamb波的实际波速；利用小波变换得到lamb波的传播时间；利用椭圆算法实现损伤监测与定位。解决了直达波与反射波时间上混叠问题，反射波峰值功率提高，可以监测微小损伤，提升损伤监测精度，同时能做到远程监测，节省人力，提升监测效率。率。率。

A remote monitoring system for switch rail damage and its monitoring method

【技术实现步骤摘要】
一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法


[0001]专利技术涉及铁路工业
，尤其涉及一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法。

技术介绍

[0002]众所周知，列车在铁路上运行时无法主动进行转向，只能依靠道岔从一个股道转向另一个股道。随着列车速度和轴重的大幅度提升，轨道上各种损坏现象越来越严重，重载铁路和高速铁路尤为突出。作为道岔最薄弱的一部分，这些损坏常常出现在道岔尖轨，因此对于道岔尖轨的检测便显得十分重要。
[0003]铁路上传统的检测方法是让检修工人用铁锤敲击轨道，通过辨别声音来判断是否存在裂纹。很显然这种方法过于依赖检测者的经验，并且效率过于低下。随着我国铁路尤其是高速铁路的快速发展，依靠人工敲击辨别声音的方法已经远远不能满足实际需要。在目前的道岔尖轨损伤监测方面，普遍采用大型钢轨探伤车与手推钢轨探伤车。大型钢轨探伤车开展在役线路的快速周期性检查，存在危险的空窗期；其监测能力很大程度上取决于快速运行中超声轮式探头的对中，且又因为超声波在空气中衰减快，超声信号无法有效进入到钢轨内部指定区域，存在伤损漏检的可能。对于手推式钢轨探伤车，每日作业长度为8 公里左右，目前全国铁路营业里程达14.63万公里，手推式钢轨探伤车无法满足大量的需求；以京张高铁为例，张家口地区冬季最低气温达到零下24.9摄氏度，钢轨探伤车的最低工作温度在零下20摄氏度，无法满足张家口地区的需求；手推式探伤车使用的耦合剂受限于低温难以达到要求精度。
[0004]在大多数情况下，疲劳裂纹是以微裂纹或闭合裂纹的形式，存在于疲劳发展的前80％左右的时间内，单纯依靠人眼观察几乎无法对其进行辨别。其中，研究人员通常将宽度小于0.5mm的疲劳裂纹称为疲劳微裂纹。
[0005]在实际运营过程中，钢轨往往承担着大振幅横向振动作用。一旦钢轨疲劳微裂纹成型，轮轨间巨大的横向作用力会促使其沿横向扩展，大大增加了发生断轨的可能性。因此，对钢轨在早期疲劳阶段萌生的微裂纹进行有效检测与及时维护，避免其继续扩展成为宏观裂纹，阻止其进入裂纹失稳拓展阶段，对于预防重大安全生产事故、保障钢轨安全可靠服役、维持铁路运输安全基础稳定，具有重要意义。
[0006]lamb波是超声无损检测最常用的一种导波形式，也称为板波。lamb波具有传播距离远、对结构表面和和内部损伤均敏感的优势，用超声波检测薄板有时会遇到较大困难，而超声lamb波在薄板的无损检测中应用的较为成功，在薄板检测中具有明显的优势。因此本专利技术利用lamb波作为道岔尖端探伤系统的探伤波，符合道岔尖端厚度较薄的特点，探伤效果较为出色。此外，lamb 波常用于航天和其他材料工业的健康监测，并达到了极佳的效果。其研究理论成熟、使用成本低、实用性强等优点提供了很好的理论支持。
[0007]lamb信号波形为五波峰的缺点：(1)脉冲信号频带越窄，时间信号所需时间越长，造成回波信号、多模态信号与直达信号混叠。(2)五波峰采用了非等幅波，信号峰值功率小，
反射波峰值幅度小，不易检测微小损伤。
[0008]lamb信号波形采用伪随机码调相波，利用伪随机码自相关特点，在信号同样带宽条件下，发射脉冲信号与接收信号互相关运算，产生更窄脉冲信号，解决了直达波与反射波时间上混叠问题，反射波峰值功率提高，可以检测微小损伤，解决了五波峰功率小不易检测问题。
[0009]因此，有必要提供一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法解决上述技术问题。

技术实现思路

[0010]专利技术解决的技术问题是提供一种道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法能够解决现有监测技术无法连续监测、无法在高温高湿等复杂条件下监测的问题。
[0011]为解决上述技术问题，专利技术提供的道岔尖轨损伤远程监测系统，包括：布置模块，所述布置模块用于将待测道岔尖轨分成若干监测区间，在若干所述监测区间布置传感器，每个传感器能做到收发信号；
[0012]采集模块，所述采集模块用于控制传感器发送和接收信号，得到相关数据；
[0013]伪随机码处理模块，所述伪随机码处理模块用于将所述采集模块产生的 lamb波转换成伪随机调相波；
[0014]发送模块，所述发送模块利用4G模块将得到的数据传输到云端，便于远程处理；
[0015]监测模块，所述监测模块负责监测道岔尖轨是否出现损伤，主体为一软件，具有频散分析、小波变换、椭圆定位三个功能，以椭圆算法是否有解判断是否出现损伤。
[0016]一种道岔尖轨损伤远程监测方法，包括以下步骤：
[0017]S101：将需要监测的道岔尖轨划分成为多个监测区段，在待测道岔尖轨监测区段内布置若干个传感器，使若干个所述传感器分布在轨腰以及轨底附近；
[0018]S102：所述传感器使用伪随机码的方式激励lamb波，并接收反射回来的 lamb波信号；
[0019]S103：所述传感器将采集到的数据传输到远端进行分析；
[0020]S104：对所得到的lamb波信号利用小波变换进行分析处理，得到lamb 波信号传播的时间；小波变换的公式如下所示：
[0021][0022]S105：对所得到的lamb波信号利用频散分析，得到lamb波在钢轨当中传播的实际传播波速；
[0023]S106：将从S104中得到的数据和从S105得到的参数带入到椭圆定位算法中求解；
[0024]S107：利用椭圆算法进行计算；
[0025]S108：椭圆算法有解即确定钢轨内含有损伤；
[0026]S109：椭圆算法无解即确定钢轨内含无损伤。
[0027]优选的，利用伪随机码调相波产生窄脉冲信号以代替传统的五波峰信号； lamb波形采用随机码调相波，利用随机码自相关特点，在信号同样带宽条件下，发射脉冲信号与接收信号互相关运算，产生更窄脉冲信号。
[0028]优选的，采用4G模块进行数据传输，4G模块是基于4G网络进行无线传输的模块。
[0029]优选的，传感器为压电传感器，任意三个不共线的传感器均可以相互配合生成lamb波传播路径。
[0030]优选的，椭圆算法利用求解两个椭圆交点的方法得到损伤位置，每个椭圆由两个传感器间距作为焦距，lamb波在道岔尖轨当中经过反射走过的实际距离得到。
[0031]与相关技术相比较，专利技术提供的道岔尖轨损伤远程监测系统及其监测方法具有如下有益效果：解决了直达波与反射波时间上混叠问题，反射波峰值功率提高，可以监测微小损伤，提升损伤监测精度，同时能做到远程监测，节省人力，提升监测效率。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实例提供的一种基于超声lamb波的道岔尖轨远程损伤监测方法的流程示意图；
[0033]图2为本专利技术伪随机码调相的原理；
[0034]图3为本专利技术调相连续波形成过程图；
[0035]图4为本专利技术频散分析曲线的示意图；
[0036]图5为本专利技术椭圆定位的原理图；
[0037]图6为本专利技术中利用椭圆定位损伤坐标的原理图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种道岔尖轨远程监测系统，其特征在于，包括：布置模块，所述布置模块用于将待测道岔尖轨分成若干监测区间，在若干所述监测区间布置传感器，每个传感器能做到收发信号；采集模块，所述采集模块用于控制传感器发送和接收信号，得到相关数据；伪随机码处理模块，所述伪随机码处理模块用于将所述采集模块产生的lamb波转换成伪随机调相波；发送模块，所述发送模块利用4G模块将得到的数据传输到云端，便于远程处理；监测模块，所述监测模块负责监测道岔尖轨是否出现损伤，主体为一软件，具有频散分析、小波变换、椭圆定位三个功能，以椭圆算法是否有解判断是否出现损伤。2.一种道岔尖轨损伤远程监测方法应用于权利要求1所述的道岔尖轨远程监测系统，包括如下步骤：S101：将需要监测的道岔尖轨划分成为多个监测区段，在待测道岔尖轨监测区段内布置若干个传感器，使若干个所述传感器分布在轨腰以及轨底附近；S102：所述传感器使用伪随机码的方式激励lamb波，并接收反射回来的lamb波信号；S103：所述传感器将采集到的数据传输到远端进行分析；S104：对所得到的lamb波信号利用小波变换进行分析处理，得到lamb波信号传播的时间；小波变换的公式如下所示：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡国强，唐伟峰，宋琪，葛超，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：