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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于定位钢轨损伤的低频超声导波检测,具体涉及一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统及方法。
技术介绍
1、目前,常见的钢轨损伤检测方法主要包括超声检测、激光超声检测、漏磁检测、涡流检测、机器视觉检测以及射线检测等方法。在这些无损检测方法中,通常采用低频超声导波的方式检测钢轨较窄区域的损伤。
2、但是,在对道岔轨头较窄区域的损伤进行检测时,低频超声导波在钢轨道岔轨腰边缘的损伤检测中存在频散现象,从而导致无法快速识别道岔轨头较窄区域的损伤位置。
技术实现思路
1、基于此,本专利技术实施例当中提供了一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统及方法,旨在解决现有技术中,在对道岔轨头较窄区域的损伤进行检测时,低频超声导波在钢轨道岔轨腰边缘的损伤检测中存在频散现象,从而导致无法快速识别道岔轨头较窄区域的损伤位置的问题。
2、本专利技术实施例的第一方面提供了一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,包括mcu控制器,以及分别与所述mcu控制器通信连接的信号发生模块、信号接收模块以及信号处理模块,所述信号发生模块包括激励子模块和与所述激励子模块通信连接的信号发生子模块,所述信号接收模块包括第一信号接收子模块和与所述第一信号接收子模块通信连接的第二信号接收子模块,其中,
3、所述激励子模块用于激励所述信号发生子模块在钢轨上产生低频超声导波信号,所述第一信号接收子模块按要求布设于钢轨上,并在所述第二信号接收子模块的作用下,采集检测信号,所述检测信号包括所述低频超
4、进一步的,所述第一信号接收子模块至少包括一个低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器活动连接于钢轨上,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线上,其中,低频超声导波传感器组中间的两个低频超声导波传感器设于钢轨损伤处两侧。
5、进一步的,所述第一信号接收子模块包括若干并排设置的低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线上,其中,低频超声导波传感器组中间的两个低频超声导波传感器设于钢轨损伤处两侧。
6、进一步的,所述第二信号接收子模块包括与所述第一信号接收子模块通信连接的多通道切换单元、与所述多通道切换单元通信连接的信号调理单元、与所述信号调理单元通信连接的信号采集单元。
7、本专利技术实施例的第二方面提供了一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,通过上述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统实现,所述方法包括:
8、控制mcu控制器向信号发生模块发出控制信号,信号发生模块根据控制信号,控制信号发生模块中的激励子模块激励信号发生模块中的信号发生子模块在钢轨上产生低频超声导波信号;
9、控制信号接收模块中的按要求布设于钢轨上的第一信号接收子模块在第二信号接收子模块的作用下,采集检测信号,所述检测信号包括所述低频超声导波信号、钢轨损伤处产生的反射波模态信号和透射波模态信号;
10、控制mcu控制器将所述检测信号发送至信号处理模块中,以对所述检测信号进行处理,最终确定钢轨损伤位置。
11、进一步的,所述控制信号接收模块中的按要求布设于钢轨上的第一信号接收子模块在第二信号接收子模块的作用下,采集检测信号,所述检测信号包括所述低频超声导波信号、钢轨损伤处产生的反射波模态信号和透射波模态信号的步骤中,控制第一信号接收子模块中的位于钢轨同一直线的四个低频超声导波传感器依次导通,分别接收对应的检测信号。
12、进一步的,所述控制mcu控制器将所述检测信号发送至信号处理模块中,以对所述检测信号进行处理,最终确定钢轨损伤位置的步骤包括:
13、分别获取四个低频超声导波传感器在钢轨无损伤时的第一信号,以及在钢轨有损伤时的第二信号,计算对应的差值信号;
14、采用小波分析法,分别对差值信号进行时频域处理,以得到反射波模态信号时间和透射波模态信号时间;
15、获取相邻的低频超声导波传感器的间距,根据相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间和透射波模态信号时间,计算反射波模态波速和透射波模态波速;
16、根据反射波模态波速、透射波模态波速、相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间以及透射波模态信号时间,计算钢轨损伤位置。
17、进一步的,所述采用小波分析法,分别对差值信号进行时频域处理,以得到反射波模态信号时间和透射波模态信号时间的步骤中,小波计算公式为:
18、
19、其中,α表示为尺度因子,即小波基函数伸展与压缩的系数,τ表示为平移参量,即小波基函数的平移系数,f(t)表示为进行小波时频域变换的输入信号,所述小波基函数为morlet、coif、db4、meyer四种类型中的一种。
20、进一步的,所述获取相邻的低频超声导波传感器的间距,根据相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间和透射波模态信号时间,计算反射波模态波速和透射波模态波速的步骤中,反射波模态波速的计算公式为:
21、v2=(l3-l2)/(tr1-tr);
22、其中,v2表示为反射波模态波速,l2表示为第一低频超声导波传感器到钢轨损伤处的距离,l3表示为第二低频超声导波传感器到钢轨损伤处的距离,tr1表示为直达波经钢轨损伤反射后,反射波模态信号到达第一低频超声导波传感器的时间,tr表示为直达波经钢轨损伤反射后,反射波模态信号到达第二低频超声导波传感器的时间;
23、透射波模态波速的计算公式为:
24、v3=(l5-l4)/(tt1-tt);
25、其中,v3表示为透射波模态波速,l4表示为第三低频超声导波传感器到钢轨损伤处的距离,l5表示为第四低频超声导波传感器到钢轨损伤处的距离,tt表示为直达波经钢轨损伤透射后,透射波模态信号到达第三低频超声导波传感器的时间,tt1表示为直达波经钢轨损伤透射后,透射波模态信号到达第四低频超声导波传感器的时间。
26、进一步的,所述根据反射波模态波速、透射波模态波速、相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间以及透射波模态信号时间,计算钢轨损伤位置的步骤中,钢轨损伤位置的计算公式为:
27、
28、或
29、
30、其中,其中,l4+l2表示为第二低频超声导波传感器与第三低频超声导波传感器之间的距离,l5+l3表示为第一低频超声导波传感器与第四低频超声导波传感器之间的距离,l’4表示为钢轨损伤处到第三低频超声导波传感器的距离,l’5表示为钢轨损伤处到第四低频超声导波传感器的距离。
31、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,包括MCU控制器,以及分别与所述MCU控制器通信连接的信号发生模块、信号接收模块以及信号处理模块,所述信号发生模块包括激励子模块和与所述激励子模块通信连接的信号发生子模块,所述信号接收模块包括第一信号接收子模块和与所述第一信号接收子模块通信连接的第二信号接收子模块,其中,
2.根据权利要求1所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第一信号接收子模块至少包括一个低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器活动连接于钢轨上,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线上,其中,低频超声导波传感器组中间的两个低频超声导波传感器设于钢轨损伤处两侧。
3.根据权利要求1所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第一信号接收子模块包括若干并排设置的低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线
4.根据权利要求1至3任一项所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第二信号接收子模块包括与所述第一信号接收子模块通信连接的多通道切换单元、与所述多通道切换单元通信连接的信号调理单元、与所述信号调理单元通信连接的信号采集单元。
5.一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,通过权利要求1-4任一项所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统实现,其特征在于,所述方法包括:
6.根据权利要求5所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,其特征在于,所述控制信号接收模块中的按要求布设于钢轨上的第一信号接收子模块在第二信号接收子模块的作用下,采集检测信号,所述检测信号包括所述低频超声导波信号、钢轨损伤处产生的反射波模态信号和透射波模态信号的步骤中,控制第一信号接收子模块中的位于钢轨同一直线的四个低频超声导波传感器依次导通,分别接收对应的检测信号。
7.根据权利要求6所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,其特征在于,所述控制MCU控制器将所述检测信号发送至信号处理模块中,以对所述检测信号进行处理,最终确定钢轨损伤位置的步骤包括:
8.根据权利要求6所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,其特征在于,所述采用小波分析法,分别对差值信号进行时频域处理,以得到反射波模态信号时间和透射波模态信号时间的步骤中,小波计算公式为:
9.根据权利要求7所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,其特征在于,所述获取相邻的低频超声导波传感器的间距,根据相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间和透射波模态信号时间,计算反射波模态波速和透射波模态波速的步骤中,反射波模态波速的计算公式为:
10.根据权利要求8所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,其特征在于,所述根据反射波模态波速、透射波模态波速、相邻的低频超声导波传感器的间距、反射波模态信号时间以及透射波模态信号时间,计算钢轨损伤位置的步骤中,钢轨损伤位置的计算公式为:
...【技术特征摘要】
1.一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,包括mcu控制器,以及分别与所述mcu控制器通信连接的信号发生模块、信号接收模块以及信号处理模块,所述信号发生模块包括激励子模块和与所述激励子模块通信连接的信号发生子模块,所述信号接收模块包括第一信号接收子模块和与所述第一信号接收子模块通信连接的第二信号接收子模块,其中,
2.根据权利要求1所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第一信号接收子模块至少包括一个低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器活动连接于钢轨上,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线上,其中,低频超声导波传感器组中间的两个低频超声导波传感器设于钢轨损伤处两侧。
3.根据权利要求1所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第一信号接收子模块包括若干并排设置的低频超声导波传感器组,一个低频超声导波传感器组包括四个低频超声导波传感器,且同一低频超声导波传感器组中的各低频超声导波传感器设置在一条直线上,其中,低频超声导波传感器组中间的两个低频超声导波传感器设于钢轨损伤处两侧。
4.根据权利要求1至3任一项所述的定位钢轨损伤的低频超声导波检测系统,其特征在于,所述第二信号接收子模块包括与所述第一信号接收子模块通信连接的多通道切换单元、与所述多通道切换单元通信连接的信号调理单元、与所述信号调理单元通信连接的信号采集单元。
5.一种定位钢轨损伤的低频超声导波检测方法,通过权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员:曾伟,朱玉婷,杨勤业,刘赖保,姚飞艳,
申请(专利权)人:九江学院,
类型:发明
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