[发明专利]一种用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速铁路基础设施安全监测技术领域，尤其涉及一种快速可靠实时监测铁轨裂缝及损伤的无损监测方法和设备。

背景技术

随着我国高速铁路的大量建成通车，安全运输与设备状态管理的矛盾日益突出。通过建立有效的监控体系，做好固定设备的长期监控成为确保高速铁路安全、可靠、高效运行的保障，特别是固定设备某些关键薄弱环节的监控，注入道岔等。道岔处的铁轨易发生开裂、核伤等微小破坏，如果不能及时发现，极易快速地扩展为致命损伤，从而引起脱轨等严重事故。为此，找到一种可以快速实时可靠地监测铁轨裂缝及损伤情况的方法就显得极为重要。

在国外，漏磁检测法、涡电流检测法、视屏和光电图像检测法、射线检测法、超声导波法等都曾尝试运用于道岔铁轨的裂缝及损伤监测，但是实验证明由于其可靠性差、误报率高、实施困难及成本难以控制等缺点没有得到广泛地推广。 

因此，现有技术还有待于改进和发展。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统及方法。提供了一种快速可靠的实时监测铁轨裂缝及损伤的方法和设备，该方法采用自动化智能化技术，操作简单，监测结果受人工操作与环境影响微小，分析结果重复性好，可靠性高，实施相对简单。该监测方法可在列车通过铁轨后快速判断该段铁轨有无微裂缝及损伤发生，提高了安全性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，包括：

用于固定在铁轨上探测铁轨的振动波信号并转换为相应的振动波模拟信号的压电复合材料传感器；

用于将压电复合材料传感器探测到的振动波模拟信号进行去噪、放大处理的信号过虑及放大设备；

用于将经过去噪、放大处理的振动波模拟信号进行采样转化为振动波数字信号并存储的数据采集设备；

用于将数据采集设备采集到的振动波数字信号的时域波形转化为频域的功率谱密度分布图，并根据所述功率谱密度分布图的分布特点判断铁轨是否存在裂缝及损伤的计算机分析装置; 

所述压电复合材料传感器、信号过虑及放大设备、数据采集设备、计算机分析装置依次连接。

所述的用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，所述计算机分析装置包括：

信号转换单元，用于将数据采集设备采集到的振动波数字信号的时域波形转化为频域的功率谱密度分布图；

第一判断单元，用于当所述功率谱密度分布图的功率谱密度分布在20-80kHz以下的低频范围内时，则判断铁轨基本没有裂缝及损伤发生；

第二判断单元，用于当所述功率谱密度分布图的功率谱密度分布向80kHz以上的高频范围明显移动时，则判断该段铁轨已发生裂缝及损伤；

报警提示单元，用于当判断铁轨发生裂缝及损伤，报警提示检修或更换。

所述的用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，其还包括一用于将所述压电复合材料传感器紧固在所述铁轨的轨底表面的铁夹具: 所述压电复合材料传感器通过所述铁夹具紧固在铁轨轨底表面。

所述的用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，在所述压电复合材料传感器外包覆设置有一铜壳，所述铜壳通过一屏蔽线连接至同轴电缆的负极。

所述的用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，所述压电复合材料传感器包括内核，封装保护层，磁性套环和具有屏蔽功能的信号线，所述内核，封装保护层，磁性套环由内到外依次设置；

所述信号线缠绕设置在所述压电复合材料传感器内，并在所述压电复合材料传感器外突出设置有连接端子。

所述的用于实时监测铁轨裂缝及损伤的系统，其中，

所述压电复合材料传感器的共振频率应设置为150kHz-200kHz的频段范围内; 

所述数据采集设备的采样频率设置为不低于2.5MHz。

一种用于实时监测铁轨裂缝及损伤的方法，其中，包括步骤：

A、将一压电复合材料传感器固定于铁轨轨底，当有列车驶向并经过该段铁轨时，通过所述压电复合材料传感器探测铁轨的振动波信号，并转换为相应的振动波模拟信号；

B、通过信号过虑及放大设备将压电复合材料传感器探测到的振动波模拟信号进行去噪、放大处理；

C、通过数据采集设备将经过去噪、放大处理的振动波模拟信号进行采样转化为振动波数字信号并存储；