[发明专利]一种基于声发射技术的车载移动式高速铁路钢轨伤损检测方法

说明书

技术领域

本发明属于铁路钢轨安全监测技术领域，涉及一种基于声发射技术的车载移动式高速铁路钢轨伤损检测系统与检测方法。

背景技术

近年来我国铁路的发展，特别是高速铁路的快速发展，为国家的经济发展和社会进步起到了巨大的推动作用。我国铁路运输的大力建设，列车速度、载重和密度的不断增加，对铁路系统的安全性提出了更高的要求，如何保障高速铁路安全、稳定、可靠的运行将会成为我国铁路运输面临的重大问题。其中，由钢轨伤损而引发的铁路安全问题越来越受到人们的重视，而裂纹是引起钢轨伤损的一个主要原因。

声发射技术作为一种新兴的现代无损检测技术，能够评估裂纹的动态特征，非常适合于检测材料和结构的动态行为。它能够检测对象的动态裂纹、裂纹萌生及裂纹生长等，即它检测到的信息是缺陷本身发出的信息，无需外部输入信号对缺陷进行扫描。裂纹的扩展是一个重要的声发射源，由它们产生的声发射信号反应了裂纹的本质特征，通过对钢轨裂纹声发射源的检测可以实现钢轨伤损状态的实时监测，同时对伤损的严重等级进行评估并采取相应的维护措施。

目前，声发射技术在钢轨检测上的研究都是将传感器安装于钢轨上进行检测，由于声发射信号传播距离的限制，这种情况下的应用需要在钢轨上布置大量的传感器和数据传输节点，对于一条长达上百公里的高速铁路来说，需要耗费大量的人力、物力和财力，目前难以实现。

发明内容

为了实现高速铁路钢轨伤损的高效监测并降低检测成本，本发明提供了一种基于声发射技术的车载移动式高速铁路钢轨伤损检测系统与检测方法，结合所提出的检测方法和检测系统，能够实现高速铁路钢轨伤损的高效监测，并降低检测成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于声发射技术的车载移动式高速铁路钢轨伤损检测系统，由单轮交替检测子系统、多轮同步检测子系统、车载信号采集与处理平台组成，其中：

所述单轮交替检测子系统由若干个均匀分布在车轮圆周上的传感器组成，每一个传感器对应一个扇形区域，扇形区域的圆心角为θ，所有传感器的扇形区域覆盖整个圆周；

所述多轮同步检测子系统由若干个单轮交替检测子系统组成；

所述车载信号采集与处理平台安装于列车上，各传感器通过同轴屏蔽电缆与车轮轴端的导电滑环相连接，导电滑环的输出端与车载信号采集与处理平台相连接。

一种基于声发射技术的车载移动式高速铁路钢轨伤损检测方法，该方法是利用上述检测系统实现的，包括如下步骤：

步骤一：当列车经过存在活动裂纹的钢轨时，在列车载重的激励作用下，裂纹伤损产生声发射信号，通过安装在列车车轮上的单轮交替检测子系统的连续检测，能够采集到裂纹所发出的声发射信号。

在单轮交替检测子系统中，传感器对应扇形区域的圆心角为θ，所需要传感器数目N按下式计算：

其中θ应尽量小，保证每个传感器对应扇形区域的弧长较短，与钢轨具有较好的接触。

步骤二：在步骤一给出的单轮交替检测系统基础上，通过角度差算法来获得各轮上对应传感器的初始角度差，组建多车轮上的同步检测系统，实现各车轮上的传感器对钢轨同一位置的同步检测。

角度差算法为：选取多轮中的一个车轮上的传感器为参照，作为基准传感器，设另一车轮与基准车轮轴心之间的距离为L，车轮半径都为r，则另一车轮上与该基准传感器对应的同步传感器，与基准传感器之间的初始角度差α为：

其中为向下取整运算。

通过角度差算法，能够调节不同车轮上传感器的位置，获得不同车轮上对钢轨同一位置进行同步检测的传感器安装角度，并将这些传感器分为一组，那么多车轮上同步传感器组的数目等于步骤一中单车轮上传感器数目N。

步骤三：通过车载信号采集与处理平台对多车轮上传感器的钢轨裂纹伤损声发射信号的检测情况来判断钢轨伤损。多车轮上不同组同步传感器实现对整个钢轨的连续检测，根据钢轨伤损的判别结果来判断目前钢轨的安全状态。

设多车轮中车轮的数目为M(M≥2)，多车轮对钢轨伤损的判别方法为：

1)当列车经过某一段钢轨时，M个车轮中检测到声发射信号的车轮数目M_o＞M_th，则判定该段钢轨上存在活动裂纹；

2)当列车经过某一段钢轨时，M个车轮中检测到声发射信号的车轮数目M_o≤M_th，则判定该声发射信号来自于其他干扰，如偶尔出现在钢轨上的细小石子崩裂所产生；