[发明专利]一种基于表面磁记忆信号的无缝铁轨内部温度应力早期诊断方法

说明书

本发明属于高速铁路无缝线路轨道稳定性的检测和评估领域，具体涉及一种基于表面磁记忆信号的无缝铁轨内部温度应力早期诊断方法。包括提出一种铁路现场测量方案对无缝铁轨内部在不同程度温度应力积累下表面金属磁记忆信号进行采集；对各帧磁记忆信号进行时域特征分析并进行主元分析PCA特征选优；利用傅立叶变换以及功率谱分析确定小波分解层数；最大小波能量‑香农熵比值确定小波基；对信号进行小波包分解并提取其子频带能量信息作为磁记忆信号频域特征；结合时频域特征，利用机器学习算法建立数据模型并对铁路内部温度应力积累程度进行诊断。本发明能够快速判断无缝线路内部应力累积程度，实现铁轨损伤的早期预防，减少事故的发生，具有实际的工程应用价值。

技术领域

本发明属于高速铁路无缝线路轨道稳定性的检测和评估领域,具体涉及一种基于表面磁记忆信号的无缝铁轨内部温度应力早期诊断方法。

背景技术

我国铁路事业飞速发展，无缝铁轨被广泛的应用在高速铁路建设中，其特点是每段轨之间以焊接形式连接，因此因气温变化时铁轨的热胀冷缩被限制，其内部往往会积累巨大的温度应力，加上高速行驶的列车碾压造成的残余应力，如果不能及时处理，当应力累积到一定程度时，铁轨易发生扭曲甚至断裂，因此，对无缝线路内部应力积累情况的快速早期评估具有现实意义。

金属磁记忆技术是新兴的唯一被动无损检测方法，其原理可以简明阐述为铁磁性工件受工作载荷和地磁场的共同作用，在应力和变形集中区域会发生磁致伸缩性质的磁畴组织定向、不可逆的重新取向，形成漏磁场，其区别于其他无损检测手段最主要的方面是其不仅能检测出铁磁构件宏观缺陷，同时也能反映工件内部应力集中及早期损伤。自1999年俄国学者DOUBV将此技术在中国提出后，国内大量学者做了很多磁记忆机理及应用方面的研究，但大都针对工件或工业设备焊接裂缝及宏观裂纹，其在交通尤其新兴无缝线路的隐性损伤诊断甚少。

在铁路检测方面，超声波检测技术应用广泛，但其只能检测已存在的宏观缺陷，无法通过检测内部应力对其寿命进行估计。

发明内容

针对目前磁记忆检测技术在无缝线路检测方面应用甚少，且在铁磁构件应力检测中仅能定性检测,达不到定量检测的，本发明的目的是提供一种铁磁构件应力定量检测方法,通过提取无缝铁轨内部不同程度温度应力积累情况下表面金属磁记忆信号特征的方法，将无缝线路内部温度应力状况与其表面金属磁记忆信号特征联系起来，并建立预测模型，可用于无缝线路沿线检测对铁路内部应力积累状况的评估及早期预警。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:对不同温度应力下法线方向上的磁记忆信号进行采集；对所得的磁记忆信号进行时域分析并进行主元分析PCA,进行优选，得到时域特征向量；对所得的磁记忆信号进行频域分析，得到频域特征向量；将得到的时频域特征向量汇总得到最终特征向量；用提取的各特征向量建立训练集，并训练预测模型；将需要诊断的检测数据输入预测模型，得到定量检测结果。

进一步,所述磁记忆信号的采集.需要在测量的无缝线路段每隔一段距离进行标记，采集各标记点轨腰处内部温度应力值(单位Mpa)及该点前后0.5m范围内法线方向磁记忆信号为一帧数据(单位：A/mm)，如图2。

进一步,所述得到的不同应力下各帧数据x＝{x₁,x₂,...,x_N},时域统计量包括：“均方根”、“极差”、“偏度”、“峰度”、“峭度”、“整流平均值”、“方差”及“标准差”，其计算公式分别为：

均方根：

极差：pd＝x_max-x_min (2)

偏度：

峰度：

峭度：

整流平均值：

方差及标准差：