[发明专利]基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端

说明书

本发明公开了基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端，属于钢轨健康监测技术领域，包括数据训练步骤：计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值，进而建立钢轨不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系；监测判断步骤：判断轨道检测信号对应的状态，将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较，进而确定钢轨伤损等级。本发明通过建立轨道在不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系，能够实现不同状态下检测信号的定向伤损等级判断，消除不同状态对检测信号特征参数的影响，以此降低伤损等级检测的误报率；进一步地，基于多伤损阈值对检测信号进行判断，能够进一步提升伤损等级判断的准确性。

技术领域

本发明涉及钢轨健康监测技术领域，尤其涉及基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端。

背景技术

随着铁路运营里程的不断延伸，列车运行速度的提升、车流密度的增大、线路服役时间的增加，对列车的运行安全、轨道设备的检修效率以及维护成本提出了更高的要求。道岔作为轨道设备的重要组成单元，其服役状态对列车的安全通行起到了至关重要的作用。由于尖轨、心轨是道岔实现转辙的关键部件，其存在边界条件复杂多变、断面变化大、常规探伤作业无法快速实施检查等问题，成为保障道岔安全服役的薄弱环节。

目前，针对道岔尖心轨伤损检测主要有探伤小车和便携式探伤仪，探伤小车只能在线路空闲的“天窗期”工作，检测速度慢、且依然存在探伤盲区。便携式探伤仪可对疑似伤损进行重点检测，以及覆盖部分探伤小车的盲区，但是检测效率较低且受人为因素影响较大。现有的这些检测技术只能依靠人工检查和辨别，这种人工检查不能实现全天不间断的实时检测，在两个检修周期之间存在严重的安全隐患。为实现轨道伤损程度的实时监测，目前将主动式超声导波检测技术引入道岔防断监测领域，然而由于超声导波具有多模式、频散特性，导致导波信号提取准确度不高，无法有效保证伤损探测的准确性；且尖心轨在斥离和密贴等不同状态也会引起导波信号特征值的变化，进一步增大了道岔防断监测的难度，因此如何实现实时、准确的道岔防断监测是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中无法实现实时、准确的道岔防断监测的问题，提供了一种基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法及终端。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于非线性超声波的主动式钢轨伤损监测方法，方法包括以下步骤：

数据训练步骤：计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值，进而建立钢轨不同状态下不同伤损等级与测试信号之间的映射关系；所述伤损等级阈值包括微裂纹的伤损阈值和/或宏观裂纹的伤损阈值，微裂纹的伤损阈值为非线性参数阈值；宏观裂纹的伤损阈值包括时域信号相似性阈值、时域信号互相关阈值、频谱幅度差阈值、频谱相似性阈值、经验模态分解阈值和希尔伯特-黄变换阈值；

监测判断步骤：判断轨道检测信号对应的状态，将检测信号与对应状态下伤损等级阈值进行比较，进而确定钢轨伤损等级。

在一示例中，所述计算钢轨不同状态下测试信号的伤损等级阈值具体包括：

根据不同状态下微裂纹伤损的测试信号的非线性参数值得到微裂纹伤损的非线性参数阈值；和/或

根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的时域相似度值得到宏观裂纹伤损的域信号相似性阈值；和/或，

根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的互相关损伤指数值得到宏观裂纹伤损的时域信号互相关阈值，基准信号表示对应状态下的无损信号；和/或，

根据不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其发射端发送的测试信号的频谱幅值变化得到宏观裂纹伤损的频谱幅度差阈值；和/或，

计算采集的不同状态下宏观裂纹伤损的测试信号与其基准信号的相关函数值得到宏观裂纹伤损的频谱相似性阈值；和/或，