[发明专利]基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的装置及方法，利用基于剩磁效应的钢轨巡检系统结合信号处理方法，根据钢轨表面剩磁场信号分布与表面裂纹密切相关的特点，对钢轨表面的剩磁场信号进行小波分解后利用希尔伯特‑黄变换法提取信号包络线，设定信号幅值的阈值来确定钢轨裂纹，将检测速度与采样频率相除得到每两个采样点间的距离，根据采样点间的距离和信号阈值对应的采集点数计算得到钢轨裂纹的位置，从而完成对钢轨的表面裂纹位置进行无损检测。剩磁检测技术将励磁装置与探头分离，可以对漏磁检测技术难以检测的部分进行检测，并且该方法可以与漏磁检测技术相结合，同时进行检测从而提高系统的检测准确率。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体是一种基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的装置及方法。

背景技术

在繁重的铁路运输压力下，钢轨因疲劳和磨损出现表面损伤的概率大幅提升，也为铁路运输带来了更多的安全隐患。这类裂纹磨损等缺陷以及由于挤压、载荷和温度不均导致的肉眼不可见的内部应力集中而产生，对铁路安全有着巨大的威胁，因此钢轨缺陷无损检测技术是当下国内外研究的热点问题。

无损检测是指在不损伤待检结构、产品等被检对象的条件下，通过一定的手段来检测或测量被检对象中因存在缺陷或局部不均匀而带来的物理量变化，以此判断被检对象内部结构或表面是否存在缺陷，从而判定被检对象的结构完整性、连续性、安全可靠性等物理性能。无损检测以其非破坏性、可靠性、安全性等优点在能源、机械和铁路等领域得到了高度重视和迅猛发展，对质量控制、节约原材料和改进工艺等方面起着十分关键作用的技术。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的装置及方法，根据钢轨表面剩磁场信号分布与表面裂纹密切相关的特点，对钢轨的表面裂纹位置进行无损检测。相比于漏磁检测技术由于励磁装置与探头合并时体积太大，难以对材料的弯曲部分以及狭小区域进行检测，剩磁检测技术将励磁装置与探头分离，可以对漏磁检测技术难以检测的部分进行检测。并且该方法可以与漏磁检测技术相结合，同时进行检测从而提高系统的检测准确率。

本发明提供了一种基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的装置，包括沿钢轨分开放置的励磁装置与探头，探头通过调理电路连接到数据采集机构。

本发明还提供了一种基于剩磁效应检测钢轨表面损伤位置的方法，对待检测样件进行磁化达到磁饱和后撤去磁化装置，待检测样件磁场强度减弱为剩余磁场强度，利用霍尔传感器匀速检测样件的法向磁场强度信号，对信号进行处理并上传到上位机，根据处理后的信号判断表面损伤位置。

所述的根据处理后的信号判断表面损伤位置过程中，具体判断过程如下：

步骤1）对原始信号进行小波降噪，使用matlab软件中的db5小波对信号进行5层分解；

步骤2）使用希尔伯特-黄变换法，提取得到信号包络线；

步骤2.1）首先对信号进行经验模式分解(EMD)，输入信号x(t)，找出所有局部极大值和极小值点，拟合上下包络求出均值m(t)，剩余信号h(t)=x(t)-m(t)，判定h(t)是否满足IMF条件；

步骤2.2）对每一个IMF作希尔伯特变换求得每一个IMF的瞬时频率，最后提取得到信号包络线。

步骤3）将信号幅值的阈值设定为0.1，提取包络线上每一处突变的上升部分的突破阈值处，得到信号突变发生对应的采样点数。

步骤4）将检测速度v与采样频率f相除，得到每两个采样点之间对应的钢轨表面距离Δx。