[发明专利]基于磁致伸缩扭转导波的轨底缺陷监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁底缺陷检测系统和方法，尤其涉及一种基于磁致伸缩扭转导波的轨底缺陷监测系统和方法。

背景技术

随着我国国民经济的发展和铁路运力的不断提高，货运列车的载重量和车速也不断增加，对铁轨的缺陷监测提出了更高的要求。铁轨底部裂纹是重载铁路线轨道的常见损伤，我国常用的检测手段是采用手推式轨道超声探伤小车，这种方式很难对轨底缺陷做出精确判断，一些轨底距离道砟很近的铁路线根本无法适用，也不可能做到对铁路线网的实时在线监测。

导波是一种频率较低的可沿任意截面固体传播的弹性波。导波具有多模态的特点，在同一频率下可能存在多种模态的导波同时传播，在使用导波检测中最重要的一点就是激发特定模态的导波。激发导波的方式有多种，常见的有磁致伸缩式和压电式。压电式换能器需要与被测介质紧密接触，检测前需要处理铁轨表面、粘贴换能器等，准备时间较长且影响正常生产，在繁忙的铁路线上使用这种检测方法很不现实。磁致伸缩式是一种磁-声换能器，检测时只需与被测物靠近即可，使用方便。导波还具有传播距离远的特点，与使用超声波检测的逐点扫查方式不同，可以大范围、长距离检测，便于组成监测网络。

在实际的铁路线中，使用大量的扣件将铁轨固定在轨枕上，检测到的回波数据包含了扣件位置处的反射回波，在波形上与缺陷位置的回波无异，这给缺陷信息的提取与识别带来了很大的困难，更是在线监测系统必须解决的关键问题。

发明内容

本发明针对我国现有铁轨底部缺陷检测技术的不足，提出了一种基于磁致伸缩扭转导波的轨底缺陷监测系统和方法，可以对大范围的铁路线网轨道底部缺陷进行实时在线监测。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一、一种基于磁致伸缩扭转导波的轨底缺陷监测系统，包括：

包括用于检测布置点附近铁轨轨底缺陷的回波信号的扭转导波传感器；

包括用于将激励信号分配至各个扭转导波传感器和将扭转导波传感器的回波信号传输至导波接收模块的多通道传感器连接模块；

包括用于接收频率选择信号进而产生激励信号，传送到多通道传感器连接模块的导波激励模块；

包括用于将扭转导波传感器中的铁轨轨底缺陷回波信号依次经放大、调理、滤波、A/D转换步骤数字化后传输至核心控制模块的导波接收模块；

包括用于分析、处理数字化后的回波信号并传送到人机交互模块和向导波激励模块发出频率选择信号，向多通道传感器连接模块发送同步控制脉冲的核心控制模块；

包括用于设置工作参数，并将工作参数传输至核心控制模块和用于显示铁轨缺陷信息的人机交互模块。

所述的人机交互模块为触摸屏。

所述的布置点附近铁轨轨底缺陷的回波信号为布置点0～30米范围内大于等于铁轨横截面积3%的回波信号。

所述的同步控制脉冲用于控制各个扭转导波传感器协同工作。

二、一种基于磁致伸缩扭转导波的轨底缺陷监测方法，包括以下步骤：

1）首先人机交互模块接受工作参数设置，并将工作参数传输至核心控制模块；

2）核心控制模块根据工作参数中的铁轨型号得到扭转导波的激励频率，将扭转导波的激励频率转化为频率选择信号后发送给导波激励模块，导波激励模块依据频率选择信号产生相应频率的激励信号；核心控制模块将各个扭转导波传感器协同工作的同步控制脉冲发送给多通道传感器连接模块，多通道传感器连接模块依据同步控制脉冲将导波激励模块产生的激励信号分配至各个扭转导波传感器上；

3）扭转导波传感器对布置点附近铁轨轨底进行检测，检测得到的回波信号通过多通道传感器连接模块传输给导波接收模块，在导波接收模块中依次经过放大、调理、滤波、A/D转换步骤数字化后传输至核心控制模块；

4）在核心控制模块中中将上述步骤3）得到的数字化的回波信号和步骤2）发送的激励信号进行归一化处理；

5）将归一化处理后的回波信号和激励信号作互相关运算并得到相位差；

6）若回波信号和激励信号的相位差小于等于180度，则认为该回波信号是铁轨扣件处的反射回波信号，不属于铁轨轨底缺陷信息；

若回波信号和激励信号的相位差大于180度，则认为该回波信号属于铁轨轨底缺陷信息，进一步将该回波信号与存储在核心控制模块中的缺陷特征库匹配，得到缺陷的大小和类型。

本发明的有益效果是：