[发明专利]一种钢轨结构腐蚀在线监测与评价方法

说明书

本发明公开了一种钢轨结构腐蚀在线监测与评价方法，涉及钢轨结构健康监测与智能检测领域。利用压电导波技术主动检测钢轨腐蚀结构，构建多主体的钢轨结构腐蚀程度识别框架，协同处理钢轨结构腐蚀数据，提高钢轨腐蚀数据的处理效率。运用钢轨腐蚀因子表示钢轨结构腐蚀特征信息，根据检测到的回波信号与导波信号之间的相位和幅值关系，提出自适应神经网络模糊分类算法实现钢轨腐蚀程度的计算，用于实现钢轨结构腐蚀程度的评价。本发明钢轨腐蚀在线监测与评价方法将推动智能检测技术在轨道交通工程的应用。

技术领域

本发明涉及钢轨结构健康监测与智能检测领域，特别涉及一种钢轨结构腐蚀在线监测与评价方法。

背景技术

钢轨结构腐蚀直接影响着列车行驶的安全性，特别是近年来我国高速铁路的快速发展，腐蚀对轨道交通的危害巨大，每年花费高昂的检测与维修费用。我国幅员辽阔，地质与天气环境的复杂性决定了钢轨结构工作环境的复杂性，对钢轨结构腐蚀监测带来了巨大的挑战。如何将智能传感和先进信号处理技术应用到钢轨结构腐蚀在线监测中是当前的重大课题，有助于提高轨道交通行业的智能运维水平。

当前，钢轨结构监测与腐蚀监测技术受到了越来越多的关注，促进了轨道交通检测技术与方法的快速发展。袁俊、郭华、邹明、陈崇木发明了一种耐腐蚀性能优良的高速铁路用耐腐蚀钢轨及生产方法，耐腐蚀钢轨包括钢轨基体和设置在钢轨基体表面的耐腐蚀层（高速铁路用耐腐蚀钢轨及其生产方法，公开号：CN107779751A）。朱力强、余祖俊、许西宁发明了基于超声导波监测钢轨应力的装置和方法，将导波激励源安装在所述钢轨的所述轨腰部分的表面上，将至少一个导波接收器安装在所述钢轨上且与所述导波激励源间隔开以接收所述导波激励源发出的导波。通过实时在线监测无缝线路钢轨的温度应力，对应力超限区间实时预警，确保无缝线路的安全运营（基于超声导波的钢轨应力的监测装置和方法，授权公告号：CN104614105B）。目前，钢轨结构在线检测与在线检测中缺乏统一的数据采集与处理框架，如何运用智能传感与信号处理技术构建钢轨结构腐蚀在线监测与评价框架，提高钢轨结构采集数据的精度和钢轨数据分布式计算处理效率。

实际中，钢轨腐蚀结构的在线监测在保障轨道交通行业的起到非常大的作用，相应的检测装置、技术与方法均收到了业界的高度重视。基于多主体技术的钢轨结构腐蚀在线监测与评价方法，利用分布式数据处理技术在不同层次上计算分析钢轨结构腐蚀的数据特征，实现钢轨结构腐蚀的在线监测。运用先进的信号处理技术实现对钢轨结构腐蚀程度的评价，提高了钢轨结构的智能化水平，保障了轨道交通基础设施的安全性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的第一目的在于发明一种钢轨腐蚀在线监测和钢轨腐蚀程度评价方法，构建多主体的钢轨结构腐蚀程度识别框架，包含传感数据采集主体、传感数据表示主体、钢轨结构腐蚀诊断主体和钢轨结构腐蚀程度识别主体。多主体系统协同处理钢轨结构腐蚀数据，提高钢轨腐蚀数据的处理效率。采用导波技术主动检测钢轨腐蚀情况，根据检测到的回波信号与导波信号之间的相位和幅值关系，运用钢轨腐蚀因子表示钢轨结构腐蚀特征信息，提出自适应神经网络模糊分类算法揭示钢轨腐蚀程度与腐蚀因子之间的关系，用于实现钢轨结构腐蚀程度的评价。

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的第二目的在于发明一种钢轨结构在线监测与评价方法实现流程，利用压电激励模块主动激发导波信号，用于主动探测钢轨结构的腐蚀情况，压电传感阵列用于检测回波信号，比较回波与导波信号之间的不同点，利用多主体钢轨腐蚀结构健康监测框架实现钢轨腐蚀程度评价，所述钢轨结构在线监测与评价方法实现流程主要包括：

（1）将压电激励与传感模块以及相应的电路均安装在钢轨外侧表面；

（2）压电激励模块在外加信号作用下主动产生导波信号；

（3）导波信号在钢轨结构中传播，如果钢轨结构中存在腐蚀，会造成导波信号出现衰减、反射、折射，影响导波信号在钢轨的传播；