[发明专利]一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法及装置，所述拓扑成像方法是先利用不同位置的空气耦合超声激发换能器激发超声波进入轨道板内部以激发兰姆波信号；然后由不同位置的空气耦合超声接收换能器接收兰姆波回波信号；然后由计算机采用MATLAB软件先对兰姆波回波信号进行滤波处理再依据拓扑成像算法进行轨道的裂缝成像。本发明可清晰的呈现出轨道板裂缝的位置及形状等信息，能为高铁日常的轨道板损伤检测提供及时预警和有力的评估手段。

技术领域

本发明是涉及一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法及装置，属于轨道板无损检测技术领域。

背景技术

截至2019年末，中国铁路建设超额完成任务：预计全年将投产50个项目、新线超过7000公里，其中高铁20个项目、新线突破4000公里。全国铁路营业里程将达13.9万公里，其中高铁3.5万公里，稳居世界第一。其中，中国高铁网络中最重要的一环便是板式无砟轨道，中国从上世纪90年代开始从国外引进消化吸收板式无砟轨道技术，目前已在我国高速铁路建设中得到广泛应用，使得我国高铁技术处于世界领先水平。

板式无砟轨道的生产对混凝土要求极高，使轨道板具有足够强度，可以承受列车高速的冲击；板式无砟轨道完全满足列车超过300公里/时的运行需求。同时板式无砟轨道具有较高的稳定性，使用寿命长，能减少后期的维护工作。但是面对高负荷的连续运行和多变的环境等诸多因素，使得板式无砟轨道产生了大量裂缝，严重影响列车运营和乘客人身安全。但目前轨道板检测工作主要是采取人工巡检进行，由于轨道交通用于可供线路检修维护的有效天窗时间仅为2-3小时，且高速铁路的线程又很长，以致巡检任务十分艰巨，要耗费大量人力，且使巡检员工作很辛苦、维护成本很高，并且检测质量不能保证，缺陷可能不能及时发现，以致使铁路安全存在隐患。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法及装置，以解决目前高铁巡检工作繁多、效率低的问题，为高铁日常的轨道板损伤检测提供及时预警和有力的评估手段。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法，是先利用不同位置的空气耦合超声激发换能器激发超声波进入轨道板内部以激发兰姆波信号；然后由不同位置的空气耦合超声接收换能器接收兰姆波回波信号；然后由计算机采用MATLAB软件先对兰姆波回波信号进行滤波处理再依据拓扑成像算法进行轨道的裂缝成像。

一种实施方案，所述拓扑成像方法，包括如下步骤：

a)数据采集：利用超声波发射接收器的发射端发射超声波并由不同位置的空气耦合超声激发换能器将超声波激发至轨道板内部以在轨道板内部激发兰姆波信号，然后由不同位置的空气耦合超声接收换能器接收兰姆波回波信号并将兰姆波回波信号传输给超声波发射接收器的的接收端，由超声波发射接收器的接收端将接收的兰姆波回波信号传输给计算机；数据采集过程中，所述空气耦合超声激发换能器和空气耦合超声接收换能器采用“一发多位置接收”的方式激发和接收兰姆波信号；

假设在分别在i个位置激发兰姆波信号，所有激励信号都为t₀(t)：

t_i(t)＝[1-cos(2πf_ct/N)]sin(2πf_ct)，t₀(t)＝t_i(t)  (1)；

假设一个位置激发兰姆波信号对应j个位置接收信号，接收信号为：

公式(1)中和公式(2)中：i为激发信号的位置数，j为接收信号的位置数，i和j均为大于1的整数，f_c为激励信号的中心频率，0为空气耦合超声激发换能器的入射角度，t为信号的传播时间，x，y为接收信号的位置，N为激励信号周期数；