[发明专利]一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法及装置有效

专利信息
申请号: 202110726224.0 申请日: 2021-06-29
公开(公告)号: CN113533509B 公开(公告)日: 2022-04-15
发明(设计)人: 蔡国强;梁柯欣 申请(专利权)人: 北京交通大学
主分类号: G01N29/04 分类号: G01N29/04;G01N29/44;B61K9/10
代理公司: 北京中济纬天专利代理有限公司 11429 代理人: 郝志亮
地址: 100044*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 辨识 钢轨 疲劳 裂纹 位置 方法 装置
【权利要求书】:

1.一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法,其特征在于,在待测钢轨上设置四个传感器,所述四个传感器构成边长为预设长度的正方形信号接收阵列,所述方法包括:

向待测钢轨内施加第一信号,所述第一信号为高频兰姆波信号;

向待测钢轨内施加第二信号,所述第二信号为与第一信号相同的高频兰姆波信号以及低频振动信号的混合信号;

分别获取每个传感器接收第一信号时的接收信号,作为对应传感器的第一接收信号;

分别获取每个传感器接收第二信号时的接收信号,作为对应传感器的第二接收信号;

针对每个传感器的第一接收信号和第二接收信号,均进行以下处理,以得到每个传感器对应的损伤辨识信号的时频谱:

利用变分模式分解算法(Variational Mode Decomposition,VMD)分别对第一接收信号和第二接收信号进行模式分解;

通过希尔伯特变换(Hilbert Transform,HT)分别获取完成模式分解后第一接收信号和第二接收信号的时频谱;

将第一接收信号的时频谱与第二接收信号的时频谱进行相减处理,得到差信号时频谱;

利用高通滤波器滤除差信号时频谱中的低频振动信号,得到损伤辨识信号的时频谱;

在得到每个传感器对应的损伤辨识信号的时频谱之后,判断每个传感器对应的损伤辨识信号时频谱中是否均含有调制边频成分,所述调制边频成分为第二信号经过疲劳微裂纹时产生的损伤调制信号反映在时频谱上的频率成分;如果是,确定待测钢轨上有疲劳微裂纹;

在确定待测钢轨上有疲劳微裂纹之后,获取调制边频成分在每个传感器对应损伤辨识信号时频谱中出现的时刻,作为损伤调制信号到达所述传感器的时刻;

在获得损伤调制信号到达每个传感器的时刻之后,利用损伤调制信号到达每个传感器的时刻计算损伤调制信号的传播速度;

基于损伤调制信号到达每个传感器的时刻以及损伤调制信号的传播速度,计算损伤调制信号传播至各传感器的声程;

获取每个传感器中心点的坐标,分别以每个传感器的中心点为圆心、对应的声程为半径作圆,并基于传感器中心点的坐标计算四个圆形相交处交点的坐标;

利用所述交点的坐标确定待测钢轨上疲劳微裂纹的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,利用损伤调制信号到达每个传感器的时刻计算损伤调制信号的传播速度,包括:

将疲劳微裂纹所在位置的中心点记为O,四个传感器按逆时针方向分别记为A、B、C、D,四个传感器组成的正方形信号接收阵列的预设边长记为a;

由几何关系可知,三角形OBD的面积可表示为:

SOBD=SOAB+S0AD+SABD

其中,三角形ABD的面积为a2/2;

将第二信号传播至疲劳微裂纹处的时刻记为t0,损伤调制信号的传播速度记为v,各传感器接收到损伤调制信号的时刻分别记为tA、tB、tC、tD,损伤调制信号传播至各个传感器的声程分别表示为OA=v(tA-t0)、OB=v(tB-t0)、OC=v(tC-t0)、OD=v(tD-t0);

利用海伦公式分别对三角形OAB、OAD的面积进行计算,并代入计算三角形OBD面积公式的变形中,联立得到式一;

海伦公式为:

其中,s为三角形面积;la、la、la分别为三角形三边长,p为半周长;

式一为:

按照上述计算方法,三角形OBC的面积可表示为三角形OAB、OAC、ABC的面积之和,其中,三角形ABC的面积为a2/2,利用海伦公式整理得到式二:

式二为:

在式一和式二中,存在t0和v两个未知量,可通过联立两式进行求解,计算得到损伤调制信号的传播速度v和第二信号中的高频兰姆波信号传播至疲劳微裂纹处的时刻t0

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