[發明專利]一種用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統及方法

有效

• 申請號: 201210502451.6
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103847761A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 李宗津;張津瑞;陸有源;沈震遠;蘆澤宇
• 申請（專利權）人: 建維科技（深圳）有限公司
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 劉文求;楊宏

1.一種用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，包括：

用于固定在鐵軌上探測鐵軌的振動波信號并轉換為相應的振動波模擬信號的壓電復合材料傳感器；

用于將壓電復合材料傳感器探測到的振動波模擬信號進行去噪、放大處理的信號過慮及放大設備；

用于將經過去噪、放大處理的振動波模擬信號進行采樣轉化為振動波數字信號并存儲的數據采集設備；

用于將數據采集設備采集到的振動波數字信號的時域波形轉化為頻域的功率譜密度分布圖，并根據所述功率譜密度分布圖的分布特點判斷鐵軌是否存在裂縫及損傷的計算機分析裝置;?

所述壓電復合材料傳感器、信號過慮及放大設備、數據采集設備、計算機分析裝置依次連接。

2.根據權利要求1所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，所述計算機分析裝置包括：

信號轉換單元，用于將數據采集設備采集到的振動波數字信號的時域波形轉化為頻域的功率譜密度分布圖；

第一判斷單元，用于當所述功率譜密度分布圖的功率譜密度分布在20-80kHz以下的低頻范圍內時，則判斷鐵軌基本沒有裂縫及損傷發生；

第二判斷單元，用于當所述功率譜密度分布圖的功率譜密度分布向80kHz以上的高頻范圍明顯移動時，則判斷該段鐵軌已發生裂縫及損傷，

報警提示單元，用于當判斷鐵軌發生裂縫及損傷，報警提示檢修或更換。

3.根據權利要求1所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，其還包括一用于將所述壓電復合材料傳感器緊固在所述鐵軌的軌底表面的鐵夾具:?所述壓電復合材料傳感器通過所述鐵夾具緊固在鐵軌軌底表面。

4.根據權利要求1所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，在所述壓電復合材料傳感器外包覆設置有一銅殼，所述銅殼通過一屏蔽線連接至同軸電纜的負極。

5.根據權利要求1所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，所述壓電復合材料傳感器包括內核，封裝保護層，磁性套環和具有屏蔽功能的信號線，所述內核，封裝保護層，磁性套環由內到外依次設置；

所述信號線纏繞設置在所述壓電復合材料傳感器內、并在所述壓電復合材料傳感器外突出設置有連接端子。

6.根據權利要求1所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的系統，其特征在于，

所述壓電復合材料傳感器的共振頻率應設置為150kHz-200kHz的頻段范圍內;?

所述數據采集設備的采樣頻率設置為不低于2.5MHz。

7.一種用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的方法，其特征在于，包括步驟：

A、將一壓電復合材料傳感器固定于鐵軌軌底，當有列車駛向并經過該段鐵軌時，通過所述壓電復合材料傳感器探測鐵軌的振動波信號，并轉換為相應的振動波模擬信號；

B、通過信號過慮及放大設備將壓電復合材料傳感器探測到的振動波模擬信號進行去噪、放大處理；

C、通過數據采集設備將經過去噪、放大處理的振動波模擬信號進行采樣轉化為振動波數字信號并存儲；

D、通過計算機分析裝置將數據采集設備采集到的振動波數字信號的時域波形轉化為頻域的功率譜密度分布圖，并根據所述功率譜密度分布圖的分布特點判斷鐵軌是否存在裂縫及損傷。

8.根據權利要求7所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的方法，其特征在于，所述步驟A還包括：將所述壓電復合材料傳感器的共振頻率應設置為150kHz-200kHz的頻段范圍內;?

所述步驟C還包括：將所述數據采集設備的采樣頻率設置為不低于2.5MHz。

9.根據權利要求7所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的方法，其特征在于，所述步驟D具體包括：

D1、將數據采集設備采集到的振動波數字信號的時域波形轉化為頻域的功率譜密度分布圖；

D2、當所述功率譜密度分布圖的功率譜密度分布在20-80kHz以下的低頻范圍內時，則判斷鐵軌沒有裂縫及損傷發生；

D3、當所述功率譜密度分布圖的功率譜密度分布向80kHz以上的高頻范圍明顯移動時，則判斷該段鐵軌已發生裂縫及損傷，

D4、當判斷鐵軌發生裂縫及損傷，報警提示檢修或更換。

10.根據權利要求7所述的用于實時監測鐵軌裂縫及損傷的方法，其特征在于，所述步驟D還包括：當鋼軌在裂縫及損傷開展的過程中其頻率分布集中在80kHz-200kHz的頻段范圍內，定義鋼軌的損傷指數DI為：

其中為功率譜密度圖中80kHz-150kHz頻段內的面積，為功率譜密度圖中230kHz-300kHz頻段內的面積；

當2<DI<5時，提示鐵軌可繼續使用，不必更換；

當5<DI<10時，提示鋼軌結構有一定程度的損傷，密切關注；

當DI>10時，提示鋼軌結構損傷為嚴重，裂縫的開展進入不穩定階段，提示需要更換鐵軌。