[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于振動(dòng)和聲頻復(fù)合信號(hào)的高速鐵路鋼軌傷損實(shí)時(shí)檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410093836.0
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103808801A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈毅;章欣;王艷;馮乃章;孫明健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N29/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高速鐵路鋼軌傷損的檢測(cè)方法，尤其是一種基于振動(dòng)和聲頻復(fù)合信號(hào)的高速鐵路鋼軌傷損實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)拇罅ㄔO(shè)，特別是高速鐵路的飛速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩@得越來(lái)越重要。由于傷損檢測(cè)速度的限制，傳統(tǒng)的超聲傷損探測(cè)技術(shù)及模式無(wú)法滿(mǎn)足高速鐵路的探傷要求，新型高速鐵路探傷技術(shù)的研究迫在眉睫。

鋼軌在使用的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生折斷、裂紋及其它傷損形式，即為鋼軌傷損。鋼軌傷損是斷軌的主要原因，是影響行車(chē)安全的重要隱患，列車(chē)出軌事故主要由鋼軌斷裂產(chǎn)生。列車(chē)在加速和制動(dòng)過(guò)程中以及通過(guò)鋼軌接縫、彎道和道岔時(shí)，長(zhǎng)期產(chǎn)生對(duì)鋼軌的強(qiáng)烈摩擦、擠壓、彎曲和沖擊，鋼軌極易產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋一旦產(chǎn)生就易于快速擴(kuò)展，從而造成鋼軌折斷等重大惡性事故。高速列車(chē)對(duì)鋼軌的摩擦、擠壓、彎曲和沖擊等作用更加突出，使其產(chǎn)生裂紋的概率大大增加，而且從裂紋發(fā)展到鋼軌斷裂的速度更快。為了保證高速鐵路的安全運(yùn)行，必須縮短高速鐵路的檢測(cè)周期。另外高速鐵路的行車(chē)密度大、車(chē)速高，現(xiàn)有的以大型探傷車(chē)為主、小型探傷儀為輔的鐵路鋼軌探傷模式對(duì)鋼軌進(jìn)行檢測(cè)時(shí)將占用高鐵線路，嚴(yán)重的影響了列車(chē)運(yùn)行的效率。同時(shí)，小型鋼軌探傷儀也只能進(jìn)行局部范圍內(nèi)有限的檢測(cè)。傳統(tǒng)的探傷方式很難滿(mǎn)足高速鐵路的需求，為此必須盡快開(kāi)發(fā)快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的高速鐵路探傷技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于振動(dòng)和聲頻復(fù)合信號(hào)的高速鐵路鋼軌傷損實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的獲取鋼軌傷損信息。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

步驟一：在高速鐵路軌道鋼軌上安裝振動(dòng)傳感器和聲學(xué)傳感器，結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理器相連構(gòu)成一個(gè)高速鐵路沿線的分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)鋼軌振動(dòng)信號(hào)和聲頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；

步驟二：根據(jù)軌道實(shí)際結(jié)構(gòu)，采用有限元方法構(gòu)建軌道振動(dòng)模型和聲學(xué)模型，得到典型鋼軌傷損的振動(dòng)和聲頻信號(hào)；

步驟三：利用希爾伯特-黃變換對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得信號(hào)的希爾伯特邊際譜；

步驟四：融合振動(dòng)和聲學(xué)信號(hào)建立振動(dòng)、聲頻和傷損種類(lèi)三維張量；

步驟五：利用非負(fù)張量分解方法對(duì)三維張量進(jìn)行分解，提取典型鋼軌傷損的傷損種類(lèi)特征系數(shù)；

步驟六：使用步驟五提取的傷損特征系數(shù)對(duì)相關(guān)向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，建立傷損識(shí)別規(guī)則并對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量到的振動(dòng)和聲頻信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)，確定傷損類(lèi)型。

由于鋼軌傷損會(huì)帶來(lái)振動(dòng)信號(hào)和聲頻信號(hào)的變化，這些信號(hào)中包含著傷損的信息，本發(fā)明通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)檢測(cè)軌道鋼軌傷損的振動(dòng)和聲頻信號(hào)，利用希爾伯特-黃變換(Hi?lbert—Huang?Transform，HHT)進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理、非負(fù)張量分解(Non—negativeTensor?FactoriZation，NTF)進(jìn)行多維數(shù)據(jù)的特征提取和相關(guān)向量機(jī)(Relevance?Vector?Machine，RVM)對(duì)傷損進(jìn)行識(shí)別分類(lèi)，快速、準(zhǔn)確獲取鋼軌傷損實(shí)時(shí)信息，從而保障高速鐵路的安全運(yùn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)針對(duì)目前鋼軌的探傷方式多為探傷車(chē)和探傷儀，本發(fā)明通過(guò)建立軌道沿線探傷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速鐵路鋼軌傷損狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

(2)通過(guò)建立鋼軌有限元模型以獲得各種典型傷損情況下的特征信號(hào)，用于建立相應(yīng)的鋼軌傷損分類(lèi)器，為實(shí)測(cè)信號(hào)的傷損分類(lèi)提供傷損判斷準(zhǔn)則；

(3)充分發(fā)揮HHT分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的高效性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以減少傳輸數(shù)據(jù)量，提高節(jié)點(diǎn)工作效率；

(4)結(jié)合振動(dòng)和聲頻信號(hào)構(gòu)造多維信號(hào)張量進(jìn)行傷損特征系數(shù)提取，相對(duì)于單一使用一種類(lèi)型的信號(hào)能更有效的提取隱含在數(shù)據(jù)中具有識(shí)別能力的特征，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為希爾伯特-黃變換(HHT)流程圖；

圖4為振動(dòng)和聲頻信號(hào)構(gòu)建二維信號(hào)示意圖；

圖5為振動(dòng)信號(hào)、聲頻信號(hào)和傷損種類(lèi)三維張量構(gòu)建示意圖；

圖6為非負(fù)張量分解流程圖；

圖7為建立的軌道鋼軌有限元模型；

圖8為HHT分解后的各階IMF和殘差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。