[發明專利]一種基于表面磁記憶信號的無縫鐵軌內部溫度應力早期診斷方法

在審

• 申請號: 201910292110.2
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN111855793A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 陳娟;黃順昊;楊巧寧
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N27/72
• 分類號: G01N27/72;G01L5/00;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于高速鐵路無縫線路軌道穩定性的檢測和評估領域，具體涉及一種基于表面磁記憶信號的無縫鐵軌內部溫度應力早期診斷方法。包括提出一種鐵路現場測量方案對無縫鐵軌內部在不同程度溫度應力積累下表面金屬磁記憶信號進行采集；對各幀磁記憶信號進行時域特征分析并進行主元分析PCA特征選優；利用傅立葉變換以及功率譜分析確定小波分解層數；最大小波能量?香農熵比值確定小波基；對信號進行小波包分解并提取其子頻帶能量信息作為磁記憶信號頻域特征；結合時頻域特征，利用機器學習算法建立數據模型并對鐵路內部溫度應力積累程度進行診斷。本發明能夠快速判斷無縫線路內部應力累積程度，實現鐵軌損傷的早期預防，減少事故的發生，具有實際的工程應用價值。

技術領域

本發明屬于高速鐵路無縫線路軌道穩定性的檢測和評估領域,具體涉及一種基于表面磁記憶信號的無縫鐵軌內部溫度應力早期診斷方法。

背景技術

我國鐵路事業飛速發展，無縫鐵軌被廣泛的應用在高速鐵路建設中，其特點是每段軌之間以焊接形式連接，因此因氣溫變化時鐵軌的熱脹冷縮被限制，其內部往往會積累巨大的溫度應力，加上高速行駛的列車碾壓造成的殘余應力，如果不能及時處理，當應力累積到一定程度時，鐵軌易發生扭曲甚至斷裂，因此，對無縫線路內部應力積累情況的快速早期評估具有現實意義。

金屬磁記憶技術是新興的唯一被動無損檢測方法，其原理可以簡明闡述為鐵磁性工件受工作載荷和地磁場的共同作用，在應力和變形集中區域會發生磁致伸縮性質的磁疇組織定向、不可逆的重新取向，形成漏磁場，其區別于其他無損檢測手段最主要的方面是其不僅能檢測出鐵磁構件宏觀缺陷，同時也能反映工件內部應力集中及早期損傷。自1999年俄國學者DOUBV將此技術在中國提出后，國內大量學者做了很多磁記憶機理及應用方面的研究，但大都針對工件或工業設備焊接裂縫及宏觀裂紋，其在交通尤其新興無縫線路的隱性損傷診斷甚少。

在鐵路檢測方面，超聲波檢測技術應用廣泛，但其只能檢測已存在的宏觀缺陷，無法通過檢測內部應力對其壽命進行估計。

發明內容

針對目前磁記憶檢測技術在無縫線路檢測方面應用甚少，且在鐵磁構件應力檢測中僅能定性檢測,達不到定量檢測的，本發明的目的是提供一種鐵磁構件應力定量檢測方法,通過提取無縫鐵軌內部不同程度溫度應力積累情況下表面金屬磁記憶信號特征的方法，將無縫線路內部溫度應力狀況與其表面金屬磁記憶信號特征聯系起來，并建立預測模型，可用于無縫線路沿線檢測對鐵路內部應力積累狀況的評估及早期預警。

為達到上述目的,本發明采用的技術方案是:對不同溫度應力下法線方向上的磁記憶信號進行采集；對所得的磁記憶信號進行時域分析并進行主元分析PCA,進行優選，得到時域特征向量；對所得的磁記憶信號進行頻域分析，得到頻域特征向量；將得到的時頻域特征向量匯總得到最終特征向量；用提取的各特征向量建立訓練集，并訓練預測模型；將需要診斷的檢測數據輸入預測模型，得到定量檢測結果。

進一步,所述磁記憶信號的采集.需要在測量的無縫線路段每隔一段距離進行標記，采集各標記點軌腰處內部溫度應力值(單位Mpa)及該點前后0.5m范圍內法線方向磁記憶信號為一幀數據(單位：A/mm)，如圖2。

進一步,所述得到的不同應力下各幀數據x＝{x₁,x₂,...,x_N},時域統計量包括：“均方根”、“極差”、“偏度”、“峰度”、“峭度”、“整流平均值”、“方差”及“標準差”，其計算公式分別為：

均方根：

極差：pd＝x_max-x_min (2)

偏度：

峰度：

峭度：

整流平均值：

方差及標準差：