[發明專利]鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202010401922.9
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111426756B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 盧超;胡松濤;石文澤;陳果;陳堯;陳振華;吳銳;鐘芳桃;席歡
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學;贛南師范大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法，其特征在于，包括：

在待測鋼軌軌底表面間隔設置電磁超聲SH導波激勵探頭和電磁超聲SH導波接收探頭；

在電磁超聲SH導波激勵探頭通入能使鋼軌軌底激發出SH導波的正弦脈沖串電流；

電磁超聲SH導波接收探頭接收反射回波并將信號傳輸至PC機，得到一組檢測回波信號；

保持電磁超聲SH導波激勵探頭和電磁超聲SH導波接收探頭的間距不變，并將兩者以預設步長沿鋼軌軌底待測長度方向移動，并重復上述步驟，采集得到多組檢測回波信號；

將采集的每組檢測回波信號均進行同步擠壓小波變換處理，得到高階SH導波信號與低階SH導波信號在頻率方向分離的時頻圖，并提取高階SH導波時域信號，進而得到多組高階SH導波時域信號；

對得到的多組高階SH導波時域信號進行B掃描成像，得到鋼軌軌底缺陷成像圖；

所述將采集的每組檢測回波信號均進行同步擠壓小波變換處理，得到高階SH導波信號與低階SH導波信號在頻率方向分離的時頻圖，并提取高階SH導波時域信號，具體包括：

調用同步擠壓小波算法對檢測回波信號f(t)進行同步擠壓小波變換，f(t)表示為：

式中：A_k為第k個時變分量的幅值，θ_k為第k個時變分量的相位，e(t)為分解余量，K為分解的分量數；檢測回波信號f(t)的小波系數W_f(a,b)為：

式中：a為尺度因子；b為平移因子；Ψ為母小波函數；“*”為共軛；根據Plancherel原理可知：

式中：ε為角頻率；為檢測回波信號f(t)的傅里葉變換；為Ψ(t)的傅里葉變換；檢測回波信號f(t)的連續小波變換為：

若在負頻率域趨于零，則小波系數W_f(a,b)集中分布在時間尺度處，通過對小波系數求偏導數估計檢測回波信號f(t)的瞬時頻率：

檢測回波信號f(t)的小波系數W_f(a,b)由時間-尺度平面(b,a)轉換到時間-頻率平面[b,ω_f(a,b)]，并重新進行排列；小波系數W_f(a,b)的同步擠壓變換量值T_f(ω_l,b)，通過擠壓任一中心頻率ω_l附近區間的值獲得，即：

檢測回波信號f(t)經過上式的處理后，高階SH導波信號與低階SH導波信號在頻率方向分離；

檢測回波信號f(t)同步擠壓小波變換后，對頻率方向進行切片分析，提取高階SH導波頻率方向頻譜系數，所述同步擠壓變換量值T_f(ω_l,b)即為頻譜系數；通過同步擠壓小波反變換得到高階SH導波時域信號g(t)：

式中：為母小波函數的共軛傅里葉變換；Re式為取實部；a_i為離散的尺度；i為尺度個數。

2.根據權利要求1所述的鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法，其特征在于，所述正弦脈沖串電流的頻率為40～200kHz，電流為10～100A，持續時間為10～20個周期。

3.根據權利要求1所述的鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法，其特征在于，電磁超聲SH導波激勵探頭與電磁超聲SH導波接收探頭的間距為100～200mm，所述預設步長為1～4mm；所述多組檢測回波信號的組數為20～200組。

4.根據權利要求1至3任一項所述的鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法，其特征在于，所述提取高階SH導波時域信號包括：

沿頻率方向對時頻圖進行切片，根據高階SH導波頻率范圍，對切取的時頻圖片段逐一分析，識別高階SH導波時頻圖片段，并保存該時頻圖片段對應的頻譜系數；

將保存的高階SH導波的頻譜系數相加，并利用同步擠壓小波反變換，重構得到高階SH導波時域信號。