[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

本發明公開了一種鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法及系統，其中方法包括：通過在電磁超聲SH導波激勵探頭通入正弦脈沖串電流以使鋼軌軌底激發出SH導波；電磁超聲SH導波接收探頭接收反射回波以得到檢測回波信號；保持電磁超聲SH導波激勵探頭和接收探頭的間距不變，以預設步長沿鋼軌軌底待測長度方向移動，采集多組檢測回波信號；將每組檢測回波信號均進行同步擠壓小波變換處理，并提取高階SH導波時域信號，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。高階SH導波具有高分辨率和高缺陷檢測靈敏度等優點，對小的裂紋也能直觀識別；可以直觀識別裂紋的位置和大小，適用于在役無損檢測。

技術領域

本發明涉及裂紋檢測技術領域，尤其涉及一種鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法及系統。

背景技術

隨著我國高鐵的快速發展，列車的提速加劇了對鋼軌的破壞作用。由于列車在鋼軌上的高速行駛，使得鋼軌在水平方向和垂直方向不斷磨損。列車的動力學作用使得鋼軌軌底容易產生裂紋、折斷，對行車安全造成重大隱患。由于鋼軌軌底固定在枕木上，軌底表面被沙土和道渣覆蓋，傳統的橫波與縱波結合的檢測方法，只能用于鋼軌軌頭的檢測，無法對鋼軌軌底進行檢測。鋼軌軌底檢測迫切需要新的方法，超聲導波技術的發展為鋼軌軌底的快速檢測方法研究提供了新的思路。

壓電式超聲導波檢測通常需要耦合劑(水、甘油)才能實現與被測零件之間的良好耦合，且對被測件的表面質量要求較高。鋼軌軌底表面覆蓋著沙土和道渣，壓電式超聲導波探頭耦合效果差，不能有效的檢測出裂紋。與壓電式超聲導波技術相比，電磁超聲(EMAT)不需要耦合劑，較粗糙的表面也能直接探傷，具有精度高，非接觸，容易激發各種超聲波形等優點。

目前沒有關于鋼軌軌底高階SH導波成像檢測的文獻及專利，NDTEInternational(2014,65:1-7)所發表的文章“A?new?electromagnetic?acoustictransducer(EMAT)design?for?operation?on?rail”涉及一種電磁超聲表面波裝置用于鋼軌踏面的快速掃描檢測，其激發的是非頻散表面波，該裝置只能實現鋼軌踏面裂紋表面波檢測，不能實現鋼軌軌底的高效在線檢測，對于具有頻散特性的SH導波，不能實現高階SH導波信號提取。儀器儀表學報(2020,41(01):35-46)所發表的文章“鋼軌踏面裂紋電磁超聲表面波同步擠壓小波快速成像檢測研究”涉及一種電磁超聲表面波裝置用于鋼軌踏面表面裂紋快速成像檢測，其采用同步擠壓小波變換，對非頻散表面波信號進行去噪處理，減少信號平均次數，縮短檢測時間，該論文提出的檢測方法不能激發具有頻散特性的SH導波，不能分離高階SH導波信號與低階SH導波信號，不能實現高階SH導波信號提取，也不能實現高階SH導波成像檢測，同時也不能實現鋼軌軌底的高效在線檢測。

發明內容

本發明提供了一種鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法及系統，以解決現有技術中無法實現鋼軌軌底裂紋高效在線檢測的問題。

第一方面，提供了一種鋼軌軌底裂紋高階SH導波成像檢測方法，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。