[發(fā)明專利]基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010547799.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN111781276B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾紫焰;馬宏偉;武靜;林榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院;東莞市軌道交通有限公司
• 主分類號(hào): G01N29/07
• 分類號(hào): G01N29/07;G01N29/44
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發(fā)明公開了一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法及裝置，所述方法包括：獲取超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播的時(shí)程信號(hào)；基于杜芬方程與超聲導(dǎo)波信號(hào)展開式構(gòu)建多頻策動(dòng)杜芬振子檢測(cè)系統(tǒng)，并確定最佳策動(dòng)力幅值；將時(shí)程信號(hào)輸入已構(gòu)建的多頻策動(dòng)杜芬振子檢測(cè)系統(tǒng)中，定義時(shí)移窗函數(shù)，通過(guò)時(shí)移窗函數(shù)掃描實(shí)測(cè)信號(hào)，計(jì)算每一段信號(hào)的分維數(shù)；若入射波和端面回波之間的分維數(shù)等于系統(tǒng)維數(shù)，則鋼軌完好；若大于系統(tǒng)維數(shù)，則鋼軌存在缺陷，利用分維數(shù)的曲線峰值確定入射波、端面回波及缺陷回波接收到的時(shí)刻，根據(jù)三者之間的時(shí)間比例關(guān)系，進(jìn)行鋼軌缺陷定位。本發(fā)明提高了超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法對(duì)鋼軌缺陷識(shí)別的靈敏度，以有效地延長(zhǎng)了檢測(cè)范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，尤其是一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法及裝置，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著軌道交通系統(tǒng)與鐵路系統(tǒng)的發(fā)展，安全性必須處于首要考慮地位，對(duì)鋼軌損傷檢測(cè)則是保障列車安全運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。當(dāng)前我國(guó)鋼軌探傷基于傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)技術(shù)，在鋼軌軌底區(qū)域存在探傷盲區(qū)，容易造成漏探、誤判。而超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)距離長(zhǎng)、全截面檢測(cè)、檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)，特別適用于細(xì)長(zhǎng)型構(gòu)件的檢測(cè)，若能將其應(yīng)用于鋼軌探傷中，對(duì)保障鐵路與軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)以及提高基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)水平具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)前針對(duì)鋼軌的超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)主要可分為三種部分：1)超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播特性的研究，具體表現(xiàn)為超聲導(dǎo)波在鋼軌中頻散特性的研究、衰減特性研究、傳播模態(tài)與模態(tài)轉(zhuǎn)換的研究等；2)超聲導(dǎo)波激發(fā)接收、裝置的研究，如基于壓電效應(yīng)的接觸式換能器中和基于磁致伸縮效應(yīng)、脈沖激光式、空氣耦合式的非接觸式換能器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等；3)超聲導(dǎo)波信號(hào)特征提取與缺陷識(shí)別，如短時(shí)傅里葉變換、小波變換、相關(guān)性分析等分析方法。相關(guān)文獻(xiàn)表明在上述三方面已有豐富的研究成果。但在實(shí)際超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的工程應(yīng)用中，由于鋼軌服役環(huán)境的復(fù)雜性、缺陷大小的未知性等不可抗因素，導(dǎo)致超聲導(dǎo)波在缺陷處的反射信號(hào)往往會(huì)淹沒(méi)在噪聲信號(hào)中，同時(shí)在長(zhǎng)距離檢測(cè)中由于超聲導(dǎo)波的衰減性導(dǎo)致小缺陷的反射信號(hào)也很難被觀測(cè)到，因此對(duì)含噪聲的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)中進(jìn)行缺陷特征提取越發(fā)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。

由于混沌系統(tǒng)由于具有對(duì)初值敏感性與抗外界干擾性，將弱信號(hào)作為初值輸入合適的混沌系統(tǒng)中，便能從混沌系統(tǒng)的相態(tài)響應(yīng)中有效識(shí)別出弱信號(hào)。

杜芬振子系統(tǒng)策動(dòng)力項(xiàng)為一單頻率策動(dòng)，而超聲導(dǎo)波信號(hào)一般經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)后為一多頻率脈沖信號(hào)，因此將杜芬振子系統(tǒng)對(duì)超聲導(dǎo)波信號(hào)檢測(cè)時(shí)，多頻信號(hào)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響不再只是增大原系統(tǒng)策動(dòng)力幅值，由于非線性系統(tǒng)的復(fù)雜性及對(duì)初值的敏感性，多頻信號(hào)將對(duì)杜芬振子系統(tǒng)的相變規(guī)律產(chǎn)生不確定影響，從而影響檢測(cè)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法、裝置、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，其可以檢測(cè)特定多頻信號(hào)，而且在檢測(cè)超聲導(dǎo)波多頻信號(hào)時(shí)，可以降低或消除單頻策動(dòng)杜芬振子系統(tǒng)檢測(cè)多頻信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的不確定影響，并將分維數(shù)作為定量指標(biāo)，可以對(duì)鋼軌中的不同損傷程度的小微缺陷進(jìn)行有效識(shí)別與定位，從而提高了超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法對(duì)鋼軌缺陷識(shí)別的靈敏度，以有效地延長(zhǎng)了檢測(cè)范圍。

本發(fā)明的第一目的是提供一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法。

本發(fā)明的第二目的是提供一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位裝置。

本發(fā)明的第三目的是提供一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位系統(tǒng)。

本發(fā)明的第四目的是提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

本發(fā)明的第五目的是提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

本發(fā)明的第一目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于分維數(shù)的鋼軌超聲導(dǎo)波缺陷識(shí)別與定位方法，所述方法包括：

獲取超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播的時(shí)程信號(hào)；