[發明專利]一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統及定位方法

在審

• 申請號: 202010584813.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111912903A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊媛;魏小源;袁蕾
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44;G08C17/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，其特征在于，包括：

超聲導波發送模塊(1)，是具有振動能量收集功能的發射節點，用于發射超聲導波信號；

超聲導波接收模塊(2)，是具有振動能量收集功能的接收節點，用于接收超聲導波信號；

通信模塊(3)，用于發送斷軌信息至云服務器，所述斷軌信息由超聲導波接收模塊(2)判斷處理得出；

終端(4)，與云服務器連接，用于接收斷軌信息；

自供能模塊(5)，用于為超聲導波發送模塊(1)、超聲導波接收模塊(2)和通信模塊(3)提供電能。

2.根據權利要求1所述的一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，其特征在于，所述超聲導波發送模塊(1)與超聲導波接收模塊(2)以1km作為一個檢測區間交互排列，位于交互排列一端點處的超聲導波發送模塊(1)或超聲導波接收模塊(2)與通信模塊(3)連接。

3.根據權利要求1所述的一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，其特征在于，所述超聲導波發送模塊(1)包括連接在一起的編碼激勵電路和通信接口電路a，通信接口電路a分別連接有具有振動能量收集功能的壓電換能器a(6)、具有定位功能的NBIOT無線通信模塊a(7)，所述壓電換能器a(6)固定于待檢測軌道；

所述超聲導波接收模塊包括連接在一起的信號處理電路和通信接口電路b，通信接口電路b分別連接有具有振動能量收集功能的壓電換能器b(8)、具有定位功能的NBIOT無線通信模塊b(9)，所述壓電換能器b(8)固定于待檢測軌道。

4.根據權利要求3所述的一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，其特征在于，所述通信模塊(3)包括連接在一起的通信接口電路c和NBIOT通信模塊，所述通信接口電路c與通信接口電路a或通信接口電路b連接。

5.根據權利要求3所述的一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，其特征在于，所述自供能模塊(5)包括風光互補發電模塊、軌道振動發電模塊，所述風光互補發電模塊、軌道振動發電模塊均與AC-DC電源轉換模塊連接，所述AC-DC電源轉換模塊與通信接口電路a、通信接口電路b分別連接。

6.一種斷軌定位檢測方法，應用如權利要求1-5任一項所述的自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統進行定位檢測，其特征在于，基于同端發射同端接收的機制，首先采用Kasami序列對發射的超聲導波信號進行編碼，然后在接收節點對編碼的超聲導波信號進行解碼判斷，最后對解碼后的信號求取包絡并計算包絡峰值對應的時間，從而獲得斷軌的具體位置，具體按照以下步驟實施：

步驟1、采用Kasami序列對激勵信號進行編碼，產生編碼超聲導波信號，發射節點發射編碼超聲導波信號；

步驟2、開啟定時檢測編碼超聲導波信號的回波信號；

步驟3、接收節點對回波信號進行采集，并對采集的回波信號進行解碼，得到解碼的超聲導波回波信號；

步驟4、對解碼的超聲導波回波信號采用希爾伯特變換進行包絡提??；

步驟5、對包絡特征進行判斷得到斷軌信息，即若設定時間內收到編碼超聲導波信號，則計算斷軌位置，將斷軌位置作為斷軌信息；否則，認為斷軌發生在盲區，將斷軌發生在盲區作為斷軌信息；

步驟6、將步驟5中的斷軌信息通過通信模塊(3)發送至云服務器；

步驟7、將斷軌檢測信息由云服務器通過因特網分發至各終端(4)進行處理，斷軌定位檢測完成。

7.根據權利要求6所述的一種斷軌定位檢測方法，其特征在于，壓電換能器a(6)和壓電換能器b(8)均設置有兩個共振頻率f₁和f₂，且二者滿足f₁＞f₂，其中，共振頻率f₁用于鋼軌損傷或斷裂檢測，共振頻率f₂則用于軌道振動能量回收。