[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

本發明公開了一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，包括：超聲導波發送模塊、超聲導波接收模塊、通信模塊、終端和自供能模塊，本發明解決了現有超聲導波實時斷軌檢測系統中供電不穩定的問題，保障鐵路現場監測設備供電的可靠性，進一步提高了斷軌定位檢測的準確性。本發明還公開了一種斷軌定位檢測方法，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，完成斷軌定位檢測，本發明大大提升斷軌的定位精度，從而提高超聲導波斷軌檢測系統的可靠性和檢測精度。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，還涉及一種斷軌定位檢測方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，鐵路客運高速化、貨運重載化的趨勢越來越明顯。與此同時，高速鐵路發展迅速，無縫長軌線路得到了廣泛應用。在鐵路運輸系統中，鋼軌起著支撐列車和引導車輪前進的作用。為了保障列車的運行安全，對于鋼軌損傷或斷裂狀態的檢出效率和檢測精度等提出了新要求。目前，現有的檢測方法主要包括人工巡檢、手推式超聲探傷小車、大型鋼軌探傷車和軌道電路，上述方法中除軌道電路之外，其余均屬于離線式檢測，但軌道電路存在價格昂貴、誤報率高及不適合在潮濕路段安裝等缺點。然而，近年來超聲導波技術因具有檢測頻率低、檢測距離長和覆蓋范圍大等優點得到了廣泛應用，尤其適合長距離結構的損傷或斷裂檢測比如管道、鋼軌等結構。為了實時在線檢測鋼軌損傷或斷裂狀態，研究人員開發了基于超聲導波的斷軌實時檢測系統，但是檢測系統的供電、信噪比低、定位精度成為影響系統可靠性與檢測準確性的重要因素。目前，鐵路現場室外監測設備供電通常依賴于光伏發電，但太陽能轉換效率低且受天氣情況影響較大，特別是山區有效的光照時間僅有幾個小時。為了確保系統供電的穩定性，則需要更大面積的太陽能電池板，從而導致供電系統成本較高，這將在一定程度上限制監測系統的產業化應用。對于信噪比低下的問題，目前常用的方法主要有在發射端提高發射功率，接收端進行頻散補償，受壓電換能器的激勵電壓峰值限制，發射功率提高也是有限的。即便頻散被完全消除，超聲導波距離分辨率還是不能滿足采用脈沖回波法的高精度的斷軌或損傷定位。

發明內容

本發明的目的是提供一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，解決了現有超聲導波實時斷軌檢測系統中供電不穩定的問題。

本發明的另一目的是提供一種斷軌定位檢測方法，能夠精確測量超聲導波信號傳播時間，提升了斷軌的定位精度。

本發明所采用的第一種技術方案是，一種自供能的超聲導波斷軌實時檢測系統，包括：

超聲導波發送模塊，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，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，用于發送斷軌信息至云服務器，斷軌信息由超聲導波接收模塊判斷處理得出；

終端，與云服務器連接，用于接收斷軌信息；

自供能模塊，用于為超聲導波發送模塊、超聲導波接收模塊和通信模塊提供電能。

本發明第一種技術方案的特點還在于，

超聲導波發送模塊與超聲導波接收模塊以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或超聲導波接收模塊與通信模塊連接。

超聲導波發送模塊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、具有定位功能的NBIOT無線通信模塊a，壓電換能器a固定于待檢測軌道；

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、具有定位功能的NBIOT無線通信模塊b，壓電換能器b固定于待檢測軌道。