[發明專利]基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的裝置及方法

在審

• 申請號: 202111609822.6
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN114509494A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 馮嘉瑞;姚恩濤;王平;石玉;李永瑞;曹智超;劉明遠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/82
• 分類號: G01N27/82;G01N27/83;B61K9/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的裝置及方法，利用基于剩磁效應的鋼軌巡檢系統結合信號處理方法，根據鋼軌表面剩磁場信號分布與表面裂紋密切相關的特點，對鋼軌表面的剩磁場信號進行小波分解后利用希爾伯特?黃變換法提取信號包絡線，設定信號幅值的閾值來確定鋼軌裂紋，將檢測速度與采樣頻率相除得到每兩個采樣點間的距離，根據采樣點間的距離和信號閾值對應的采集點數計算得到鋼軌裂紋的位置，從而完成對鋼軌的表面裂紋位置進行無損檢測。剩磁檢測技術將勵磁裝置與探頭分離，可以對漏磁檢測技術難以檢測的部分進行檢測，并且該方法可以與漏磁檢測技術相結合，同時進行檢測從而提高系統的檢測準確率。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，具體是一種基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的裝置及方法。

背景技術

在繁重的鐵路運輸壓力下，鋼軌因疲勞和磨損出現表面損傷的概率大幅提升，也為鐵路運輸帶來了更多的安全隱患。這類裂紋磨損等缺陷以及由于擠壓、載荷和溫度不均導致的肉眼不可見的內部應力集中而產生，對鐵路安全有著巨大的威脅，因此鋼軌缺陷無損檢測技術是當下國內外研究的熱點問題。

無損檢測是指在不損傷待檢結構、產品等被檢對象的條件下，通過一定的手段來檢測或測量被檢對象中因存在缺陷或局部不均勻而帶來的物理量變化，以此判斷被檢對象內部結構或表面是否存在缺陷，從而判定被檢對象的結構完整性、連續性、安全可靠性等物理性能。無損檢測以其非破壞性、可靠性、安全性等優點在能源、機械和鐵路等領域得到了高度重視和迅猛發展，對質量控制、節約原材料和改進工藝等方面起著十分關鍵作用的技術。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的裝置及方法，根據鋼軌表面剩磁場信號分布與表面裂紋密切相關的特點，對鋼軌的表面裂紋位置進行無損檢測。相比于漏磁檢測技術由于勵磁裝置與探頭合并時體積太大，難以對材料的彎曲部分以及狹小區域進行檢測，剩磁檢測技術將勵磁裝置與探頭分離，可以對漏磁檢測技術難以檢測的部分進行檢測。并且該方法可以與漏磁檢測技術相結合，同時進行檢測從而提高系統的檢測準確率。

本發明提供了一種基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的裝置，包括沿鋼軌分開放置的勵磁裝置與探頭，探頭通過調理電路連接到數據采集機構。

本發明還提供了一種基于剩磁效應檢測鋼軌表面損傷位置的方法，對待檢測樣件進行磁化達到磁飽和后撤去磁化裝置，待檢測樣件磁場強度減弱為剩余磁場強度，利用霍爾傳感器勻速檢測樣件的法向磁場強度信號，對信號進行處理并上傳到上位機，根據處理后的信號判斷表面損傷位置。

所述的根據處理后的信號判斷表面損傷位置過程中，具體判斷過程如下：

步驟1）對原始信號進行小波降噪，使用matlab軟件中的db5小波對信號進行5層分解；

步驟2）使用希爾伯特-黃變換法，提取得到信號包絡線；

步驟2.1）首先對信號進行經驗模式分解(EMD)，輸入信號x(t)，找出所有局部極大值和極小值點，擬合上下包絡求出均值m(t)，剩余信號h(t)=x(t)-m(t)，判定h(t)是否滿足IMF條件；

步驟2.2）對每一個IMF作希爾伯特變換求得每一個IMF的瞬時頻率，最后提取得到信號包絡線。

步驟3）將信號幅值的閾值設定為0.1，提取包絡線上每一處突變的上升部分的突破閾值處，得到信號突變發生對應的采樣點數。

步驟4）將檢測速度v與采樣頻率f相除，得到每兩個采樣點之間對應的鋼軌表面距離Δx。