[發明專利]一種道岔尖軌損傷遠程監測系統及其監測方法

在審

• 申請號: 202210362027.X
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114705758A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 蔡國強;唐偉峰;宋琪;葛超
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郝志亮

發明提供一種道岔尖軌損傷遠程監測系統及其監測方法。道岔尖軌損傷遠程監測系統及其監測方法，包括：將待測道岔尖軌分成若干監測區間，每個區間按照一定順序布置傳感器陣列，該陣列能發出以及接收超聲波信號；利用偽隨機碼正交調相方法產生lamb波超聲信號，避免直達波與反射波時間上混疊的問題；控制傳感器接發超聲lamb波信號，得到數據；利用頻散分析得到lamb波在道岔尖軌中的頻散曲線，進而得到lamb波的實際波速；利用小波變換得到lamb波的傳播時間；利用橢圓算法實現損傷監測與定位。解決了直達波與反射波時間上混疊問題，反射波峰值功率提高，可以監測微小損傷，提升損傷監測精度，同時能做到遠程監測，節省人力，提升監測效率。

技術領域

發明涉及鐵路工業技術領域，尤其涉及一種道岔尖軌損傷遠程監測系統及其監測方法。

背景技術

眾所周知，列車在鐵路上運行時無法主動進行轉向，只能依靠道岔從一個股道轉向另一個股道。隨著列車速度和軸重的大幅度提升，軌道上各種損壞現象越來越嚴重，重載鐵路和高速鐵路尤為突出。作為道岔最薄弱的一部分，這些損壞常常出現在道岔尖軌，因此對于道岔尖軌的檢測便顯得十分重要。

鐵路上傳統的檢測方法是讓檢修工人用鐵錘敲擊軌道，通過辨別聲音來判斷是否存在裂紋。很顯然這種方法過于依賴檢測者的經驗，并且效率過于低下。隨著我國鐵路尤其是高速鐵路的快速發展，依靠人工敲擊辨別聲音的方法已經遠遠不能滿足實際需要。在目前的道岔尖軌損傷監測方面，普遍采用大型鋼軌探傷車與手推鋼軌探傷車。大型鋼軌探傷車開展在役線路的快速周期性檢查，存在危險的空窗期；其監測能力很大程度上取決于快速運行中超聲輪式探頭的對中，且又因為超聲波在空氣中衰減快，超聲信號無法有效進入到鋼軌內部指定區域，存在傷損漏檢的可能。對于手推式鋼軌探傷車，每日作業長度為8 公里左右，目前全國鐵路營業里程達14.63萬公里，手推式鋼軌探傷車無法滿足大量的需求；以京張高鐵為例，張家口地區冬季最低氣溫達到零下24.9攝氏度，鋼軌探傷車的最低工作溫度在零下20攝氏度，無法滿足張家口地區的需求；手推式探傷車使用的耦合劑受限于低溫難以達到要求精度。

在大多數情況下，疲勞裂紋是以微裂紋或閉合裂紋的形式，存在于疲勞發展的前80％左右的時間內，單純依靠人眼觀察幾乎無法對其進行辨別。其中，研究人員通常將寬度小于0.5mm的疲勞裂紋稱為疲勞微裂紋。

在實際運營過程中，鋼軌往往承擔著大振幅橫向振動作用。一旦鋼軌疲勞微裂紋成型，輪軌間巨大的橫向作用力會促使其沿橫向擴展，大大增加了發生斷軌的可能性。因此，對鋼軌在早期疲勞階段萌生的微裂紋進行有效檢測與及時維護，避免其繼續擴展成為宏觀裂紋，阻止其進入裂紋失穩拓展階段，對于預防重大安全生產事故、保障鋼軌安全可靠服役、維持鐵路運輸安全基礎穩定，具有重要意義。

lamb波是超聲無損檢測最常用的一種導波形式，也稱為板波。lamb波具有傳播距離遠、對結構表面和和內部損傷均敏感的優勢，用超聲波檢測薄板有時會遇到較大困難，而超聲lamb波在薄板的無損檢測中應用的較為成功，在薄板檢測中具有明顯的優勢。因此本發明利用lamb波作為道岔尖端探傷系統的探傷波，符合道岔尖端厚度較薄的特點，探傷效果較為出色。此外，lamb 波常用于航天和其他材料工業的健康監測，并達到了極佳的效果。其研究理論成熟、使用成本低、實用性強等優點提供了很好的理論支持。

lamb信號波形為五波峰的缺點：(1)脈沖信號頻帶越窄，時間信號所需時間越長，造成回波信號、多模態信號與直達信號混疊。(2)五波峰采用了非等幅波，信號峰值功率小，反射波峰值幅度小，不易檢測微小損傷。

lamb信號波形采用偽隨機碼調相波，利用偽隨機碼自相關特點，在信號同樣帶寬條件下，發射脈沖信號與接收信號互相關運算，產生更窄脈沖信號，解決了直達波與反射波時間上混疊問題，反射波峰值功率提高，可以檢測微小損傷，解決了五波峰功率小不易檢測問題。

因此，有必要提供一種道岔尖軌損傷遠程監測系統及其監測方法解決上述技術問題。

發明內容