本申請(qǐng)涉及鐵路檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、道岔尖軌是鐵路線路的交叉點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)高速列車轉(zhuǎn)線或跨線運(yùn)行必不可少的軌道設(shè)備，因其構(gòu)造復(fù)雜、狀態(tài)多變、病害繁多，是高速鐵路線路的薄弱環(huán)節(jié)及養(yǎng)護(hù)維修的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是影響行車平穩(wěn)性與安全性的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)道岔尖軌線路情況調(diào)研，道岔尖軌裂紋傷損非常普遍，占道岔總傷損量的80％左右，已成為降低其使用壽命的主要原因之一。

2、傳統(tǒng)鋼軌無(wú)損檢測(cè)方法主要有：磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、超聲體波檢測(cè)與超聲導(dǎo)波檢測(cè)。磁粉檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、渦流檢測(cè)和機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)只能實(shí)現(xiàn)鋼軌表面或近表面的裂紋檢測(cè)，無(wú)法探測(cè)內(nèi)部裂紋；基于超聲體波的鋼軌探傷，其無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼軌全斷面、遠(yuǎn)距離探傷，在尖軌某個(gè)位置放置探頭，不能覆蓋整個(gè)尖軌；由于尖軌是變截面構(gòu)件，超聲導(dǎo)波因其頻散特性，在傳播過(guò)程中導(dǎo)波模態(tài)發(fā)生變化，模態(tài)變得極其復(fù)雜，導(dǎo)致傳播線性超聲導(dǎo)波檢測(cè)法無(wú)法區(qū)分正常信號(hào)和缺陷信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法及裝置，能夠基于非線性超聲導(dǎo)波方法，實(shí)現(xiàn)道岔尖軌裂紋的遠(yuǎn)距離探傷，實(shí)現(xiàn)裂紋的識(shí)別與定位。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法，所述方法包括：

4、生成作用于所述道岔尖軌的第一目標(biāo)基波信號(hào)，其中，所述第一目標(biāo)基波信號(hào)包括第一基波信號(hào)和第二基波信號(hào)，所述第一基波信號(hào)和所述第二基波信號(hào)為連續(xù)發(fā)送的正弦波，所述第一基波信號(hào)和所述第二基波信號(hào)同時(shí)發(fā)送且發(fā)送時(shí)長(zhǎng)大于基波信號(hào)在道岔尖軌兩端點(diǎn)之間的傳輸延時(shí)；

5、接收所述道岔尖軌中產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)；

6、針對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)計(jì)算第一相對(duì)非線性系數(shù)，并基于預(yù)設(shè)的損傷閾值確定所述道岔尖軌是否存在裂紋，若所述道岔尖軌存在裂紋，生成作用于所述道岔尖軌的第二目標(biāo)基波信號(hào)，并通過(guò)所述第二目標(biāo)基波信號(hào)對(duì)所述道岔尖軌中的檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，基于所述檢測(cè)區(qū)域的第二相對(duì)非線性系數(shù)確定所述裂紋在所述道岔尖軌中的位置，其中，所述第二目標(biāo)基波信號(hào)包括第三基波信號(hào)和第四基波信號(hào)，所述檢測(cè)區(qū)域通過(guò)改變所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)在所述道岔尖軌中混合區(qū)域的位置確定。

7、第二方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)裝置，所述裝置包括：

8、信號(hào)激勵(lì)裝置，用于生成作用于所述道岔尖軌的第一目標(biāo)基波信號(hào)，其中，所述第一目標(biāo)基波信號(hào)包括第一基波信號(hào)和第二基波信號(hào)，所述第一基波信號(hào)和所述第二基波信號(hào)為連續(xù)發(fā)送的正弦波，所述第一基波信號(hào)和所述第二基波信號(hào)同時(shí)發(fā)送且發(fā)送時(shí)長(zhǎng)大于基波信號(hào)在道岔尖軌兩端點(diǎn)之間的傳輸延時(shí)；以及在所述道岔尖軌存在裂紋時(shí)，生成作用于所述道岔尖軌的第二目標(biāo)基波信號(hào)，其中，所述第二目標(biāo)基波信號(hào)包括第三基波信號(hào)和第四基波信號(hào)；

9、信號(hào)接收裝置，用于接收所述道岔尖軌中產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)；

10、信號(hào)處理裝置，用于針對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)計(jì)算第一相對(duì)非線性系數(shù)，并基于預(yù)設(shè)的損傷閾值確定所述道岔尖軌是否存在裂紋；以及在所述道岔尖軌存在裂紋時(shí)，通過(guò)所述第二目標(biāo)基波信號(hào)對(duì)所述道岔尖軌中的檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，基于所述檢測(cè)區(qū)域的第二相對(duì)非線性系數(shù)確定所述裂紋在所述道岔尖軌中的位置，其中，所述檢測(cè)區(qū)域通過(guò)改變所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)在所述道岔尖軌中混合區(qū)域的位置確定。

11、第三方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)和總線，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器與所述存儲(chǔ)介質(zhì)之間通過(guò)總線通信，所述處理器執(zhí)行所述機(jī)器可讀指令，以執(zhí)行第一方面任一項(xiàng)所述的基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法。

12、第四方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行第一方面任一項(xiàng)所述的基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法。

13、本申請(qǐng)實(shí)施例具有以下有益效果：

14、(1)高效快速掃查：利用信號(hào)激勵(lì)裝置持續(xù)發(fā)射正弦信號(hào)，結(jié)合非線性超聲導(dǎo)波混頻法，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)道岔尖軌進(jìn)行全面而快速的掃查。這種方法大大縮短了檢測(cè)周期，提高了檢測(cè)效率，特別適用于需要頻繁檢測(cè)或緊急檢查的場(chǎng)景。

15、(2)精確定位裂紋：通過(guò)精確控制兩基波發(fā)射的延時(shí)時(shí)間，可以靈活地調(diào)整基波在尖軌中的混合區(qū)域。計(jì)算不同混合區(qū)域的相對(duì)非線性系數(shù)，能夠準(zhǔn)確地反映出裂紋的存在及其位置。這種定位方式不僅精度高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裂紋的深度和長(zhǎng)度的初步評(píng)估，為后續(xù)的修復(fù)工作提供了重要依據(jù)。

16、(3)減少誤判與漏檢：傳統(tǒng)檢測(cè)方法可能因環(huán)境因素、設(shè)備精度等限制而導(dǎo)致誤判或漏檢。而基于非線性超聲導(dǎo)波混頻法的檢測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算相對(duì)非線性系數(shù)這一物理量，能夠在一定程度上排除外界干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，減少誤判和漏檢的可能性。

17、(4)非破壞性檢測(cè)：該方法不會(huì)對(duì)道岔尖軌造成任何物理?yè)p傷或影響其正常使用。這不僅降低了檢測(cè)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，也避免了因檢測(cè)而帶來(lái)的額外成本和時(shí)間消耗。

18、(5)增強(qiáng)檢測(cè)靈活性：通過(guò)調(diào)整延時(shí)時(shí)間和激勵(lì)信號(hào)的參數(shù)，可以靈活改變檢測(cè)區(qū)域和檢測(cè)深度，適應(yīng)不同材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)的道岔尖軌檢測(cè)需求。這種靈活性使得該方法具有更廣泛的應(yīng)用前景和更高的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一目標(biāo)基波信號(hào)的信號(hào)源位于遠(yuǎn)離所述道岔尖軌尖端的一側(cè)，所述振動(dòng)信號(hào)的接收端位于靠近所述信號(hào)源的位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述損傷閾值通過(guò)以下方式計(jì)算：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)的信號(hào)源位于遠(yuǎn)離所述道岔尖軌尖端的一側(cè)，且所述第三基波信號(hào)的信號(hào)源與所述第四基波信號(hào)的信號(hào)源位于同一豎直方向，所述振動(dòng)信號(hào)的接收端位于靠近所述第三基波信號(hào)或所述第四基波信號(hào)的位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)為漢寧窗調(diào)制的正弦信號(hào)，所述檢測(cè)區(qū)域通過(guò)以下方式確定：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)的群速度小于第四基波信號(hào)的群速度，所述確定所述混合區(qū)域的位置與延時(shí)時(shí)間的第一關(guān)系，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一關(guān)系將所述道岔尖軌分為至少一個(gè)混合區(qū)域，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)的信號(hào)源分別位于所述道岔尖軌的兩端，所述振動(dòng)信號(hào)的接收端位于靠近所述道岔尖軌右端的位置。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)和所述第四基波信號(hào)為漢寧窗調(diào)制的正弦信號(hào)，所述檢測(cè)區(qū)域通過(guò)以下方式確定：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述確定所述混合區(qū)域的位置與延時(shí)時(shí)間的第二關(guān)系，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第三基波信號(hào)靠近所述道岔尖軌的左端，所述第四基波信號(hào)靠近所述道岔尖軌的右端，所述調(diào)整所述時(shí)間間隔使所述混合區(qū)域掃描所述道岔尖軌，包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求5-7或9-11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

13.一種基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

14.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)和總線，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器與所述存儲(chǔ)介質(zhì)之間通過(guò)總線通信，所述處理器執(zhí)行所述機(jī)器可讀指令，以執(zhí)行如權(quán)利要求1至12任一項(xiàng)所述的基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法。

15.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至12任一項(xiàng)所述的基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于非線性超聲導(dǎo)波的道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法及裝置，該方法包括：首先，生成包含第一和第二基波信號(hào)的第一目標(biāo)基波信號(hào)，這兩種正弦波信號(hào)連續(xù)且同時(shí)發(fā)送且發(fā)送時(shí)長(zhǎng)大于基波信號(hào)在道岔尖軌兩端點(diǎn)之間的傳輸延時(shí)；接著，接收由道岔尖軌振動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，并計(jì)算其第一相對(duì)非線性系數(shù)，通過(guò)與預(yù)設(shè)損傷閾值比較來(lái)判斷尖軌是否存在裂紋；若檢測(cè)到裂紋，則發(fā)送第二目標(biāo)基波信號(hào)，該信號(hào)由第三和第四基波信號(hào)組成，通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)信號(hào)在尖軌中的混合區(qū)域位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定檢測(cè)區(qū)域的詳細(xì)檢測(cè)，進(jìn)而基于第二相對(duì)非線性系數(shù)確定裂紋在尖軌中的具體位置。本申請(qǐng)能夠?qū)崿F(xiàn)道岔尖軌裂紋的遠(yuǎn)距離探傷，實(shí)現(xiàn)裂紋的識(shí)別與定位。

技術(shù)研發(fā)人員：朱力強(qiáng),牛笑川,許西寧,余祖俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10