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原文传递一种基于振动信号的钢轨断裂识别方法及系统

专利名称：	一种基于振动信号的钢轨断裂识别方法及系统
摘要：	本发明涉及一种基于振动信号的钢轨断裂识别方法，所述识别方法包括：建立振动信号的正常钢轨信号传输模式和裂纹钢轨信号传输模式，采集检测振动信号的发送数据和接收数据，拟合出所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形和在裂纹钢轨上传输的信号波形，对比获得所述检测振动信号的变化位置、振幅和/或相位偏差值，通过本发明的钢轨断裂识别方法能够准确且快速检测出钢轨上的裂纹，并且通过裂纹标准的建立能够得出裂纹的深度和曲折程度等级。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
发明人：	李斌;陈晓光;谭树林;王智新
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-29T00:00:00+0800
申请号：	CN201910539410.6
公开号：	CN110389171A
代理机构：	北京知联天下知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张陆军
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100070 北京市丰台区丰台科技园汽车博物馆南路1号院B座7层
主权项：	1.一种基于振动信号的钢轨断裂识别方法，其特征在于，所述识别方法包括：建立振动信号的正常钢轨信号传输模式和裂纹钢轨信号传输模式；采集检测振动信号的发送数据和接收数据，通过所述正常钢轨信号传输模式将所述发送数据拟合出所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形，通过所述裂纹钢轨信号传输模式将所述接收数据拟合出所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形；对比所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形与所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形，获得所述检测振动信号的变化位置、振幅和/或相位偏差值；依据建立的裂纹检测标准比对所述检测振动信号的振幅和/或相位偏差值，获得所述检测钢轨的检测结果。 2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述正常钢轨信号传输模式的算法为： (2)、(3)、(4)式中，t为时间，M为振动信号产生高次谐波的最高阶次，m为振动信号产生的m阶次谐波，Am为m阶次谐波的振幅，mfs为m阶次谐波的振动频率，βm为m阶次谐波的振动相位，am(t)为振动信号在所述正常钢轨信号传输模式内的调频函数，bm(t)为振动信号在所述正常钢轨信号传输模式内的调幅函数，p为高次谐波的最高阶次，为阶次谐波，和为对应阶次谐波调频函数中的参数，和为对应阶次谐波调幅函数中的参数。 3.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述裂纹钢轨传输模式的算法为： (5)、(6)、(7)式中，t为时间，M为振动信号产生高次谐波的最高阶次，m为振动信号产生的m阶次谐波，Am为m阶次谐波的振幅，与同一振动信号对应所述正常钢轨信号传输模式的m阶次谐波振幅值相同，mfs为m阶次谐波的振动频率，βm为m阶次谐波的振动相位，与同一振动信号对应所述正常钢轨信号传输模式的m阶次谐波振幅值相同，a′m(t)为振动信号在所述裂纹钢轨传输模式内的调频函数，b′m(t)为振动信号在所述裂纹钢轨传输模式内的调幅函数，p为振动信号高次谐波的最高阶次，为阶次谐波，和为对应阶次谐波调频函数中的参数，和为对应阶次谐波调幅函数中的参数。 4.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形的拟合包括：依据所述发送数据确定所述正常钢轨信号传输模式的算法参数值；通过参数确定后的所述正常钢轨信号传输模式算法生成所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形。 5.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形的拟合包括：依据所述接收数据和所述正常钢轨信号传输模式中的第m次谐波的振幅值、振动相位值确定所述裂纹钢轨上信号传输模式的算法参数值；通过算法参数确定后的所述裂纹钢轨上信号传输模式生成所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形。 6.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：获得所述检测振动信号的变化位置、振幅和/或相位偏差值具体为：对比所述检测振动信号在正常钢轨上传输的信号波形和所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形，获取波形发生变化的变化时间；依据所述变化时间和所述检测振动信号的传播速度，得出所述检测振动信号的变化位置；通过所述变化时间和所述正常钢轨信号传输模式的调频函数、调幅函数，得出所述变化时间下正常传输的相位值和振幅值；通过所述变化时间和所述裂纹钢轨信号传输模式的调频函数、调幅函数，得出所述变化时间下裂纹传输的相位值和振幅值；对比所述正常传输相位值与所述裂纹传输相位值，得出所述检测振动信号的相位变化值；对比所述正常传输振幅值与所述裂纹传输振幅值，得出所述检测振动信号的振幅变化值。 7.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述裂纹检测标准包括裂纹深度等级和裂纹曲折程度等级。 8.根据权利要求1或7所述的识别方法，其特征在于：所述裂纹检测标准的建立包括：采用实验振动信号对多个含有不同裂纹的实验钢轨进行检测，得到实验振动信号的发送数据和接收数据；通过所述正常钢轨传输模式拟合出所述实验振动信号发送数据在正常钢轨上传输的信号波形，通过所述裂纹钢轨传输模式拟合出所述实验振动信号接收数据在裂纹钢轨上传输的信号波形；对比所述实验振动信号在正常钢轨上传输的信号波形和裂纹钢轨上传输信号波形，得出所述实验振动信号的振幅和/或相位偏差值；依据所述实验振动信号的振幅和/或相位偏差值与多个所述实验钢轨上的裂纹进行核对；建立裂纹等级对应振幅和/或相位偏差阈值的所述裂纹检测标准；所述裂纹检测标准中的裂纹深度等级对应不同的振幅变化阈值，所述裂纹检测标准中的裂纹曲折程度等级对应不同的相位变化阈值。 9.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于：所述检测结果包括：裂纹位置、裂纹深度等级和裂纹曲折度等级。 10.一种基于振动信号的钢轨断裂识别系统，其特征在于：包括所述信号发送装置、信号处理装置和信号接收装置；信号发送装置，用于向钢轨发送检测振动信号，采集发送数据；信号接收装置，用于接收经过钢轨传输的所述检测振动信号，采集接收数据；信号处理装置，用于处理所述发送数据和所述接收数据，得出所述振动信号的振幅/相位偏差值，依据所述检测振动信号的振幅和/或相位偏差值输出钢轨裂纹检测结果。 11.根据权利要求10所述的识别系统，其特征在于：所述信号处理装置包括：信号拟合模块、波形对比模块、标准对比模块和结果输出模块；信号拟合模块，用于将所述发送数据通过正常钢轨信号传输模式拟合出所述检测振动信号在正常钢轨传输上的信号波形，将所述接收数据通过裂纹钢轨信号传输模式拟合得到所述检测振动信号在裂纹钢轨上传输的信号波形；波形对比模块，用于对比所述检测振动信号在正常钢轨传输上的信号波形和所述检测振动信号在在裂纹钢轨上传输的信号波形，得出判断结果；标准对比模块，用于接收所述判断结果，并将所述判断结果与内部存储的裂纹检测标准进行比对，得出所述检测振动信号的检测结果；结果输出模块，用于输出所述检测结果。 12.根据权利要求10所述的识别系统，其特征在于：所述判断结果包括：若所述检测振动信号在正常钢轨传输上的信号波形和所述检测振动信号在裂纹钢轨传输上的信号波形的波形形状一致，则所述判断结果为无裂纹；若波形形状不一致，则所述判断结果为计算得出的所述检测振动信号的变化位置、振幅和/或相位偏差值。 13.根据权利要求12所述的识别系统，其特征在于：所述检测振动信号的变化位置、振幅和/或相位偏差值计算包括: 获取所述波形形状发生变化的变化时间；依据所述变化时间和所述检测振动信号的传播速度，得出所述振动信号的变化位置；依据所述变化时间和所述正常钢轨信号传输模式内的调频函数和调幅函数，获得所述变化时间下正常钢轨信号传输波形的相位值和振幅值；依据所述变化时间和所述裂纹钢轨信号传输模式内的调频函数和调幅函数，获得所述变化时间下裂纹钢轨信号传输波形的相位值和振幅值；通过所述正常钢轨信号传输波形的相位值和所述裂纹钢轨信号传输波形的相位值，得到所述检测振动信号的相位偏差值；通过所述正常钢轨信号传输波形的振幅值和所述裂纹钢轨信号传输波形的振幅值，得到所述检测振动信号的振幅偏差值。 14.根据权利要求11或12所述的识别系统，其特征在于：所述检测结果的获得包括：依据所述振动信号的变化位置，得出所述检测钢轨的裂纹位置；判断所述检测振动信号的振幅偏差值位于所述裂纹检测标准内对应振幅阈值规定范围内，得出所述检测钢轨的裂纹深度等级；判断所述振动信号的相位偏差值位于所述裂纹检测标准的内对应相位阈值规定范围内，得出所述检测钢轨的裂纹曲折程度等级。
所属类别：	发明专利