一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)，包括以下步驟，步驟一，通過檢測終端發(fā)射寬帶編碼超聲波信號(hào)并耦合到鋼軌，編碼信號(hào)具有搞干擾能力強(qiáng)、可收集多次到達(dá)波的特點(diǎn)；步驟二，相鄰的監(jiān)測終端接收超聲波信號(hào)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，監(jiān)測終端的數(shù)字信號(hào)處理單元通過副本相關(guān)信號(hào)處理算法進(jìn)行相關(guān)處理；步驟三：獲取步驟二相關(guān)處理結(jié)果的最大值，即相關(guān)峰值；步驟四，將相關(guān)峰值與固定的門限進(jìn)行對(duì)比，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獲得過門限的峰值，表明鋼軌良好，若沒有獲得過門限的相關(guān)峰值，表明出現(xiàn)鋼軌斷裂情況。本發(fā)明具有道岔附近是電信號(hào)檢測方法的盲區(qū)或難檢測區(qū)，而超聲實(shí)現(xiàn)較方便。
【專利說明】
一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波斷軌檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高速電氣化鐵路的發(fā)展，實(shí)時(shí)線上斷軌檢測系統(tǒng)是保障列車安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，基于電信號(hào)的斷軌檢測系統(tǒng)如軌道電路，準(zhǔn)軌道電路，單頻載波檢測等，在電氣化自閉區(qū)間路段，道岔路段檢測應(yīng)用中存在著諸多問題。如:電氣化鐵路的鋼軌上存在較大的回流電流，基于電信號(hào)的檢測方式存在布施困難，易受干擾影響而出現(xiàn)虛警和漏報(bào)問題，以及在道岔路段無法應(yīng)用的問題，鑒于鐵路安全運(yùn)行的需要，研究一種新的可靠性好的鋼軌檢測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
本發(fā)明包括以下步驟:
步驟一:通過檢測終端發(fā)射寬帶編碼超聲波信號(hào)并耦合到鋼軌，編碼信號(hào)具有搞干擾能力強(qiáng)、可收集多次到達(dá)波的特點(diǎn)；
步驟二:相鄰的監(jiān)測終端接收超聲波信號(hào)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，監(jiān)測終端的數(shù)字信號(hào)處理單元通過副本相關(guān)信號(hào)處理算法進(jìn)行相關(guān)處理；
步驟三:獲取步驟二相關(guān)處理結(jié)果的最大值，即相關(guān)峰值；
步驟四:將相關(guān)峰值與固定的門限進(jìn)行對(duì)比，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獲得過門限的峰值，表明鋼軌良好，若沒有獲得過門限的相關(guān)峰值，表明出現(xiàn)鋼軌斷裂情況；
步驟五:若出現(xiàn)鋼軌斷裂情況，則將相關(guān)峰值與標(biāo)定的數(shù)據(jù)表進(jìn)行對(duì)比，判斷出現(xiàn)斷裂狀況。
[0005]進(jìn)一步，根據(jù)步驟二，所述算法為:設(shè)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度為SL，接收到的信號(hào)強(qiáng)度為RL，傳播過程的損失強(qiáng)度為TL，則可將信號(hào)傳播過程表示為:
RL = SL - TL
TL雖然受多種因素影響，看似復(fù)雜，但由于鐵路鋼軌建設(shè)是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的，且建成后不會(huì)隨意更改，這就決定了聲波信號(hào)傳播的信道環(huán)境是基本固定不變的，現(xiàn)假設(shè)僅受傳播距離、橫向孔、分岔，異型鋼幾個(gè)因素影響建立TL的數(shù)學(xué)模型，可以將TL表示如下:
TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中:
L為傳播距離，單位:米，TL_d為鋼軌中每傳播I米聲波信號(hào)強(qiáng)度損失；
NI為橫向孔的個(gè)數(shù)，TL_h為I個(gè)橫向孔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失； N2為分岔的個(gè)數(shù)，TL_x為I個(gè)分岔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失；
N3為異型軌的個(gè)數(shù)，TL_s為I個(gè)異型軌會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失。
[0006]由于聲波在鋼介質(zhì)中的傳播速度還與環(huán)境溫度有關(guān)系，所以考慮溫度影響時(shí)TL應(yīng)該表示為:
TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s
其中，a表示溫度對(duì)傳播的影響，設(shè)備可以通過溫度傳感器實(shí)時(shí)測試鋼軌的溫度，根據(jù)當(dāng)前溫度可對(duì)TL中的傳播距離損失進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值可表示為:(l_a)*L*TL_d
可見，鋼軌在沒有發(fā)生斷裂變化時(shí)，RL應(yīng)該是一個(gè)基本不變化的常量，鋼軌的斷裂對(duì)聲波信號(hào)的影響比較大，產(chǎn)生的TL_ b較大，所以從定量檢測的角度來講，斷軌前后的RL可分別表示為:
鋼軌正常時(shí)，用此_11表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度:
RL_n = SL - TL
鋼軌斷裂時(shí)，用RL_b表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度:
RL_b = SL — TL — TL_ b
所以，當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值RL減去正常值RL_n的絕對(duì)值約等于TL_b時(shí)可判斷出現(xiàn)鋼軌斷裂，用數(shù)學(xué)模型表示為:
I RL_C - RL_n I?TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌；
I RL_c - RL_n I ) TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌；
I RL_c -RL_n I?O 判斷結(jié)果為:鋼軌正常，無斷裂；
其中，RL_c為當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:
1、道岔附近是電信號(hào)檢測方法的盲區(qū)或難檢測區(qū)，而超聲實(shí)現(xiàn)較方便；
2、超聲是非電信號(hào)檢測，不需要電壓參考，繁瑣電路分析，在非電化與電化區(qū)段沒有區(qū)另IJ，更易做防雷處理；
3、聲波在鐵軌傳播速度是5200m/s左右，在混凝土中的傳播速度為4500m/s左右，空氣中聲速為340m/s左右，一般鐵路的枕木為混凝土，由于聲速差較大，所以聲信號(hào)容易在鋼軌中形成聲信號(hào)的傳播管道，具有良好的傳導(dǎo)性；
4、聲波對(duì)鋼軌的裂縫檢測比電檢測方式具有更高的靈敏度；
5、聲波信號(hào)的發(fā)射接收與鋼軌的連接采用耦合的方式，所以不需要對(duì)鋼軌做任何的改變，如打孔、添加帶阻濾波器等。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明所述一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1所示:本發(fā)明包括以下步驟:
步驟一:通過檢測終端發(fā)射寬帶編碼超聲波信號(hào)并耦合到鋼軌，編碼信號(hào)具有搞干擾能力強(qiáng)、可收集多次到達(dá)波的特點(diǎn)； 步驟二:相鄰的監(jiān)測終端接收超聲波信號(hào)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，監(jiān)測終端的數(shù)字信號(hào)處理單元通過副本相關(guān)信號(hào)處理算法進(jìn)行相關(guān)處理；
步驟三:獲取步驟二相關(guān)處理結(jié)果的最大值，即相關(guān)峰值；
步驟四:將相關(guān)峰值與固定的門限進(jìn)行對(duì)比，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獲得過門限的峰值，表明鋼軌良好，若沒有獲得過門限的相關(guān)峰值，表明出現(xiàn)鋼軌斷裂情況；
步驟五:若出現(xiàn)鋼軌斷裂情況，則將相關(guān)峰值與標(biāo)定的數(shù)據(jù)表進(jìn)行對(duì)比，判斷出現(xiàn)斷裂狀況。
[0010]實(shí)施例:
設(shè)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度為SL，接收到的信號(hào)強(qiáng)度為RL，傳播過程的損失強(qiáng)度為TL，則可將信號(hào)傳播過程表示為:
RL = SL - TL
TL雖然受多種因素影響，看似復(fù)雜，但由于鐵路鋼軌建設(shè)是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的，且建成后不會(huì)隨意更改，這就決定了聲波信號(hào)傳播的信道環(huán)境是基本固定不變的，現(xiàn)假設(shè)僅受傳播距離、橫向孔、分岔，異型鋼幾個(gè)因素影響建立TL的數(shù)學(xué)模型，可以將TL表示如下:
TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中:
L為傳播距離，單位:米，TL_d為鋼軌中每傳播I米聲波信號(hào)強(qiáng)度損失；
NI為橫向孔的個(gè)數(shù)，TL_h為I個(gè)橫向孔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失；
N2為分岔的個(gè)數(shù)，TL_x為I個(gè)分岔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失；
N3為異型軌的個(gè)數(shù)，TL_s為I個(gè)異型軌會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失。
[0011]由于聲波在鋼介質(zhì)中的傳播速度還與環(huán)境溫度有關(guān)系，所以考慮溫度影響時(shí)TL應(yīng)該表示為:
TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s
其中，a表示溫度對(duì)傳播的影響，設(shè)備可以通過溫度傳感器實(shí)時(shí)測試鋼軌的溫度，根據(jù)當(dāng)前溫度可對(duì)TL中的傳播距離損失進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值可表示為:(l_a)*L*TL_d
可見，鋼軌在沒有發(fā)生斷裂變化時(shí)，RL應(yīng)該是一個(gè)基本不變化的常量，鋼軌的斷裂對(duì)聲波信號(hào)的影響比較大，產(chǎn)生的TL_ b較大，所以從定量檢測的角度來講，斷軌前后的RL可分別表示為:
鋼軌正常時(shí)，用此_11表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度:
RL_n = SL - TL
鋼軌斷裂時(shí)，用RL_b表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度:
RL_b = SL — TL — TL_ b
所以，當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值RL減去正常值RL_n的絕對(duì)值約等于TL_b時(shí)可判斷出現(xiàn)鋼軌斷裂，用數(shù)學(xué)模型表示為:
I RL_C - RL_n I?TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌；
I RL_c - RL_n I ) TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌；
I RL_c -RL_n I?O 判斷結(jié)果為:鋼軌正常，無斷裂；
其中，RL_c為當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值。
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以上僅為本發(fā)明較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:通過檢測終端發(fā)射寬帶編碼超聲波信號(hào)并耦合到鋼軌，編碼信號(hào)具有搞干擾能力強(qiáng)、可收集多次到達(dá)波的特點(diǎn)； 步驟二:相鄰的監(jiān)測終端接收超聲波信號(hào)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，監(jiān)測終端的數(shù)字信號(hào)處理單元通過副本相關(guān)信號(hào)處理算法進(jìn)行相關(guān)處理； 步驟三:獲取步驟二相關(guān)處理結(jié)果的最大值，即相關(guān)峰值； 步驟四:將相關(guān)峰值與固定的門限進(jìn)行對(duì)比，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獲得過門限的峰值，表明鋼軌良好，若沒有獲得過門限的相關(guān)峰值，表明出現(xiàn)鋼軌斷裂情況； 步驟五:若出現(xiàn)鋼軌斷裂情況，則將相關(guān)峰值與標(biāo)定的數(shù)據(jù)表進(jìn)行對(duì)比，判斷出現(xiàn)斷裂狀況。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于寬帶超聲波的斷軌檢測系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)步驟二，所述算法為:設(shè)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度為SL，接收到的信號(hào)強(qiáng)度為RL，傳播過程的損失強(qiáng)度為TL，則可將信號(hào)傳播過程表示為:RL = SL - TL TL雖然受多種因素影響，看似復(fù)雜，但由于鐵路鋼軌建設(shè)是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的，且建成后不會(huì)隨意更改，這就決定了聲波信號(hào)傳播的信道環(huán)境是基本固定不變的，現(xiàn)假設(shè)僅受傳播距離、橫向孔、分岔，異型鋼幾個(gè)因素影響建立TL的數(shù)學(xué)模型，可以將TL表示如下:TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中: L為傳播距離，單位:米，TL_d為鋼軌中每傳播I米聲波信號(hào)強(qiáng)度損失； NI為橫向孔的個(gè)數(shù)，TL_h為I個(gè)橫向孔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失； N2為分岔的個(gè)數(shù)，TL_x為I個(gè)分岔會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失； N3為異型軌的個(gè)數(shù)，TL_s為I個(gè)異型軌會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度傳播損失； 由于聲波在鋼介質(zhì)中的傳播速度還與環(huán)境溫度有關(guān)系，所以考慮溫度影響時(shí)TL應(yīng)該表示為:TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s 其中，a表示溫度對(duì)傳播的影響，設(shè)備可以通過溫度傳感器實(shí)時(shí)測試鋼軌的溫度，根據(jù)當(dāng)前溫度可對(duì)TL中的傳播距離損失進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值可表示為:(l_a)*L*TL_d 可見，鋼軌在沒有發(fā)生斷裂變化時(shí)，RL應(yīng)該是一個(gè)基本不變化的常量，鋼軌的斷裂對(duì)聲波信號(hào)的影響比較大，產(chǎn)生的TL_ b較大，所以從定量檢測的角度來講，斷軌前后的RL可分別表示為: 鋼軌正常時(shí)，用此_11表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度: RL_n = SL - TL 鋼軌斷裂時(shí)，用RL_b表示接收到的信號(hào)強(qiáng)度: RL_b = SL — TL — TL_ b 所以，當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值RL減去正常值RL_n的絕對(duì)值約等于TL_b時(shí)可判斷出現(xiàn)鋼軌斷裂，用數(shù)學(xué)模型表示為: I RL_C - RL_n I?TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌； I RL_c - RL_n I ) TL_b判斷結(jié)果為:存在斷軌；I RL_C -RL_n I?O 判斷結(jié)果為:鋼軌正常，無斷裂；其中，RL_c為當(dāng)前接收信號(hào)強(qiáng)度測試值。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK105987952SQ201510069143
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】楊歷潤, 陳湘才, 劉曉春, 朱大非
【申請(qǐng)人】昆明耐維科技有限公司