[发明专利]一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法及装置

权利要求书

1.一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、通过振动加速度传感器采集高铁钢轨的振动信号，并对所述振动信号进行经验模态分解，获取n个IMF分量和一个残差；IMF为内固模态函数；

步骤二、计算步骤一获取的n个IMF分量与分解之前采集到的振动信号的相关性系数u_i(i＝1，2，...，n)，选取相关性系数u_i大于阈值λ的IMF分量作为伤损特征信息IMF；

步骤三、分别计算步骤二获取的伤损特征信息IMF的功率谱密度，

步骤四、根据步骤三获取的伤损特征信息IMF的功率谱密度确定高铁钢轨伤损部位，完成高铁钢轨伤损的探测。

2.根据权利要求1所述的一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法，其特征在于，步骤一中通过振动加速度传感器采集高铁钢轨的振动信号，将振动加速度传感器设置在高铁钢轨的轨底上表面，且距离轨底外边缘d距离处，所述d的取值范围是18mm～20mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法，其特征在于，步骤一中获取n个IMF分量和一个残差的过程为：

设定输入伤损振动信号为x(t)，t＝1，2，...，N，

步骤11、IMF分解过程初始化：n＝1，且满足关系式r_n-1(t)＝x(t)成立，其中r_n-1(t)为第(n-1)次分解后趋势函数；

步骤12、筛选过程初始化，k＝1，且满足关系式h_n(k-1)(t)＝r_n-1(t)成立，其中h_n(k-1)(t)为第n次经验模态分解中经过第(k-1)次筛选后的剩余函数；

步骤13、根据筛选程序获取经过第k次筛选后的剩余函数h_nk(t)；

步骤14、采用标准偏差准则判断步骤13获得的剩余函数h_nk(t)是否满足本征模态函数IMF的条件，即是否小于阈值H_SD，0.2≤H_SD≤0.3；

判断结果为是，执行步骤15，判断结果为否，则k＝k+1，然后执行步骤13，

步骤15、提取一个本征模态函数分量c_n(t)＝h_nk(t)；

步骤16、获取输入伤损振动信号x(t)经过第n次经验模态分解的趋势函数r_n(t)＝r_n-1(t)-c_n(t)；

步骤17、判断趋势函数r_n(t)是否为单调函数；

判断结果为否，则n＝n+1，然后执行步骤12，判断结果为是，完成提取过程，获得n个IMF分量{c₁(t)，c₂(t)…c_n(t)}；和1个残差RES：r_n(t)。

4.根据权利要求3所述的一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法，其特征在于，步骤13中获取剩余函数h_nk(t)的过程为：

步骤131、利用三次样条函数获取输入伤损振动信号x(t)经过第n次经验模态分解中经过第k-1次筛选后的剩余函数h_n(k-1)(t)的上、下包络，

步骤132、计算所述剩余函数h_n(k-1)(t)上、下包络曲线在各个t的均值

步骤133、获取输入伤损振动信号x(t)经过第n次经验模态分解中经过第k次筛选后的剩余函数

5.根据权利要求3所述的一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法，其特征在于，步骤14的中H_SD＝0.25。