[发明专利]一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法

说明书

本发明提供一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法，采用阵列探头的发射探头发射宽频超声，宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。通过发射波和反射波获取传输系统的时频空函数，并将其作为钢轨特征输入支持向量机中进行特征智能检测。时频空函数由多个传输信道的时域和频域函数组成，本发明采用多个回波的时频函数组成表征钢轨特征的时频空函数，可以更加有效的防止噪声的干扰，提高对缺陷的识别率。

技术领域

本发明涉及钢轨探伤智能检测方法，具体涉及采用超声波对钢轨内部缺陷进行探测并进行智能检测的方法。

背景技术

铁路在现代运输中发挥着重要的作用。铁路运输具备运输量大、能量消耗低、安全可靠等优点，在我国的运输体系中起着非常重要的一环。近年来，我国建设了大量的高铁，为了保证高铁的运营安全，铁路部门对铁路钢轨的质量和安全性也提出了更严格的要求。繁忙的通车运行会使得钢轨不断的受到碾压和摩擦，同时自然环境的变化以及自然灾害的发生都使钢轨的安全性越来越差。钢轨长时间在来自火车载荷、天气变化以及自然地貌变迁等等一系列的元素造成的不平衡力的作用下，容易产生裂痕或者形变，甚至发生断裂。钢轨检测是铁路运行安全的重要一环，目前国内外对钢轨进行探伤采用的大多数为电磁感应和超声波技术。超声波是频率高于20KHz的机械波。超声检测中常用的频率为0.5到25MHz。超声波在介质中传播会发生衰减，遇到介质交接面产生反射、透射等等。通过超声波在钢轨中的传播速度以及传播时间、回波的能量，可以分析出钢轨内部存在的缺陷位置和大小。

目前钢轨的检测主要依靠有经验的铁路养护工对超声探伤仪器反馈的信息进行人工检测。随着中国铁路的不断建设，尤其和对钢轨要求高的高铁线路的铺设，人工检测远远不能满足钢轨检测的工作需要，而且人工检测存在着一些弊端，首先，人工检测需要非常有经验的钢轨养护工来保证对钢轨裂纹的准确检测，培养一个有经验的养护工需要大量的时间以及金钱成本。第二，人工检测效率低下，人进行长时间的检测工作容易劳累导致漏检。目前对钢轨的探测采用的是人工推着探伤仪行驶在钢轨上，完全靠人工行走，检测效率低下且在如今繁忙的铁路线上进行人工检测的窗口期少，特别需要在晚上铁路稍微空闲的时候进行人工检测。这种检测方法已经无法满足我国高速发展的铁路运输需求，并且人工检测对钢轨检测人员的人身安全也造成重大的威胁。

目前国内外在超声波探伤智能检测上的研究主要是利用信号处理的方法提取出探伤波形回波的信号特征作为机器学习算法的输入来训练一个机器学习的算法对探伤波形进行智能检测。信号特征的提取一般是提取信号的能量作为代表探伤波形中钢轨缺陷的特征量。这种方法需要采用信号处理的算法对波形进行频率上的分离，然后以每段能量的不同作为表征钢轨特征。与一般的钢轨探伤不同，高速下的钢轨探伤存在以下几个难题：

(1)高速运行下，探头容易产生移动，使得探头无法接收到有效的回波。钢轨探测时，信号从钢轨轨头进入轨腰，当探伤仪在钢轨上高速移动的时候，探伤仪容易因为钢轨不平、自然环境等等干扰产生左右摆动而无法到达轨腰，从而无法有效地对钢轨轨腰处缺陷进行探测。

(2)高速下波形受到的干扰多，对波形的能量影响大。

发明内容

针对于现有的钢轨探测智能检测存在的问题，本发明提供一种防抖性能好，自动化程度高、识别率高的基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法。

本发明采用以下技术方案实现。

一种基于时频空函数的钢轨超声探伤智能检测方法，其采用阵列探头的发射探头发射宽频超声，宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。通过发射波和反射波获取传输系统的时频空函数并将其作为钢轨特征输入支持向量机中进行特征智能检测。