利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，有以下步骤：1)在钢轨的一侧端面激发70KHz频率超声导波信号，使超声导波遍历钢轨的所有位置；2)在距离激发端4mm处的接收端接收超声导波回波信号并记录超声导波在钢轨中传播的时间位移曲线，其中超声导波回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信号；3)利用混沌振子系统对超声导波回波信号进行检测与分析，提取并识别淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信息，获得整个钢轨的斜裂纹缺陷情况。本发明可以精确识别钢轨中的斜裂纹缺陷，提高缺陷的检测效率，降低维修成本，能有效延长超声导波检测的范围，提高微弱斜裂纹缺陷的检测的灵敏度，具有实际的工程应用价值。
【专利说明】利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢轨中的斜裂纹缺陷识别方法，尤其是一种利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，属于铁路运输行业的损伤检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]铁路交通是世界上运输量最大的交通方式之一，铁路运输业在国民经济和国防建设中起着不可替代的作用。然而，钢轨的距离很长，且部分铺设地点较为偏远，其损坏程度很难被及时的发现。铁路运营线上如果出现钢轨断裂就有可能造成列车出轨、倾覆等重大行车安全事故，直接危害到广大人民群众的人身安全和经济利益。因此，必须及时检测并发现钢轨中存在的裂纹，确保铁路运输的安全和畅通。随着大规模高速铁路的建设和长距离无缝钢轨的铺设，研发一种短时高效且长距离的钢轨在线裂纹损伤检测手段已引起广大科研工作者的高度重视。
[0003]目前，传统的钢轨损伤检测方法如人工巡轨检测、漏磁信号、涡流探伤、激光超声、图像处理、超声波实时断轨监测技术等，不得不对结构进行逐点扫描。对于钢轨等大型结构，传统方法费时、费力，而且漏检风险高。实际工程中由于受上述检测手段的制约，钢轨损伤状况多数不明，往往造成维修缺少科学性，从而造成人力、物力的巨大浪费。“超声导波技术”是一种利用波在固体中的传播特性提出的一种新的无损检测技术。该技术的优点在于其检测范围是“线”而非“点”，此外，声场遍布整个钢轨，无论是表面缺陷还是内部缺陷都具有一定的识别精度；并且可实现在线检测，该技术具有快捷、便利、闻效等特点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以精确识别钢轨中的斜裂纹缺陷，提高缺陷的检测效率和降低维修成本的利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法。
[0005]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]I)在钢轨的一侧端面激发70KHz频率超声导波信号，使超声导波遍历钢轨的所有位置；
[0008]2)在距离激发端4_处的接收端接收超声导波回波信号并记录超声导波在钢轨中传播的时间位移曲线，其中超声导波回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信号；
[0009]3)利用混沌振子系统对超声导波回波信号进行检测与分析，提取并识别淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信息，获得整个钢轨的斜裂纹缺陷情况。
[0010]作为一种优选方案，步骤3)利用混沌振子系统对超声导波回波信号进行检测与分析具体如下:
[0011 ] a)选取混沌振子系统，如下式:
【权利要求】
1.利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，其特征在于包括以下步骤: 1)在钢轨的一侧端面激发70KHZ频率超声导波信号，使超声导波遍历钢轨的所有位置； 2)在距离激发端4_处的接收端接收超声导波回波信号并记录超声导波在钢轨中传播的时间位移曲线，其中超声导波回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信号； 3)利用混沌振子系统对超声导波回波信号进行检测与分析，提取并识别淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信息，获得整个钢轨的斜裂纹缺陷情况。
2.根据权利要求1所述的利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，其特征在于:步骤3)利用混沌振子系统对超声导波回波信号进行检测与分析具体如下: a)选取混沌振子系统，如下式: X + kk-x3 + JC5 =F cos(iyi)+5 (t)(I) 其中，k为阻尼比，Fc0s(Cot)为驱动力项，i(i)为待检测超声导波回波信号； b)选取位移X和速度V对式(I)进行改写，如下式: X = V , 5 I (2)`
V= -kv+x' -X +Fcos(oM) + s(i)J c)将超声导波回波信号输入式(2)得到相轨迹，若相轨迹进入混沌态，则超声导波回波信号中含有斜裂纹缺陷信号。
3.根据权利要求2所述的利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，其特征在于:步骤b)中，使用高精度四阶龙格-库塔法对式(2)进行求解，计算初值设定为X = 0，i: = 0 , k = 0.5, ω = 0.439823。
4.根据权利要求3所述的利用混沌振子系统识别钢轨斜裂纹的超声导波方法，其特征在于:所述驱动力F的选取如下: 当驱动力F取值由O逐渐增大时，混沌振子系统相轨迹会发生变化，逐渐进入混沌态、大周期态和奇怪吸引子，最终设置驱动力F = 0.429，作为混沌振子系统位于大周期态与吸引子的临界值。
【文档编号】G01N29/07GK103512955SQ201310442135
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】马宏伟, 杨飞, 刘嘉, 林荣, 莫应强 申请人:暨南大学, 贵州航天风华精密设备有限公司