一种基于宽带超声波的断轨检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于宽带超声波的断轨检测系统，包括以下步骤，步骤一，通过检测终端发射宽带编码超声波信号并耦合到钢轨，编码信号具有搞干扰能力强、可收集多次到达波的特点；步骤二，相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过副本相关信号处理算法进行相关处理；步骤三：获取步骤二相关处理结果的最大值，即相关峰值；步骤四，将相关峰值与固定的门限进行对比，若在规定的时间内获得过门限的峰值，表明钢轨良好，若没有获得过门限的相关峰值，表明出现钢轨断裂情况。本发明具有道岔附近是电信号检测方法的盲区或难检测区，而超声实现较方便。
【专利说明】
一种基于宽带超声波的断轨检测系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种超声波断轨检测系统，尤其涉及一种基于宽带超声波的断轨检测系统。
【背景技术】
[0002]随着高速电气化铁路的发展，实时线上断轨检测系统是保障列车安全运行的重要系统，基于电信号的断轨检测系统如轨道电路，准轨道电路，单频载波检测等，在电气化自闭区间路段，道岔路段检测应用中存在着诸多问题。如:电气化铁路的钢轨上存在较大的回流电流，基于电信号的检测方式存在布施困难，易受干扰影响而出现虚警和漏报问题，以及在道岔路段无法应用的问题，鉴于铁路安全运行的需要，研究一种新的可靠性好的钢轨检测系统。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于宽带超声波的断轨检测系统。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
本发明包括以下步骤:
步骤一:通过检测终端发射宽带编码超声波信号并耦合到钢轨，编码信号具有搞干扰能力强、可收集多次到达波的特点；
步骤二:相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过副本相关信号处理算法进行相关处理；
步骤三:获取步骤二相关处理结果的最大值，即相关峰值；
步骤四:将相关峰值与固定的门限进行对比，若在规定的时间内获得过门限的峰值，表明钢轨良好，若没有获得过门限的相关峰值，表明出现钢轨断裂情况；
步骤五:若出现钢轨断裂情况，则将相关峰值与标定的数据表进行对比，判断出现断裂状况。
[0005]进一步，根据步骤二，所述算法为:设发射信号的强度为SL，接收到的信号强度为RL，传播过程的损失强度为TL，则可将信号传播过程表示为:
RL = SL - TL
TL虽然受多种因素影响，看似复杂，但由于铁路钢轨建设是符合相关标准的，且建成后不会随意更改，这就决定了声波信号传播的信道环境是基本固定不变的，现假设仅受传播距离、横向孔、分岔，异型钢几个因素影响建立TL的数学模型，可以将TL表示如下:
TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中:
L为传播距离，单位:米，TL_d为钢轨中每传播I米声波信号强度损失；
NI为横向孔的个数，TL_h为I个横向孔会产生的信号强度传播损失； N2为分岔的个数，TL_x为I个分岔会产生的信号强度传播损失；
N3为异型轨的个数，TL_s为I个异型轨会产生的信号强度传播损失。
[0006]由于声波在钢介质中的传播速度还与环境温度有关系，所以考虑温度影响时TL应该表示为:
TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s
其中，a表示温度对传播的影响，设备可以通过温度传感器实时测试钢轨的温度，根据当前温度可对TL中的传播距离损失进行补偿，补偿值可表示为:(l_a)*L*TL_d
可见，钢轨在没有发生断裂变化时，RL应该是一个基本不变化的常量，钢轨的断裂对声波信号的影响比较大，产生的TL_ b较大，所以从定量检测的角度来讲，断轨前后的RL可分别表示为:
钢轨正常时，用此_11表示接收到的信号强度:
RL_n = SL - TL
钢轨断裂时，用RL_b表示接收到的信号强度:
RL_b = SL — TL — TL_ b
所以，当前接收信号强度测试值RL减去正常值RL_n的绝对值约等于TL_b时可判断出现钢轨断裂，用数学模型表示为:
I RL_C - RL_n I?TL_b判断结果为:存在断轨；
I RL_c - RL_n I ) TL_b判断结果为:存在断轨；
I RL_c -RL_n I?O 判断结果为:钢轨正常，无断裂；
其中，RL_c为当前接收信号强度测试值。
[0007]本发明的有益效果在于:
1、道岔附近是电信号检测方法的盲区或难检测区，而超声实现较方便；
2、超声是非电信号检测，不需要电压参考，繁琐电路分析，在非电化与电化区段没有区另IJ，更易做防雷处理；
3、声波在铁轨传播速度是5200m/s左右，在混凝土中的传播速度为4500m/s左右，空气中声速为340m/s左右，一般铁路的枕木为混凝土，由于声速差较大，所以声信号容易在钢轨中形成声信号的传播管道，具有良好的传导性；
4、声波对钢轨的裂缝检测比电检测方式具有更高的灵敏度；
5、声波信号的发射接收与钢轨的连接采用耦合的方式，所以不需要对钢轨做任何的改变，如打孔、添加带阻滤波器等。
【附图说明】
[0008]图1是本发明所述一种基于宽带超声波的断轨检测系统的流程示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1所示:本发明包括以下步骤:
步骤一:通过检测终端发射宽带编码超声波信号并耦合到钢轨，编码信号具有搞干扰能力强、可收集多次到达波的特点； 步骤二:相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过副本相关信号处理算法进行相关处理；
步骤三:获取步骤二相关处理结果的最大值，即相关峰值；
步骤四:将相关峰值与固定的门限进行对比，若在规定的时间内获得过门限的峰值，表明钢轨良好，若没有获得过门限的相关峰值，表明出现钢轨断裂情况；
步骤五:若出现钢轨断裂情况，则将相关峰值与标定的数据表进行对比，判断出现断裂状况。
[0010]实施例:
设发射信号的强度为SL，接收到的信号强度为RL，传播过程的损失强度为TL，则可将信号传播过程表示为:
RL = SL - TL
TL虽然受多种因素影响，看似复杂，但由于铁路钢轨建设是符合相关标准的，且建成后不会随意更改，这就决定了声波信号传播的信道环境是基本固定不变的，现假设仅受传播距离、横向孔、分岔，异型钢几个因素影响建立TL的数学模型，可以将TL表示如下:
TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中:
L为传播距离，单位:米，TL_d为钢轨中每传播I米声波信号强度损失；
NI为横向孔的个数，TL_h为I个横向孔会产生的信号强度传播损失；
N2为分岔的个数，TL_x为I个分岔会产生的信号强度传播损失；
N3为异型轨的个数，TL_s为I个异型轨会产生的信号强度传播损失。
[0011]由于声波在钢介质中的传播速度还与环境温度有关系，所以考虑温度影响时TL应该表示为:
TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s
其中，a表示温度对传播的影响，设备可以通过温度传感器实时测试钢轨的温度，根据当前温度可对TL中的传播距离损失进行补偿，补偿值可表示为:(l_a)*L*TL_d
可见，钢轨在没有发生断裂变化时，RL应该是一个基本不变化的常量，钢轨的断裂对声波信号的影响比较大，产生的TL_ b较大，所以从定量检测的角度来讲，断轨前后的RL可分别表示为:
钢轨正常时，用此_11表示接收到的信号强度:
RL_n = SL - TL
钢轨断裂时，用RL_b表示接收到的信号强度:
RL_b = SL — TL — TL_ b
所以，当前接收信号强度测试值RL减去正常值RL_n的绝对值约等于TL_b时可判断出现钢轨断裂，用数学模型表示为:
I RL_C - RL_n I?TL_b判断结果为:存在断轨；
I RL_c - RL_n I ) TL_b判断结果为:存在断轨；
I RL_c -RL_n I?O 判断结果为:钢轨正常，无断裂；
其中，RL_c为当前接收信号强度测试值。
[0012]本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
【主权项】
1.一种基于宽带超声波的断轨检测系统，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一:通过检测终端发射宽带编码超声波信号并耦合到钢轨，编码信号具有搞干扰能力强、可收集多次到达波的特点； 步骤二:相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过副本相关信号处理算法进行相关处理； 步骤三:获取步骤二相关处理结果的最大值，即相关峰值； 步骤四:将相关峰值与固定的门限进行对比，若在规定的时间内获得过门限的峰值，表明钢轨良好，若没有获得过门限的相关峰值，表明出现钢轨断裂情况； 步骤五:若出现钢轨断裂情况，则将相关峰值与标定的数据表进行对比，判断出现断裂状况。2.根据权利要求1所述的一种基于宽带超声波的断轨检测系统，其特征在于:根据步骤二，所述算法为:设发射信号的强度为SL，接收到的信号强度为RL，传播过程的损失强度为TL，则可将信号传播过程表示为:RL = SL - TL TL虽然受多种因素影响，看似复杂，但由于铁路钢轨建设是符合相关标准的，且建成后不会随意更改，这就决定了声波信号传播的信道环境是基本固定不变的，现假设仅受传播距离、横向孔、分岔，异型钢几个因素影响建立TL的数学模型，可以将TL表示如下:TL = L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s其中: L为传播距离，单位:米，TL_d为钢轨中每传播I米声波信号强度损失； NI为横向孔的个数，TL_h为I个横向孔会产生的信号强度传播损失； N2为分岔的个数，TL_x为I个分岔会产生的信号强度传播损失； N3为异型轨的个数，TL_s为I个异型轨会产生的信号强度传播损失； 由于声波在钢介质中的传播速度还与环境温度有关系，所以考虑温度影响时TL应该表示为:TL = a*L*TL_d+Nl*TL_h+N2*TL_x+N3*TL_s 其中，a表示温度对传播的影响，设备可以通过温度传感器实时测试钢轨的温度，根据当前温度可对TL中的传播距离损失进行补偿，补偿值可表示为:(l_a)*L*TL_d 可见，钢轨在没有发生断裂变化时，RL应该是一个基本不变化的常量，钢轨的断裂对声波信号的影响比较大，产生的TL_ b较大，所以从定量检测的角度来讲，断轨前后的RL可分别表示为: 钢轨正常时，用此_11表示接收到的信号强度: RL_n = SL - TL 钢轨断裂时，用RL_b表示接收到的信号强度: RL_b = SL — TL — TL_ b 所以，当前接收信号强度测试值RL减去正常值RL_n的绝对值约等于TL_b时可判断出现钢轨断裂，用数学模型表示为: I RL_C - RL_n I?TL_b判断结果为:存在断轨； I RL_c - RL_n I ) TL_b判断结果为:存在断轨；I RL_C -RL_n I?O 判断结果为:钢轨正常，无断裂；其中，RL_c为当前接收信号强度测试值。
【文档编号】G01N29/04GK105987952SQ201510069143
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】杨历润, 陈湘才, 刘晓春, 朱大非
【申请人】昆明耐维科技有限公司