一种轨道断裂监测方法和装置与流程

本申请涉及航天检测和铁路安全技术领域，尤其涉及一种基于声学检测的轨道断裂监测方法和装置。

背景技术：

随着现代经济的发展，对铁路运输的依赖程度越来越高，国家对铁路运输的投入也持续增大，铁路路网建设取得了跨越式的发展，同时对列车运行速度的要求也逐步提高。近年来，我国铁路经历了六次大规模提速，提速线路已达到16500公里，在列车的速度不断提高的同时，列车的开行量也逐渐增多。我国铁路交通行车仍以客货共线为主，列车密度高居世界第一。这些因素都对列车运行的安全保障体系提出了更高的要求，而安全是铁路运输永恒的主题，在这种情况下，保证列车的高速、安全、平稳、不间断运行成为铁路高效运输的一个重要使命。

铁路运行安全主要针对铁路铁轨的服役安全。通过研究全网断轨监测，实现对铁轨服役状态的安全检测，能够及时发现断轨事件，避免重大事故发生。因此，实现对轨道断裂的监测对确保铁路运行安全具有十分重要的意义。

目前，我国主要采用手推式探伤车人工巡轨车和大型钢轨探伤车定期巡检，或采用轨道电路对钢轨实时监测等方法进行断轨检测。然而这些断轨检测方法实现复杂、功耗大、成本高。因此，提供一种实现简单、低成本、低功耗的轨道断裂监测方法是目前急需解决的一个技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种轨道断裂监测方法和装置，其实现简单、成本低，功耗低，技术方案如下：

基于本申请的一方面，本申请提供一种轨道断裂监测方法，预先在待监测的轨道段的两端分别设置第一超声传感器和第二超声传感器，所述第一超声传感器和第二超声传感器分别用于监测轨道中的超声信号；所述方法包括：

获取所述第一超声传感器监测得到的第一超声信号，以及所述第二超声传感器监测得到的第二超声信号；

判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否满足预设条件；

如果所述第一超声信号或所述第二超声信号中的至少一个满足预设条件，确定所述轨道段内发生轨道断裂事件。

优选地，所述判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否满足预设条件包括：

判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否包括轨道断裂和裂纹扩展的声学特征信息。

优选地，所述确定所述待监测的轨道段发生轨道断裂事件之后，所述方法还包括：

确定所述第一超声信号满足预设条件的第一时刻，以及所述第二超声信号满足预设条件的第二时刻；

计算所述第一时刻与所述第二时刻的时间差；

依据所述时间差、超声信号传播速度、以及所述第一超声传感器和第二超声传感器之间的距离值，计算所述轨道段上发生轨道断裂事件的位置。

优选地，获取所述第一超声信号和/或第二超声信号之后，所述方法还包括：

对获取到的第一超声信号和/或第二超声信号进行预处理。

优选地，所述第一超声传感器和第二超声传感器均为压电式声学传感器。

基于本申请的另一方面，本申请提供一种轨道断裂监测装置，包括：

至少两个超声传感器，所述至少两个超声传感器包括第一超声传感器和第二超声传感器，所述第一超声传感器和第二超声传感器分别设置在待监测的轨道段的两端，用于监测轨道中的超声信号；

获取单元，用于获取所述第一超声传感器监测得到的第一超声信号，以及所述第二超声传感器监测得到的第二超声信号；

判断单元，用于判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否满足预设条件；

第一确定单元，用于当所述判断单元判断所述第一超声信号或所述第二超声信号中的至少一个满足预设条件时，确定所述轨道段发生轨道断裂事件。

优选地，所述判断单元具体用于，判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否包括轨道断裂和裂纹扩展的声学特征信息。

优选地，还包括：

第二确定单元，用于确定所述第一超声信号满足预设条件的第一时刻，以及所述第二超声信号满足预设条件的第二时刻；

第一计算单元，用于计算所述第一时刻与所述第二时刻的时间差；

第二计算单元，用于依据所述时间差、超声信号传播速度、以及所述第一超声传感器和第二超声传感器之间的距离值，计算所述轨道段上发生轨道断裂事件的位置。

优选地，还包括：

预处理单元，用于对获取到的第一超声信号和/或第二超声信号进行预处理。

优选地，所述超声传感器为压电式声学传感器。

本申请提供的轨道断裂监测方法中，预先在待监测的轨道段的两端分别设置第一超声传感器和第二超声传感器，所述第一超声传感器和第二超声传感器分别用于实时监测轨道中的超声信号。当轨道段中发生轨道断裂事件时，第一超声传感器监测得到的第一超声信号以及第二超声传感器监测得到的第二超声信号会满足预设条件，因此，本申请通过监测确定第一超声信号或所述第二超声信号中的至少一个满足预设条件，确定所述轨道段发生轨道断裂事件，本申请提供的轨道断裂监测方法实现简单、成本低，功耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种轨道断裂监测方法的流程图；

图2为本申请中超声传感器的安装示意图；

图3为本申请提供的一种轨道断裂监测方法的另一种流程图；

图4为本申请提供的一种轨道断裂监测装置的结构示意图；

图5为本申请提供的一种轨道断裂监测装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请提供的一种轨道断裂监测方法的流程图。在具体应用本申请方法之前，首先预先在待监测的轨道段的两端分别设置第一超声传感器和第二超声传感器，如图2所示，所述第一超声传感器和第二超声传感器分别用于监测轨道中的超声信号。对于长度较长的轨道来说，本申请可以在轨道上间隔固定距离设置一个超声传感器，通过在轨道上间隔设置的多个超声传感器，将轨道划分为多个轨道段，本申请的监测对象即为每两个超声传感器之间的轨道段。具体的，方法包括：

步骤101，获取所述第一超声传感器监测得到的第一超声信号，以及所述第二超声传感器监测得到的第二超声信号。

列车在行进过程中，车轮会与轨道间摩擦产生超声波，第一超声传感器设置在轨道段的一端，第二超声传感器设置在轨道段的另一端，第一超声传感器和第二超声传感器同时实时监测该轨道段中的超声信号。为了便于描述清楚，本申请将第一超声传感器监测得到的超声信号称之为第一超声信号，将第二超声传感器监测得到的超声信号称之为第二超声信号。

在本申请实际应用过程中，第一超声传感器和第二超声传感器可以具体为压电式声学传感器，将该压电式声学传感器具体吸附在轨道的轨底或轨腰上，该压电式声学传感器可以接收40kHz至300kHz频带范围的超声信号。

本申请中，在轨道段未发生轨道断裂事件时，第一超声传感器监测得到的第一超声信号，和第二超声传感器监测得到的第二超声信号的频率、幅度等特征参数都会在某个固定范围内平稳的呈现。

步骤102，判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否满足预设条件。如果满足，执行步骤103，如果不满足，返回执行步骤101。

具体地，本申请在获取到第一超声信号和第二超声信号后，可以采用时频分析方法对其进行分析，此时所述步骤102可以具体为，判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否包括轨道断裂和裂纹扩展的声学特征信息。其中，声学特征信息包括声波频率、声波幅度等。当在轨道段内发生轨道断裂事件时，轨道的断裂或裂纹会使得第一超声信号和第二超声信号的频率发生变化，其中轨道断裂和裂纹扩展的事件声学特征主频在120kHz-170kHz之间，因此在轨道段内发生轨道断裂事件时，第一超声信号和第二超声信号的频率会落在该频带范围120kHz-170kHz内，由此本申请可以通过判断第一超声信号和第二超声信号的频率是否落在该频带范围内来判断得知当前轨道段内是否发生轨道断裂事件。此外，第一超声信号和第二超声信号的时域信号也会发生明显的突变，且其幅度明显增大，本申请通过判断其幅度值大小也可实现判断当前轨道段内是否发生轨道断裂事件。

本申请在判断第一超声信号或第二超声信号中的至少一个满足预设条件时，执行步骤103，确定所述轨道段内发生轨道断裂事件。如果第一超声信号和第二超声信号均不满足预设条件，则表明当前轨道段内未发生轨道断裂事件，继续实时获取第一超声信号和第二超声信号。

步骤103，确定所述轨道段内发生轨道断裂事件。

作为本申请优选的，在步骤101之后，还可以包括步骤100，对获取到的第一超声信号和/或第二超声信号进行预处理。其中预处理包括信号放大、滤波、A/D转换等。

在本申请实际应用过程中，第一超声传感器和第二超声传感器监测得到的第一超声信号和第二超声信号会存在功率较小、存在干扰频率等问题，因此本申请在获取到第一超声信号和第二超声信号后，对其依次进行放大、将其频率为100kHz以下的超声信号滤除、A/D转换等，以保证超声信号的准确性。

因此本申请提供的轨道断裂监测方法中，预先在待监测的轨道段的两端分别设置第一超声传感器和第二超声传感器，所述第一超声传感器和第二超声传感器分别用于实时监测轨道中的超声信号。当轨道段中发生轨道断裂事件时，第一超声传感器监测得到的第一超声信号以及第二超声传感器监测得到的第二超声信号会满足预设条件，因此，本申请通过监测确定第一超声信号或所述第二超声信号中的至少一个满足预设条件，确定所述轨道段内发生轨道断裂事件，本申请提供的轨道断裂监测方法实现简单、成本低，功耗低。

进一步，本申请在确定出轨道段内发生轨道断裂事件后，还可进一步确定出轨道段中具体发生轨道断裂或裂纹的位置，如图3所示，在图1的基础上，还包括：

步骤104，确定所述第一超声信号满足预设条件的第一时刻，以及所述第二超声信号满足预设条件的第二时刻。

本申请在确定出当前轨道段内发生轨道断裂事件后，确定并记录产生满足预设条件的第一超声信号的第一时刻，以及产生满足预设条件的第二超声信号的第二时刻。

具体的，本申请可以提取产生满足预设条件的第一超声信号的明显上升沿的时间信息作为第一时刻，提取产生满足预设条件的第二超声信号的明显上升沿的时间信息作为第二时刻。

步骤105，计算所述第一时刻与所述第二时刻的时间差。

步骤106，依据所述时间差、超声信号传播速度、以及所述第一超声传感器和第二超声传感器之间的距离值，计算所述轨道段上发生轨道断裂事件的位置。

本申请提供的轨道断裂监测方法具有如下优点：

1、本申请适用于道岔区尖轨、心轨、翼轨、基本轨的折断及严重伤损的实时监测；

2、本申请不占用钢轨、不影响轨道正常运行；

3、本申请可以实现远程监测，且定位断裂准确，能够直接并准确地指导维修人员到达现场检修，无需在较长线路上的整个区域进行巡检，节约钢轨检修时间；

4、本申请可实现轨道裂纹扩展和轨道断裂的检测，在发生彻底断轨前，即可检测出其钢轨服役期的健康状态，判断是否有裂痕、裂纹扩展等发生，及早地发现损伤，实现早期预警；

5、本申请可延伸至钢轨扣件等的完整性监测。

基于前文本申请提供的一种轨道断裂监测方法，本申请还提供一种轨道断裂监测装置，如图4所示，包括：

至少两个超声传感器100，所述至少两个超声传感器100包括第一超声传感器101和第二超声传感器102，所述第一超声传感器101和第二超声传感器102分别设置在待监测的轨道段的两端，用于监测轨道中的超声信号；所述超声传感器100具体为压电式声学传感器；

获取单元200，用于获取所述第一超声传感器101监测得到的第一超声信号，以及所述第二超声传感器102监测得到的第二超声信号；

判断单元300，用于判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否满足预设条件；

第一确定单元400，用于当所述判断单元300判断所述第一超声信号或所述第二超声信号中的至少一个满足预设条件时，确定所述轨道段发生轨道断裂事件。

其中，所述判断单元300具体用于，判断所述第一超声信号或所述第二超声信号是否包括轨道断裂和裂纹扩展的声学特征信息。

优选的，本申请还可以包括，如图5所示：

第二确定单元500，用于确定所述第一超声信号满足预设条件的第一时刻，以及所述第二超声信号满足预设条件的第二时刻；

第一计算单元600，用于计算所述第一时刻与所述第二时刻的时间差；

第二计算单元700，用于依据所述时间差、超声信号传播速度、以及所述第一超声传感器101和第二超声传感器102之间的距离值，计算所述轨道段上发生轨道断裂事件的位置；

以及，预处理单元800，用于对获取到的第一超声信号和/或第二超声信号进行预处理。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种轨道断裂监测方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。