基于超声频谱学分析的轨道部件检查的制作方法
【专利摘要】用于依据跨越一组振动带的共振反馈分布曲线而评估轨道部件的状态的解决办法。振动能够在目标部件正常运行过程中被引致至目标部件内。轨道部件的共振反馈分布曲线能够根据磨损或损坏不同而变化，并且因此能够被用于确定轨道部件是否能够被安全地继续使用。实施例包括长度选定为容许一次有单个轨道车轮在其上的被隔离的轨道段，所述轨道段带有当车轮经过时能够将特定振动引致至车轮内的装置组、以及能够从车轮获取共振信号的另一个装置组。
【专利说明】基于超声频谱学分析的轨道部件检查
[0001] 先前技术参考
[0002] 当前申请要求2012年5月23日提交的题目为"Ultrasonic analysis-based inspeciton system and method for rail components"（基于超声分析的检查系统以及 用于轨道部件的方法）的共同申请美国临时申请No. 61/688, 842的优先权，并且所述美国 临时申请结合本文加以参考。
【技术领域】
[0003] 本发明通常涉及车辆部件的非破坏性检查，并且特别地涉及用于评估铁路车轮和 /或轨道运输系统的其他部件的状态的新型创新性解决办法。
【背景技术】
[0004] 几个世纪以来评估物体对各种声学输入频率的共振已经已知作为用于确定金属 或者其他高刚性物体或部件的状态的方法。实际上，这个原理的一些用法可以追溯到工业 革命时期。关于轨道，早期的英国铁路工程师敲击火车车轮并且使用声音确定是否存在裂 缝。当然，铃铛工匠完全依赖共振以使得其产品发挥作用。在一个方法中，使用简易的物理 撞锤（类似于处于自动控制下的圆头锤）并且比较产生于轮轴的两个侧面上的车轮的声 学频谱而确定一个车轮是否是坏的，其依据以下假设：(A)两个好的车轮的频谱应当非常 类似，以及（B)对于在一个轮轴上的两个车轮来说具有如此类似的缺陷以致于产生几乎完 全相同的频谱是几乎不可能的。强调的是，第二个假设可能不完全有效。例如，踏面擦伤 (slid-flats)由制动器的锁定以及之后车轮和轨道之间的摩擦导致，从而导致在车轮上的 一个位置处的平直磨损（flat wear)。在这种情况下，可以预想到的是在相同轮轴上的车轮 的平直区域为相当接近完全相同的。在另一个方案中，设计并测试使用类似的基于锤的方 法的预先声波标记检查系统，但是仅识别出已知有缺陷车轮的45 %，且错误报警率接近三 分之一。
[0005] 已知使用声音确定在这种物体中存在缺陷的其他方法。例如，发明人之前提出将 声学信号电磁地引致至车轮内（电磁声学变换）并且追踪返回信号的特征和记时。但是， 这个方法以及相关的超声检查方法特定地侧重于定位并识别非常特定的缺陷。
[0006] 共振频率依赖于物体的材料特性。一般说来，这个关系可以如下所述：
【权利要求】
1. 一种基于共振超声分析进行轨道部件检查的方法，所述方法包括： 将频率频谱引致至现场的轨道部件内； 探测由引致出的频率所产生的共振并且记录为共振数据； 确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性； 将所述一组特性与所预期的共振分布曲线作比较；以及 基于所述比较来确定轨道部件的状态。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，轨道部件为铁路车轮。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括基于铁路车轮的一组特性的建模来选定频率频 谱。
4. 根据权利要求2所述的方法，还包括基于对一组样本铁路车轮的测试来选定频率频 谱。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线为基于声音的参数模型， 所述基于声音的参数模型使用代表具体轨道部件或具体类型轨道部件的不变的特征组。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线基于一组已知的轨道部 件。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线基于在轨道部件上执行 的一组先前检查。
8. 根据权利要求8所述的方法，还包括在使用之前基于根据所述一组先前检查的预测 而改进所预期的共振分布曲线。
9. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于已建立的与轨道部件有关的车辆数据库来 改进所预期的共振分布曲线。
10. -种基于共振超声分析进行轨道部件检查的系统，所述系统包括： 用于将频率频谱的振动引致至现场的轨道部件内的引致装置； 用于探测由引致出的振动在轨道部件中产生的共振振动的探测装置；以及 用于通过执行一种方法评估轨道部件的计算机系统，所述方法包括： 将探测到的共振振动记录为用于轨道部件的共振数据； 确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性； 将所述一组特性与所预期的共振分布曲线作比较；以及 基于所述比较来确定轨道部件的状态。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，轨道部件为铁路车轮。
12. 根据权利要求11所述的系统，还包括铁轨段，所述铁轨段具有被选定为一次仅包 括轨道车辆的单个铁路车轮的长度，并且被构造为在铁轨段的两侧上均与铁轨物理地隔 离。
13. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的装置包括能够引致多个选定 的频率的压电装置。
14. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括能够引致多个 选定的频率的电磁装置。
15. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括轨道部件行进 所在的轨道。
16. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括移动穿过轨道 部件行进所在的轨道中的基本坚直孔的冲击器。
17. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括与引致共 振振动的引致装置相同的设备。
18. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括以下至少 之一：能够引致多个选定的频率的压电设备或电磁设备。
19. 根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括抛物线传 尸簡。
20. -种基于共振超声分析进行铁路车轮检查的系统，所述系统包括： 用于在铁路车轮在轨道车辆上运行过程中探测在铁路车轮中产生的共振振动的探测 装置；以及 用于通过执行一种方法评估铁路车轮的计算机系统，所述方法包括： 将探测到的共振振动记录为用于铁路车轮的共振数据； 确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性； 将所述一组特性与铁路车轮的所预期的共振分布曲线作比较；以及 基于所述比较来确定铁路车轮的状态。
21. 根据权利要求20所述的系统，还包括当铁路车轮在轨道段上方行进时用于将共振 振动引致至铁路车轮中的引致装置。
【文档编号】G01N29/04GK104364629SQ201380026533
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年5月23日
【发明者】Z·F·米安, W·B·约翰逊 申请人:国际电子机械公司