CN116223618A - 基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 - Google Patents
基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116223618A CN116223618A CN202211590908.3A CN202211590908A CN116223618A CN 116223618 A CN116223618 A CN 116223618A CN 202211590908 A CN202211590908 A CN 202211590908A CN 116223618 A CN116223618 A CN 116223618A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mbn
- acfm
- probe
- rail
- arc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 127
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 146
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 17
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 claims description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 16
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] Chemical group [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000005330 Barkhausen effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 2
- 102220246452 rs36061201 Human genes 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/041—Analysing solids on the surface of the material, e.g. using Lamb, Rayleigh or shear waves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
- B61K9/10—Measuring installations for surveying permanent way for detecting cracks in rails or welds thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4454—Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置，应用于电磁无损检测领域，包括：通过ACFM和MBN弧形探头分别获取钢轨的ACFM和MBN检测信号；建立空间坐标系，将ACFM和MBN检测信号由曲面转换为平面；根据ACFM和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM和MBN检测信号间的延迟显示时间；运用线性插值函数对ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷；根据MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。本发明将ACFM和MBN两种无损检测技术的优势结合，提高了钢轨损伤检测效率与精确性。
Description
技术领域
本发明涉及电磁无损检测领域，特别涉及基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置。
背景技术
60kg/m重型钢轨，材料采用U71Mn或者U75V，广泛运用于我国铁路干线和高速铁路。轨面形状分别由R13、R80和R300三类圆弧组成，在日常服役中，受轮轨间循环载荷影响导致在轨距角处出现大量滚动疲劳接触裂纹，严重影响行车安全，随着高速铁路的快速发展，对钢轨裂纹的检测需求日趋增大。
交流电磁场测量ACFM和磁巴克豪森噪声MBN是目前新兴的两种无损检测技术。ACFM是基于电磁感应原理的电磁类无损检测方法，具有精确的电磁理论模型。ACFM技术在交流电压降测量法原理的基础上发展而来，克服了交流电电势落差技术需要与工件直接接触的缺点，保留了涡流无损检测技术可实现定量检测的优点。它适用于铁磁类和非铁磁类导电材料缺陷的无损检测，可实现对材料表面和浅表面裂纹的检测。MBN作为一种新兴的无损检测技术，能够对轨头一定深度下的塑性变形层、白层、应力状态、微观组织结构、疲劳服役情况等进行快速有效的评估，是无损检测领域很有前景的一种重要的测检测手段。
在现有的研究阶段中，并未将两种技术结合用来检测材料，针对交流电磁场技术，可检测出存在轨面的细小裂纹与剥落坑缺陷，针对磁巴克豪森技术，可对轨面的塑性变形层、白层、应力状态、微观组织结构、疲劳服役情况等。
为此，如何提供一种能够将交流电磁场测量ACFM和磁巴克豪森噪声MBN两种无损检测技术的优势结合，提高钢轨损伤检测效率与精确性的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，包括：
步骤(1)：通过ACFM弧形探头和MBN弧形探头分别获取钢轨的ACFM检测信号和MBN检测信号；
步骤(2)：建立空间坐标系，将ACFM检测信号和MBN检测信号由曲面转换为平面；
步骤(3)：根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间；
步骤(4)：运用线性插值函数对ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷；根据MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。
可选的，ACFM检测信号和MBN检测信号均为多点阵列曲面信号。
可选的，步骤(2)中，建立空间坐标系，具体为：
将轨面沿垂直钢轨走向展平作为空间坐标系的X轴；
将多点阵列探头沿钢轨的移动距离作为空间坐标系的Y轴；
将多点阵列曲面信号作为空间坐标系的Z轴。
可选的，轨面展平方式为采用单位圆与轨面相交点方式建立插值坐标点。
可选的，步骤(3)中，根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间，具体为：
T＝L/V；
其中，T为延迟显示时间；L为ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距；V为承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度。
可选的，步骤(4)中，运用线性插值函数对ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，具体为：
确定ACFM弧形探头的多点阵列探头位置；
根据ACFM弧形探头的多点阵列探头检测信号，以空间坐标系中的插值坐标点进行线性插值处理；
通过线性插值数据拟合云图。
可选的，MBN检测信号的峰峰值为铁磁体在磁场作用下达到磁饱和状态时所产生的MBN信号中电压最大值与最小值的差值，表示信号的幅值范围。
可选的，MBN检测信号的均方根值为信号的强度，表示MBN信号在磁化过程中的统计分析结果，计算式如下：
其中，n为MBN噪声个数，Vi为每个MBN噪声拟合曲线后的峰值。
本发明还提供基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，包括：
ACFM弧形探头：用于获取钢轨的ACFM检测信号；
MBN弧形探头：用于获取钢轨的MBN检测信号；
走行装置：用于承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头；
上位机：用于将ACFM检测信号和MBN检测信号由曲面转换为平面、根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间、运用线性插值函数对ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷以及根据MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。
可选的，ACFM弧形探头和MBN弧形探头均为多点阵列探头。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置。本发明通过建立空间坐标系，将ACFM检测信号(ACFM多点阵列曲面信号)和MBN检测信号(MBN多点阵列曲面信号)由曲面转换为平面，利于直观分析信号，针对钢轨轨面的不同圆弧半径，将其划分为不同区域，建立检测空间坐标系，实现了轨面缺陷的快速定位；通过根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间，将同一点钢轨位置的ACFM检测信号和MBN检测信号置于同一点钢轨空间坐标系下，可对钢轨上任一位置结合两者信号特点分析，实现两者检测技术的优势互补，检测钢轨轨面状态；通过根据ACFM弧形探头采集的多路ACFM畸变磁场信号，运用线性插值函数对采集的多路数据拟合成面，形成信号云图，运用三维可视化技术检测钢轨轨面缺陷，在MBN检测中，则采用了峰峰值、均方根值、包络线等信号处理方法来研究轨面变形层状态，提高了钢轨损伤检测效率与精确性。
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为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的60kg/m钢轨阵列探头检测空间坐标系建立的整体结构示意图。
图3为本发明对ACFM弧形探头采集的交流电磁场信号云图拟合算法实现的方法流程示意图。
图4为本发明MBN弧形探头检测到信号的峰峰值以及包络线结构示意图。
图5为本发明对MBN弧形探头采集的磁巴克豪森信号特征值分析程序执行的方法流程示意图。
图6为本发明进行钢轨缺陷检测时采集的ACFM信号和MBN信号示意图。
图7为本发明的装置结构示意图。
图8为本发明的ACFM弧形探头装置结构示意图。
图9为本发明的MBN弧形探头装置结构示意图。
图10为本发明的与ACFM弧形探头和MBN弧形探头贴合的钢轨的装置结构示意图。
图11为本发明ACFM弧形探头进行钢轨损伤检测时的整体结构示意图。
图12为本发明MBN弧形探头进行钢轨损伤检测时的整体结构示意图。
附图中的标记：1-TMR线性传感器线路板、2-锰锌铁氧体磁芯、3-MBN检测线圈、4-激励线圈、5-钢轨、6-轴承底座、7-行走轮、8-轴承、9-U型夹、10-ACFM弧形探头、11-底板、12-MBN弧形探头、13-导向轮。
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。
实施例1：
本发明实施例1公开了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，如图1所示，包括：
步骤(1)：通过ACFM弧形探头和MBN弧形探头分别获取钢轨的ACFM检测信号(ACFM多点阵列曲面信号)和MBN检测信号(MBN多点阵列曲面信号)；
步骤(2)：建立空间坐标系，将ACFM检测信号和MBN检测信号由曲面转换为平面，具体为：
通过采用单位圆与轨面相交点方式建立插值坐标点，将轨面沿垂直钢轨走向展平作为空间坐标系的X轴，具体为：
60kg/m钢轨轨面形状是由R13、R80和R300三类圆弧组成，考虑到需要对多点阵列探头采集数据进行插值处理，需将轨面沿垂直钢轨走向展平作为X轴建立空间坐标系；
其次，轨面展平采用单位圆与轨面相交点方式建立插值坐标点，如图2所示，以R13L区域左端点作为圆心建立60kg/m钢轨断面的平面坐标系，可得到轨面圆弧函数G(x,y),如下：
建立检测空间坐标系方法如下，以60kg/m钢轨轨面左端点作为单位圆的圆心，记为点R13L1，此点即作为空间坐标系X轴第一个插值坐标点，根据圆弧区间，联立轨面圆弧函数和此单位圆函数：
求得交点R13L1(x1,y1)为第二个插值坐标点，再联立函数：
依次类推，R13L段圆弧第i个插值坐标点，即联立函数：
在R13L圆弧段上设定R13L1、R13L2、R13L3、R13L4、……R13Ln，n个插值坐标点，将这些点以单位长度在空间坐标系X轴上排列。最后，针对轨面圆弧连接处，若上一段圆弧恰好由n个单位圆分割完，即从下一段圆弧的端点处作为插值坐标点依次类推；若上一段圆弧不能恰好被n个单位元分割，对剩下的弧长s可以补充到下一段轨面圆弧中，即下一个单位圆圆心与圆弧端点距离为单位圆与s之差，以此方法得到空间坐标系的X轴。
将多点阵列探头沿钢轨的移动距离作为空间坐标系的Y轴；
将多点阵列曲面信号作为空间坐标系的Z轴。
步骤(3)：由于ACFM弧形探头和MBN弧形探头检测信号的激励频率相差较大，为防止两种信号发生干扰，需要将两个探头分开布置，本实施例设置500mm，这样两种检测技术的探头存在距离差，实时检测的采集的ACFM信号和MBN信号反应的不是同一钢轨位置的状态，因此本发明将位于前面检测的探头检测的数据延迟显示，同位于后面的探头采集的信号同时处理，这样可以将同一点钢轨位置的ACFM和MBN信号置于同一点钢轨空间坐标系下，方便运用两种信号特征来分辨钢轨同一点的状态，可对钢轨上任一位置结合两者信号特点分析，实现两者检测技术的优势互补，检测钢轨轨面状态；根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间，具体为：
T＝L/V；
其中，T为延迟显示时间；L为ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距；V为承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度。
步骤(4)：运用线性插值函数对ACFM检测信号(多路ACFM畸变磁场信号)拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷，具体为：
首先，为进行插值处理，确定ACFM弧形探头的多点阵列探头位置，每个弧形探头包括多个多点阵列探头，本实施例中共有7个多点阵列探头，在轨面呈对称布置；
其次，由于钢轨疲劳裂纹常集中于轨距角处，因此多点阵列探头也相对集中在轨距角，多点阵列探头1和7分别位于R13圆弧段距R80圆弧侧1/3处，探头2和探头6位于R80圆弧中点处，探头3和探头5位于R80和R300连接处，探头4位于R300圆弧段中心处。根据ACFM弧形探头的多点阵列探头检测信号，以空间坐标系中的插值坐标点进行线性插值处理，如下：
探头1采集数据记为
探头2采集数据记为f(x2)，根据线性插值，这两探头之间的数据插值公式如下：
以此类推，利用两探头的采集数据对探头间的插值坐标点进行插值。最后，针对探头1和探头7两侧的部分，由于只与一个传感器相邻，在插值时可采用(以探头1左侧为例)：
其中
是上一次采集七个传感器探头信号的平均值，即：
其中i＝1,2,3···n,n＝7。
最后，通过线性插值数据拟合云图，如图3所示，对原始数据点进行线性插值后，可得到目标矩阵，目标矩阵中的每一个元素可看成三维坐标系中的一个点，元素所在的行数和列数分别为对应点的横坐标和纵坐标，元素的值为对应点的Z坐标，分别将它们输出至一维数组X(1,i)、Y(1,j)和Z(1,i×j)中，当传感器反应缺陷信号波形时，能够快速定位到区域，方便后续钢轨的修复工作。
根据MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态，具体为：
MBN检测信号的峰峰值和包络线，如图4所示。
MBN弧形探头检测信号的峰峰值为铁磁体在磁场作用下达到磁饱和状态时所产生的MBN信号中电压最大值与最小值的差值，表示信号的幅值范围。
MBN弧形探头检测信号的均方根值为信号的强度，表示MBN信号在磁化过程中的统计分析结果，计算式如下：
其中，n为MBN噪声个数，Vi为每个MBN噪声拟合曲线后的峰值。
如图5所示，铁磁体被磁化的过程中，由于磁畴的偏转具有较强的随机性，为了能够更准确得通过MBN信号反映出轨面的塑性变形层厚度和白层厚度等状态，通常选用对多个MBN信号特征值取平均值的方式，以此获得更为准确的特征值分析结果。根据采样频率及采样时间计算并设定MBN信号分析的数据步长，由于MBN在激励达到矫顽场强度时达到峰值，因此取正弦激励幅值为零的点作为数据的起始分析点并计算信号特征值，特征值计算结果暂时存入一维数值，最终根据总体MBN信号分析数量取平均值，以此作为一次测量的最终结果。
如图6所示，通过走行装置在钢轨上方移动，搭载在走行装置上方的阵列式ACFM探头和MBN探头上的传感器采集数据，通过运放滤波电路后传输给上位机软件，实现对钢轨轨面的实时检测目的，利用ACFM和MBN检测技术对钢轨轨面状态进行检测。
实施例2：
本发明实施例2公开了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，如图7所示，包括：
ACFM弧形探头(ACFM多点阵列探头)：用于获取钢轨的ACFM检测信号；
MBN弧形探头(MBN多点阵列探头)：用于获取钢轨的MBN检测信号；
ACFM弧形探头10，如图8所示，包括TMR线性传感器线路板1、锰锌铁氧体磁芯2、激励线圈4。
MBN弧形探头12，如图9所示，包括：锰锌铁氧体磁芯2、MBN检测线圈3和激励线圈4。
与所述ACFM弧形探头10和MBN弧形探头12贴合的钢轨5，如图10所示。
ACFM弧形探头10的锰锌铁氧体磁芯2下方均匀分布了7个TMR线性传感器线路板1，用来采集钢轨上方的Bx和Bz信号(钢轨轨面上方由缺陷导致的畸变磁场信号)，MBN弧形探头12的锰锌铁氧体磁芯2下方均匀分布了多个由导线与锰锌铁氧体磁芯2缠绕的MBN检测线圈3用于采集磁巴克豪森信号(轨头轨面磁畴翻转导致的磁场变化)，锰锌铁氧体磁芯2底部是由同60kg/m钢轨轨面一致的R300、R80、R13三类圆弧组成，内部空间总高20mm总宽为34mm，顶部圆弧半径64mm。
如图11、图12所示，ACFM弧形探头10和MBN弧形探头12均需要对缠绕在锰锌铁氧体磁芯2上的激励线圈4通入交流正弦激励信号，随后布置在锰锌铁氧体磁芯2下方的TMR线性传感器线路板1和MBN检测线圈3采集磁场信号，然后对采集的磁场信号进行运放滤波，A/D转换，最后在上位机软件中分析。
走行装置：用于承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头，包括：轴承底座6、行走轮7、轴承8、U型夹9、底板11、导向轮13；
整个装置通过行走轮7在钢轨上移动，通过导向轮13保证走行装置在钢轨上不发生横向移动，U型夹9焊接于走行装置上，ACFM弧形探头10和MBN弧形探头12则通过U型夹9上的螺栓固定在走行装置上，可通过拧动U型夹上的螺纹对探头的提离高度进行微调，在避免探头和钢轨稳定移动的同时，又增加了装置的灵敏度。
上位机：用于将ACFM检测信号和MBN检测信号由曲面转换为平面、根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头间的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间、运用线性插值函数对ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷以及根据MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。
本发明实施例公开了基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法及装置。本发明通过建立空间坐标系，将ACFM检测信号(ACFM多点阵列曲面信号)和MBN检测信号(MBN多点阵列曲面信号)由曲面转换为平面，利于直观分析信号，针对钢轨轨面的不同圆弧半径，将其划分为不同区域，建立检测空间坐标系，实现了轨面缺陷的快速定位；通过根据ACFM弧形探头和MBN弧形探头的间距以及承载ACFM弧形探头和MBN弧形探头的走行装置的速度设置ACFM检测信号和MBN检测信号间的延迟显示时间，将同一点钢轨位置的ACFM检测信号和MBN检测信号置于同一点钢轨空间坐标系下，可对钢轨上任一位置结合两者信号特点分析，实现两者检测技术的优势互补，检测钢轨轨面状态；通过根据ACFM弧形探头采集的多路ACFM畸变磁场信号，运用线性插值函数对采集的多路数据拟合成面，形成信号云图，运用三维可视化技术检测钢轨轨面缺陷，在MBN检测中，则采用了峰峰值、均方根值、包络线等信号处理方法来研究轨面变形层状态，提高了钢轨损伤检测效率与精确性。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：通过ACFM弧形探头和MBN弧形探头分别获取钢轨的ACFM检测信号和MBN检测信号；
步骤(2)：建立空间坐标系，将所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号由曲面转换为平面；
步骤(3)：根据所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头间的间距以及承载所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头的走行装置的速度设置所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号间的延迟显示时间；
步骤(4)：运用线性插值函数对所述ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷；根据所述MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。
2.根据权利要求1所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号均为多点阵列曲面信号。
3.根据权利要求2所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，步骤(2)中，建立空间坐标系，具体为：
将轨面沿垂直钢轨走向展平作为所述空间坐标系的X轴；
将多点阵列探头沿钢轨的移动距离作为所述空间坐标系的Y轴；
将所述多点阵列曲面信号作为所述空间坐标系的Z轴。
4.根据权利要求3所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述轨面展平方式为采用单位圆与轨面相交点方式建立插值坐标点。
5.根据权利要求1所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，步骤(3)中，根据所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头间的间距以及承载所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头的走行装置的速度设置所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号间的延迟显示时间，具体为：
T＝L/V；
其中，T为延迟显示时间；L为所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头间的间距；V为承载所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头的走行装置的速度。
6.根据权利要求1所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测方法，其特征在于，步骤(4)中，运用线性插值函数对所述ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，具体为：
确定所述ACFM弧形探头的多点阵列探头位置；
根据所述ACFM弧形探头的多点阵列探头检测信号，以所述空间坐标系中的插值坐标点进行线性插值处理；
通过线性插值数据拟合云图。
7.根据权利要求1所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，其特征在于，所述MBN检测信号的峰峰值为铁磁体在磁场作用下达到磁饱和状态时所产生的MBN信号中电压最大值与最小值的差值，表示信号的幅值范围。
8.根据权利要求1所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，其特征在于，所述MBN检测信号的均方根值为信号的强度，表示MBN信号在磁化过程中的统计分析结果，计算式如下：
其中，n为MBN噪声个数，Vi为每个MBN噪声拟合曲线后的峰值。
9.基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，其特征在于，包括：
ACFM弧形探头：用于获取钢轨的ACFM检测信号；
MBN弧形探头：用于获取钢轨的MBN检测信号；
走行装置：用于承载所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头；
上位机：用于将所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号由曲面转换为平面、根据所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头间的间距以及承载所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头的走行装置的速度设置所述ACFM检测信号和所述MBN检测信号间的延迟显示时间以及运用线性插值函数对所述ACFM检测信号拟合成面，形成信号云图，检测钢轨轨面缺陷；根据所述MBN检测信号的峰峰值、均方根值和包络线检测轨面塑性变形层与白层厚度的表面状态。
10.根据权利要求9所述的基于ACFM和MBN信号的钢轨损伤检测装置，其特征在于，所述ACFM弧形探头和所述MBN弧形探头均为多点阵列探头。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211590908.3A CN116223618A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211590908.3A CN116223618A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116223618A true CN116223618A (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=86575676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211590908.3A Pending CN116223618A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116223618A (zh) |
-
2022
- 2022-12-12 CN CN202211590908.3A patent/CN116223618A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1227527C (zh) | 漏磁探伤法和使用漏磁探伤法的热轧钢板制造方法 | |
| JP3343860B2 (ja) | 渦電流探傷プローブ | |
| CN107255671B (zh) | 钢板缺陷磁旋阵成像检测方法及检测装置 | |
| CN101706474A (zh) | 基于acfm的正交双u型智能可视化检测阵列探头 | |
| CN109781838A (zh) | 一种基于v形线圈激励的涡流-超声检测探头 | |
| CN111060587B (zh) | 漏磁检测探头姿态补偿方法及装置 | |
| CN111766292A (zh) | 一种基于零提离滚动磁化的钢轨漏磁检测装置 | |
| CN108982652B (zh) | 一种多频激励场阵列电磁无损检测金属表面裂纹的方法 | |
| CN103777152A (zh) | 一种交变磁场三维分布测量装置 | |
| CN113671018B (zh) | 一种用于抑制钢轨漏磁检测提离干扰的滤波方法 | |
| CN109374748A (zh) | 声发射源时反定位成像方法 | |
| CN103305682B (zh) | 一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法 | |
| CN205280658U (zh) | 一种涡流探头 | |
| CN111735774A (zh) | 基于激光超声表面波时距曲线的裂纹缺陷尺寸定量方法 | |
| CN116223618A (zh) | 基于acfm和mbn信号的钢轨损伤检测方法及装置 | |
| CN112083059A (zh) | 一种滤除钢轨顶面提离干扰的方法 | |
| CN111766295A (zh) | 一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头及其检测方法 | |
| CN116124880A (zh) | 一种动生涡流传感器及金属构件在线缺陷检测方法 | |
| CN210572108U (zh) | 一种基于漏磁探伤的手推式钢轨无损检测装置 | |
| CN210834762U (zh) | 一种无损检测传感器用信号接收元件及传感器 | |
| Jiang et al. | Automatic detection of microcracks on the surface of special steel wire based on remanence effect | |
| CN113264082A (zh) | 一种高速轨道缺陷检测装置及其检测方法 | |
| Liang et al. | A composite testing method of homologous magnetic flux leakage and motion-induced eddy current for inner and outer defects | |
| CN102551711B (zh) | 用超导量子干涉器测量磁场并定位磁场电流源的方法 | |
| JPH0612358B2 (ja) | 表面欠陥の非破壊計測法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |