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申请/专利权人：中国铁路设计集团有限公司

摘要：本发明属于工程无损检测技术领域，公开了铁路轨道板结构内部病害车载无损检测系统及方法，包括非接触声发射阵列检测系统布置，电磁冲击锤激发信号，声发射多通道主机进行数据采集，小车移动、信号再次激发、数据再采集，数据合成，数据成像，缺陷差异分析，成果输出。本发明从轨道板上方进行阵列检测，能够无损地检测轨道板内病害情况，识别轨道板内病害位置、深度及砂浆脱空情况；传感器阵列以非接触方式与轨道板保持恒距，便于移动检测，传感器阵列具有扩展性，可根据检测精度要求增加减少传感器数量，同时以轨道电动车为载体、多通道主机接收数据，采集效率高。

主权项：1.一种铁路轨道板结构内部病害车载非接触阵列无损检测方法，其特征在于，所述铁路轨道板结构内部病害车载非接触阵列无损检测方法包括以下步骤：步骤一、非接触声发射阵列检测系统布置；将电动轨道小车1搬运至铁路轨道之上，然后将供电电瓶3、声发射多通道主机2放置在电动轨道小车1之上，并固定；利用供电电缆6将供电电瓶3与声发射多通道主机2连接，然后利用激发源控制电缆7、信号传输电缆8将电磁冲击锤4、声发射传感器阵列5分别与声发射多通道主机2进行连接；步骤二、电磁冲击锤4激发信号，声发射多通道主机2进行数据采集；由声发射多通道主机2控制电磁冲击锤4向下方的无砟轨道板15进行一次锤击，电动轨道小车1每次行进的过程种，电磁冲击锤4将进行一次锤击，激发的弹性波信号沿无砟轨道板15向前传播；声发射多通道主机2开始接收声发射传感器阵列5采集的信号；步骤三、小车移动、信号再次激发、数据再采集；在完成数据采集后，电动轨道小车1持续向前移动，在上一次锤击后，声发射多通道主机2实时接收测距编码器16测距信息，当移动距离每次达到设定距离时，声发射多通道主机2控制电磁冲击锤4再次向下方的无砟轨道板15进行锤击，声发射多通道主机2再次接收声发射传感器阵列5采集的信号，每完成一次数据采集，数据文件继续保存于声发射多通道主机2项目目录；步骤四、数据合成；对经过步骤二、步骤四中采集的数据文件进行合成，构建弹性波合成数据，数据中包含：激发点位置、接收点位置，采样间隔、采样点数、信号幅值；步骤五、数据成像；对合成后的数据进行成像，数据成像包含四部分内容：建立弹性纵波速度模型、重构弹性纵波信号序列、信号序列互相关叠加成像和信号序列振幅聚焦成像；步骤六、缺陷差异分析；在数据成像完成后，首先将时间成像剖面纵向时间与信号序列振幅聚焦成像中计算的ν做相乘，换算为深度；然后，将时间叠加成像剖面与振幅聚焦成像剖面进行叠加，形成最终成像剖面，横向为位置，纵向为深度；最后，依据步骤五中的成像结果，与无缺陷模型的成像剖面进行做差ε-ε0，形成差异剖面，ε为信号振幅；步骤七、成果输出；依据步骤六种分析结果，绘制沿线路方向的铁路无砟轨道板15检测断面，包含结构内部病害的位置、规模及定量评价结果；在步骤五中，建立弹性纵波速度模型包括：根据结构尺寸和强度建立弹性纵波层状速度模型，铁路的结构从上至下依次为无砟轨道板15、砂浆垫层、下伏混凝土基础；根据轨道结构建立二维空间模型，设定弹性纵波速度，完成了二维纵波速度模型的建立；在步骤五中，重构弹性纵波信号序列包括：基于无砟轨道板15层状结构弹性纵波速度模型和观测位置，计算源点激发、接收点不同时刻的弹性波信号序列，为与观测数据进行相关成像做准备，由于计算依据反射原理，所以该序列主要反映层界面；重构弹性纵波信号序列步骤实施方式是加载步骤四采集的数据，获取激发点、接收点位置，基于无砟轨道板15结构弹性纵波速度模型，通过求解弹性波位移方程和速度应力方程其中，u为位移场，v为介质中声波的传播速度，p为应力，vx和vz分别为质点在横纵两个方向上的弹性纵波速度，本模型采用各向同性，所以vx＝vz；在步骤五中，信号序列互相关叠加成像包括：在弹性纵波信号序列重构完成之后，开展信号序列互相关叠加成像，用于识别层界面的变化；信号序列互相关叠加成像实施方式为对同时刻的重构纵波信号序列与步骤四采集的数据序列进行互相关计算，表达式：Sx,tRx,t，Sx,t和Rx,t分别代表空间位置x、外推时刻为t的重构信号与实测信号，在对同时刻的重构信号与实测信号互相关运算之后，然后将所有时刻的值叠加成像，T为总时间长度，如果深部层界面不明显，可采用归一化计算公式进行叠加成像：或最终形成时间序列相关成像剖面，横向为位置，纵向为时间；在步骤五中，信号序列振幅聚焦成像包括：在对信号序列随时间变化相关叠加之后，开展随位置变化的信号序列振幅聚焦成像，振幅聚焦成像主要是通过多通道阵列识别内部缺陷点，用于识别目标体内部缺陷点；首先进行走时的计算：其中，tm为无砟轨道板15内目标点与观测点间的走时，rm为传感器与无砟轨道板15内目标点的距离，h为无砟轨道板15内目标点与观测点间的水平距离，dm为无砟轨道板15内目标点与观测点间的垂直距离，ν为超声波在无砟轨道板15中传播的平均速度，ν的计算：假设激发时刻为t0，时间单位μs，然后从八个声波检波曲线自动读取首波到达时间，相邻两道之间的时间做差Δt，进一步通过公式νi＝LΔt，L为两声波传感器间距，计算获取两道间的速度νi，最后通过公式计算测区间的平均弹性波波速；走时计算完毕后，通过式对弹性波信号进行振幅叠加聚焦成像，当目标体内部存在缺陷时，相应位置、时刻纵波序列会形成强反射，通过多次叠加，可以增强缺陷部位的信号强度；其中，Rdm,tm为第m次实测纵波信号序列，Rxi,yi为接收点xi,yi的振幅聚焦成像序列，N为采集信号总数，N＝轨道车移动距离20厘米，最终形成振幅聚焦成像剖面，横向为位置，纵向为深度；最后，将时间成像剖面纵向时间与振幅聚焦成像中计算的ν做相乘，换算为深度，并将时间叠加成像剖面与振幅聚焦成像剖面进行叠加，形成最终成像剖面，横向为位置，纵向为深度；实现所述铁路轨道板结构内部病害车载非接触阵列无损检测方法的铁路轨道板结构内部病害车载非接触阵列无损检测系统，包括：设置在铁路轨道上的电动轨道小车1，以及设置在电动轨道小车1上方的声发射多通道主机2、供电电瓶3；电动轨道小车1下方悬挂有电磁冲击锤4、声发射传感器阵列5、吸音板13和测距编码器16；在所述电动轨道小车1上方设置的声发射多通道主机2与供电电瓶3之间通过供电电缆6连接；所述电动轨道小车1下方悬挂的电磁冲击锤4通过激发源橡胶条12固定在电动轨道小车1下方，电磁冲击锤4与声发射多通道主机2通过激发源控制电缆7连接；所述电动轨道小车1下方悬挂的声发射传感器阵列5与声发射多通道主机2通过信号传输电缆8连接。

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