《高速鐵路鐵軌缺陷電磁超聲導波檢測方法研究》是依託清華大學，由王珅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速鐵路鐵軌缺陷電磁超聲導波檢測方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王珅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵路運輸是交通運輸的重要形式，其安全事關重大。鐵軌缺陷是鐵路事故的主要原因之一，因而應及時檢出鐵軌缺陷以保障鐵軌安全。目前高速鐵路發展迅速，我國已建成通車速度為350 km/h 的高速鐵路，而以傳統超聲檢測為代表的已有鐵軌檢測技術的檢測速度範圍一般在40 km/h~100 km/h 之間，因而對於快速高效的新的檢測方法的需求迫切。.本項目擬研究用於鐵軌缺陷檢測的電磁超聲導波檢測方法，超聲導波的長距離傳播的特點將有效提高檢測速度。主要研究內容包括：研究用於激發鐵磁性鐵軌中超聲導波的電磁超聲換能器機理；研究鐵軌中超聲導波傳播特性；研究鐵軌中超聲導波與缺陷的作用機制，並建立鐵軌缺陷的定位和量化方法；研製高信噪比和可靠性的電磁超聲導波鐵軌檢測實驗裝置，驗證理論研究結果。項目研究成果對於基於超聲導波的高速鐵路鐵軌檢測具有重要的理論和實踐指導意義，套用前景廣闊。
結題摘要
本項目基本完成了預期研究目標。本項目的工作中，首先完成了鐵軌軌頭中超聲導波傳播和與缺陷作用的數值仿真研究，給出了橫向槽形缺陷和圓形缺陷的尺寸與導波反射係數之間的定量關係，這些標準形狀的橫向缺陷用於仿真本項目所主要關注的可能引起鐵軌斷裂嚴重事故的實際橫向裂紋缺陷。反射係數與缺陷尺寸的定量關係為缺陷尺寸量化逆問題的求解建立了必要的基礎。除鐵軌導波外，還建立了管道周向、軸向和平板導波的三維仿真模型並獲得了定量化的結果。導波的優勢是可以長距離傳播，檢測效率高，但與此同時導波具有多模態和頻散特性，因而其信號非常複雜，為此研究基於解析小波尺度圖和重排尺度圖以及同步壓縮小波變換的時頻分析方法。通過參數化分析，明確了解析Gabor小波的σ和ω0參數的乘積決定了解析小波尺度圖和重排尺度圖的總體頻率和時間解析度，針對仿真的寬頻導波信號，對參數乘積值σω0進行了遍歷優選。研究發現，基於解析小波的同步壓縮小波變換能夠得到與重排尺度圖相似的時頻分析性能，且具有可分割、重建的獨特優勢，因而可用於多模態寬頻導波信號的特定模式的分析和提取，以及寬頻電磁超聲檢測系統的理論研究。設計了用於鐵軌檢測的折線線圈換能器，以及產生全向SH導波的電磁超聲換能器新結構，可用於建立電磁超聲換能器網路。基於所研製的全向換能器，研究了射線追蹤式導波層析成像檢測方法。在這些理論研究成果的指導下，結合現代電力電子技術，研製了大功率、高效能的用於鐵軌電磁超聲導波檢測的設備，所研製設備能夠以較大的電壓等級激勵通常能量轉換效率較低的電磁超聲發射換能器，提高整體的檢測性能，適合套用於現場檢測的複雜環境。用於鐵磁材料鐵軌檢測的換能器機理較為複雜，其全過程仿真模型的建立還未完成，將作為今後研究工作的主要方向之一。
