《高鐵鋼軌表面缺陷的光聲無損檢測方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫明健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高鐵鋼軌表面缺陷的光聲無損檢測方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫明健
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
該項目提出了高鐵鋼軌表面缺陷的光聲無損檢測方法，包括雷射檢測鋼軌表面缺陷產生聲表面波的建模、基於陣列探測器的光聲成像實時無損檢測系統的建立和鋼軌表面缺陷光聲信號的特徵提取及分類三方面的內容。通過光聲無損檢測技術測量雷射激發鋼軌表面的光聲信號，並對信號進行預處理，利用希爾伯特-黃變換對信號和重建圖像進行基本幅頻特徵分析；然後，結合光聲信號的頻率、幅值以及不同的測量點組成多維張量，利用非負張量分解進行二次特徵提取，得到缺陷特徵係數和表征材料差異的特徵信息；同時，結合雷射檢測鋼軌表面缺陷產生聲表面波的模型，獲得在無缺陷以及典型缺陷情況下光聲信號的特徵係數，利用相關向量機對特徵進行分類並建立缺陷識別規則；最後，通過建立的缺陷識別規則，實現對實測信號的缺陷實時檢測。該項研究作為一種全新的軌道表面缺陷檢測方法，能準確、實時地識別鋼軌中的隱含傷損信息，保證高鐵安全有效的運行。
結題摘要
本項目以利用光聲信號檢測到高鐵鋼軌表面缺陷信息為目標，包括如何獲取和處理鋼軌表面光聲信號、如何對缺陷進行特徵提取、分類和識別等，研究要點包括：鋼軌表面典型缺陷的光聲信號建模與數值求解、光聲無損檢測系統的搭建、鋼軌典型缺陷光聲信號的特徵提取與分類算法的設計。針對鋼軌表面典型缺陷的光聲信號建模與數值求解，提出了利用有限元仿真得到初始聲壓，再利用K-Wave仿真聲場傳播的方法，得到了幾種典型缺陷光聲信號的數值解。建立了鋼軌內部夾渣缺陷的模型，並通過仿真研究了利用光聲彈性特徵檢測鋼軌內部缺陷的方法。搭建了鋼軌缺陷光聲無損檢測系統，並針對光聲信號中噪聲的非平穩和非線性特點，設計了一種基於EMD-Energy的光聲信號去噪算法，系統的檢測精度達到0.1mm，檢測深度達到5mm。針對鋼軌典型缺陷光聲信號，分別設計了基於希爾伯特黃變換和支持向量機(HHT+SVM)的方法以及基於非負張量分解和極限學習機(NTF+ELM)的方法進行特徵提取、分類和識別，分類準確率都超過了98%。此外，本項目在還進行了鋼軌缺陷多模態信號無損檢測方法的研究，設計了多模態無損檢測方法和系統，可實現對鋼軌缺陷的快速、全面的檢測。
