一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法

摘要

本发明公开了一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法，具体为，基于一发一收机制在两条钢轨上排布超声导波的接收节点和发射节点，端节点的接收节点配备通讯模块，完成检测节点布置方案的制定，基于检测节点布置方案构建超声导波检测与超声导波通信的同步机制，将拟传输的数据信息加载至检测的超声导波信号中进行传送，即实现超声导波检测与超声导波通信的融合。本发明能够有效降低现有检测系统的通信成本，在检测的同时实现检测信息的传送，从而提高超声导波断轨检测系统的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法。

背景技术

铁路在我国承担着人员交通运输和货物运输的重要任务，是人们出行选择的重要交通工具之一。目前，高速铁路已作为我国自主创新的标志性成果领跑世界，其中无缝线路是消除了轨缝的长钢轨与其下部复杂结构共同适应热胀冷缩、保持强度与稳定性的线路。与此同时，铁路运输的运载能力和运输速度得到了大幅提升，这对铁路系统的组成模块的安全性形成了更大的考验。轨道作为列车运行的基础，是直接承受机车车辆各种荷载的部分。铁路运营线上若出现断轨情况，将严重威胁列车的行车安全，甚至造成列车脱轨及倾覆等重大安全事故。因此，为了保障列车的行车安全，对钢轨的结构健康进行监测评估具有重要的意义。

近年来超声导波技术因具有单点激励、长距离检测、全截面覆盖、高效率和低成本等优势已在无损检测领域得到了广泛应用。基于超声导波的无损检测技术仅利用单次安装后可长期使用的压电超声换能器配合定期检测数据的采集系统即可实现钢轨结构健康实时在线监测。为了实时在线监测钢轨结构健康状况，研究人员开发了基于超声导波的断轨实时检测系统，但是现有检测系统的数据传输主要依赖于3G或4G无线通信模块。此外，由于隧道内无GPRS信号，需要采用无线数传模块通过接力方式实现数据传输。因此，这将导致系统规模化应用时高昂的通信成本，严重制约系统的规模化应用。当然，时下兴起的物联网通信NB-IOT和5G通信技术可以满足监测系统数据传输的需求，但同样受限于应用成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法，在降低通信成本的同时实现钢轨状态的有效检测。

本发明采用的技术方案是，一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法，具体为，基于一发一收机制在两条钢轨上排布超声导波的接收节点和发射节点，端节点的接收节点配备通讯模块，完成检测节点布置方案的制定，基于检测节点布置方案构建超声导波检测与超声导波通信的同步机制，将拟传输的数据信息加载至用于检测的超声导波信号中进行传送，即实现超声导波检测与超声导波通信的融合。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1、基于一发一收机制制定钢轨检测节点布置方案，检测节点包括发射节点和接收节点，位于端节点的接收节点配备通讯模块；

步骤2、每个发射节点设置不同的延迟时间，使发射节点按照延迟时间发射超声导波信号，检测系统在检测的同时实现检测信息的同步传送，每条钢轨的发射节点有次序的交替工作，超声导波检测与超声导波通信的同步机制构建完成；

步骤3、将钢轨检测信息加载至检测的超声导波信号中，以钢轨作为传输信道，将钢轨检测信息通过接力的方式传送至端节点，最终由端节点处的通讯模块将钢轨检测信息传送至远程服务器。

当钢轨穿过隧道，则钢轨上位于端节点的接收节点设置在隧道外，保证与接收节点连接的通讯设备正常工作。

钢轨检测节点布置方案具体为，两条钢轨的发射节点和接收节点以等间隔交替排列，其中一条钢轨按照接收节点-发射节点-接收节点-发射节点…的次序排布，另外一条钢轨按照发射节点-接收节点-发射节点-接收节点…次序排布。

相邻两检测节点间隔为1km。

通讯模块为GPRS通讯模块，位于端节点的接收节点与GPRS通讯模块连接。

本发明的有益效果是：

本发明一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法，能够有效降低现有检测系统的通信成本，在检测的同时实现检测信息的传送，从而提高超声导波断轨检测系统的可靠性，有效地保障列车的运行安全。

附图说明

图1是本发明一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法的检测节点布置方案；

图2是本发明一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法的5个检测节点配置下超声导波检测与通信融合传输示意图。

图3是本发明一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法的超声导波检测同步流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例提供一种长距离钢轨压电超声导波检测与超声导波通信融合方法，基于一发一收机制在两条钢轨上排布超声导波的接收节点和发射节点，端节点的接收节点配备通讯模块，如图1所示，完成检测节点布置方案的制定，基于检测节点布置方案构建超声导波检测与超声导波通信的同步机制，将拟传输的数据信息加载至用于检测的超声导波信号中进行传送，即实现超声导波检测与超声导波通信的融合。

具体按照以下步骤实施：

步骤1、基于一发一收机制制定钢轨检测节点布置方案，检测节点包括发射节点和接收节点，位于端节点的接收节点配备通讯模块；

超声导波发射节点，用于发射超声导波信号，超声导波发射节点包括连接在一起的超声导波发射控制电路a和通信接口电路a，超声导波发射控制电路a连接夹心式压电超声换能器a，压电超声换能器a固定于待检测钢轨，通信接口电路a连接RS232通信模块a，RS232通信模块a用于同一位置的发射节点和接收节点之间的数据通信；

超声导波接收节点，用于接收超声导波信号，超声导波接收节点包括连接在一起的超声导波信号处理电路b和通信接口电路b，超声导波信号处理电路b连接夹心式压电超声换能器b，压电超声换能器b固定于待检测钢轨，通信接口电路b连接RS232通信模块b，RS232通信模块b用于同一位置的发射节点和接收节点之间的数据通信；

钢轨检测节点布置方案具体为，两条钢轨的发射节点和接收节点以1km等间隔交替排列，如图2所示，每条钢轨设置有5个检测节点，位于端节点的接收节点设置在隧道外，其中一条钢轨按照接收节点R1(端节点)-发射节点E2-接收节点R3-发射节点E4-接收节点R5(端节点)的次序排布，另外一条钢轨按照发射节点E1(端节点)-接收节点R2-发射节点E3-接收节点R4-发射节点E5(端节点)的次序排布，位于隧道外的接收节点R1和R5为端节点，其配备GPRS通讯模块(接收节点R1和R5分别连接有GPRS通讯模块)，接收节点R2、R3和R4以及发射节点E2、E3和E4均位于隧道内；

步骤2、每个发射节点设置不同的延迟时间，使发射节点按照延迟时间发射超声导波信号，检测系统在检测的同时实现检测信息的同步传送，每条钢轨的发射节点有次序的交替工作，超声导波检测与超声导波通信的同步机制构建完成；

步骤2.1、对于发射节点E1设置延迟Td＝0s，并开始发射超声导波信号；

步骤2.2、对于发射节点E2设置延迟Td＝1s，并开始发射超声导波信号；

步骤2.3、对于发射节点E1和E3分别设置延迟Td＝0s和Td＝2s，发射节点E1和E3开始发射超声导波信号；

步骤2.4、对于发射节点E2和E4分别设置延迟Td＝1s和Td＝3s，发射节点E2和E4开始发射超声导波信号；

步骤2.5、对于发射节点E1、E3和E5分别设置延迟Td＝0s，Td＝2s和Td＝4s，发射节点E1、E3和E5开始发射超声导波信号；

步骤2.6、对于发射节点E2和E4分别设置延迟Td＝1s和Td＝3s，发射节点E2和E4开始发射超声导波信号；

步骤2.7、对于发射节点E1、E3和E5分别设置延迟Td＝0s，Td＝2s和Td＝4s，发射节点E1、E3和E5开始发射超声导波信号；

步骤2.8、如图3所示，图中R

步骤3、将钢轨检测信息加载至检测的超声导波信号中，以钢轨作为传输信道，将钢轨检测信息通过接力的方式传送至端节点，最终由端节点处的GPRS通讯模块将钢轨检测信息传送至远程服务器。