CN104364629A - 基于超声频谱学分析的轨道部件检查 - Google Patents

Abstract

用于依据跨越一组振动带的共振反馈分布曲线而评估轨道部件的状态的解决办法。振动能够在目标部件正常运行过程中被引致至目标部件内。轨道部件的共振反馈分布曲线能够根据磨损或损坏不同而变化，并且因此能够被用于确定轨道部件是否能够被安全地继续使用。实施例包括长度选定为容许一次有单个轨道车轮在其上的被隔离的轨道段，所述轨道段带有当车轮经过时能够将特定振动引致至车轮内的装置组、以及能够从车轮获取共振信号的另一个装置组。

Description

基于超声频谱学分析的轨道部件检查

先前技术参考

当前申请要求2012年5月23日提交的题目为“Ultrasonicanalysis-based inspeciton system and method for rail components”(基于超声分析的检查系统以及用于轨道部件的方法)的共同申请美国临时申请No.61/688,842的优先权，并且所述美国临时申请结合本文加以参考。

技术领域

本发明通常涉及车辆部件的非破坏性检查，并且特别地涉及用于评估铁路车轮和/或轨道运输系统的其他部件的状态的新型创新性解决办法。

背景技术

几个世纪以来评估物体对各种声学输入频率的共振已经已知作为用于确定金属或者其他高刚性物体或部件的状态的方法。实际上，这个原理的一些用法可以追溯到工业革命时期。关于轨道，早期的英国铁路工程师敲击火车车轮并且使用声音确定是否存在裂缝。当然，铃铛工匠完全依赖共振以使得其产品发挥作用。在一个方法中，使用简易的物理撞锤(类似于处于自动控制下的圆头锤)并且比较产生于轮轴的两个侧面上的车轮的声学频谱而确定一个车轮是否是坏的，其依据以下假设：(A)两个好的车轮的频谱应当非常类似，以及(B)对于在一个轮轴上的两个车轮来说具有如此类似的缺陷以致于产生几乎完全相同的频谱是几乎不可能的。强调的是，第二个假设可能不完全有效。例如，踏面擦伤(slid-flats)由制动器的锁定以及之后车轮和轨道之间的摩擦导致，从而导致在车轮上的一个位置处的平直磨损(flat wear)。在这种情况下，可以预想到的是在相同轮轴上的车轮的平直区域为相当接近完全相同的。在另一个方案中，设计并测试使用类似的基于锤的方法的预先声波标记检查系统，但是仅识别出已知有缺陷车轮的45％，且错误报警率接近三分之一。

已知使用声音确定在这种物体中存在缺陷的其他方法。例如，发明人之前提出将声学信号电磁地引致至车轮内(电磁声学变换)并且追踪返回信号的特征和记时。但是，这个方法以及相关的超声检查方法特定地侧重于定位并识别非常特定的缺陷。

共振频率依赖于物体的材料特性。一般说来，这个关系可以如下所述：

$f_r~\sqrt{\frac{k}{m^{\′}}}$

其中f_r为物体的共振频率，k为物体的“刚度”的测量值(杨氏模量)，m为可能考虑到物体的尺寸和密度的物质的通用符号。由于复杂的物体由可以具有多种分界线并且其中甚至具有不同的成分和应力的材料构成，所以其实际上由许多不同的子物体组成，并且如小提琴主体和弦的组合物以特定的方式共振那样，子物体自身连同这些子物体的各种组合物可以具有共振。因此，在任何给定的物体中可能存在数千种共振。理论上，由于异质固体的所有部件具有其自身的共振，并且这些部件的相互作用将引入共振，并且共振与这些部件的尺寸、形状、和成分直接相关地迁移，因此可以根据其共振完整地描述整个物体-晶体结构、杂质、形状、尺寸、材料成分。

虽然该共振的最终应用场合可能由于物理的和数学的约束而永远受制于理论，但是重要点在于：在部件上的任何显著的磨损将改变其尺寸(并且因此m和共振频率)并且在部件中的缺陷(诸如裂缝)将改变部件在那个位置中的刚度，从而导致k和因此还有相关的共振频率中的一个或多个的总体改变。相反地，对于制造为满足公差的处于良好状态中的物体来说，则预期所有共振为相当彼此接近的。这意味着用于任何“良好的”部件的“共振频谱”(对振动物体的所有释放频率的扫描，所述扫描示出全部显著的共振波峰)应当为非常类似的，并且任何有缺陷的部件将明显地偏离该频谱，无论缺陷可能的准确特征是什么。这与之前描述的比较在轮轴的相对侧上的车轮的方法显著不同，原因在于已知用于“良好”部件的特定频谱，并且不依赖于对良好性的假设。此外，之前描述的比较轮轴的相对侧上的车轮的方法并非侧重于作为频谱的特定特性的共振，而是侧重于频谱总体的通用对应性。

找到用于这个基本方法的多种专利和商业应用，所述这个基本方法被称为共振超声频谱学(RUS)。一系列相关的方法教示了使用本方法以确定何时被制造的部件落入某组规格之外。这些教示了原理的附加部分和延伸部分，诸如使用方法以确定给定部件的球形度、用于共振频谱的温度补偿、推算特定部件的共振频率以容许在诊断测试中限制扫描的频带宽度，并且使用在“湿的”和“干的”频谱之间的迁移以确定在部件中存在或缺失裂缝或裂缝类缺陷。总之，这些方法已经产生了用于测试制造出的部件以及用于确定材料特性的若干商业应用，诸如由Magnaflux’Quasar systems和Mechtronic’s Vibrant NDT提供的商业应用。

以上所有方法均应用于安放于测试位置中以及与所有其他部件隔离的已知形状(根据体积规格等有一些变化)的部件。至今为止，这些方法中没有一个已经在实地作业点中使用，一般说来原因在于大部分已安装的部件具有与其他部件的连接部/附接部，所述连接部/附接部能够抑制、减振、或不可预知地改变所预期的共振。其他一般相关的方法面临一些额外的困难：其具有频带宽度受限的程序、未隔离轨道段、不能够使用当前的信号处理技术等。RUS的当前用途用于被隔离的并且相对小的部件，所述被隔离的并且相对小的部件一般经历制造后检查或者被检验寻找可疑缺陷，或者用于材料特征化。在两种情况下，样本或部件被放置在非常特别的保持器中并且被隔离。大的部件已经长期呈现出适当地引发共振所需能量数量的问题。

发明内容

本文描述的发明意在克服用于探测在用于铁路应用场合的机车车辆部件中的各种损伤或缺陷的当前技术的方法中的一个或多个限制。更特别地，本发明的实施例容许确定轨道部件(诸如车轮)是否在未来存在失效风险。基本概念涉及使用车轮对于各种声学输入频率的共振。本发明的方面能够包括以下创新点中的一个或多个：

在复杂机器(例如安装于有轨车辆或火车头上或在其上滚动的车轮)中的现场(运行中)部件上使用RUS以及相关的方法，以及在大的部件上使用RUS。

使用多个“声脉冲发送器”或可调整的压电/电磁声脉冲发送器以覆盖多个频率。

使用抛物面而非标准的传声筒以允许以更远距离获取更长的样本以及更好的信噪比。

使用基于声音的参数模型，所述基于声音的参数模型使用代表具体的车轮或车轮类型并且能够因车轮磨损、尺寸等而修改的恒定的特征组。

结合上述参数模型方法使用对受控车轮队(例如在运输作业中的)的趋势分析，以在其整个使用寿命过程中直接地追踪特定车轮的状态。趋势分析能够允许预测对于特定车轮的共振中的所预期的改变，并且与例如仅依据单个的理想化的车轮或处于给定的磨损状态的“平均的”车轮组的参数模型相比，能够明显容易地多的做出与该预期的任何偏离。

使用已建立的数据库(例如UMLER)以在货运作业点中辨别车轮类型、制造商等，从而容许参数模型被实时地调整以适配正在被测量的每一个车轮。

使用被隔离的轨道段以消除来自轨道上的其他车轮内的振动的干扰。

使用被隔离的轨道段作为用于引致共振信号的真实输入变换器。

本文还描述其他创新点。

在实施例中，本发明包括用于在目标物体(在一个实施例中，铁路车轮)中引致共振的某种装置或多个装置、用于记录某组频率中引致出的共振的相同或其他装置、以及分析和比较这些共振的一些手段。

实施例引致在行进中的铁路车轮中的共振，以用于将由车轮返回的共振信号与用于该类型的铁路车轮的已知代表性信号或者与来自相同车轮的先前共振信号作比较，以确定缺陷是否存在或已经发展到车轮使用起来不安全。这提供了对铁路运行来说是最有用的“分检(go-nogo)”决策系统。

本发明的第一方面包括一种装置，所述装置用于将共振引致至铁路车轮内或潜在地引致至其他目标内，并且随后接收来自目标物体的共振信号，即使当所述物体正在行进并且为诸如有轨车辆的更大系统的运行组件时。

本发明的第二方面包括一种系统，所述系统用于引致、获取、以及分析来自目标物体的共振信号并且确定在“场地”作业点中的物体的总体状态。

本发明的第三方面包括一种方法，所述方法用于通过使用本文描述的装置和系统确定铁路车轮和类似目标物体的总体状态。

本发明的说明性方面被设计用于解决本文描述的问题中的一个或多个和/或未讨论的一个或多个其他问题。

附图说明

从以下本发明的各种方面的详细的描述连同附图一起将更容易地理解本发明的这些和其他特征，其中：

图1a-1c示出根据实施例的说明性装置和系统的视图。图1a示出装置的侧视图，图1b示出装置的前视图，而图1c示出作为系统的部件的装置的示意图。

图2示出根据实施例的用于传递和收集共振数据的说明性程序的流程图。

图3示出根据实施例的用于系统的说明性程序的流程图。

图4a-4d示出根据实施例的共振标记如何可以从其理想值改变的若干示例。

图5a-5d示出根据实施例的长期磨损对共振信号的效果的概念图。

图6示出设计实际的车轮参数随时间的趋势组。

图7为说明用于创造样本共振分布曲线的一个可能的建模程序的流程图。

图8为说明根据实施例的用于获取并且趋势分析共振数据的一个可能程序的流程图。

图9为说明根据实施例的用于使用模板分布曲线的多个变化以诊断目标物体的可能程序的流程图。

图10为本发明的实施例的示意图，其中轨道自身包括系统的询问(interrogation)部分。

图11a和11b示出说明激发铁路车轮的贯通轨道方法的实施例的示意图。

具体实施方式

图1a-1c描绘根据带有两个变化的实施例的说明性装置和系统的视图。如在图1a中所见，铁路车轮10正沿着轨道组12行进，并且在被隔离的轨道段14上方行进。被隔离段14通过连接装置16连接至其他轨道12，所述连接装置16在不强力地联接段14和轨道12的情况下防止轨道段14相对于轨道12移动。说明性连接装置16包括连结板(有时指代为“鱼尾板”)，所述连结板能够由强化玻璃环氧树脂层板(例如G-10)或具有高强度和内阻尼的类似复合材料制成。连接装置16将轨道段14与由在当前车轮10前方或后方的其他车轮10导致的振动隔离。此外，虽然轨道12由标准轨枕18支承，但是轨道段14能够被安装于振动吸收或隔离结构20上，例如嵌入在标准填充物22中。说明性隔离结构20能够包括隔离基底、弹性体(例如如在Pandrol’s“Vanguard”system中)等。当车轮10沿被隔离段14行进时，其接触用于引致和接收共振的两个不同装置中的任一个。传感器头部24被设计和安装成使得传感器头部24在车轮通过过程中与车轮10维持接触，从而容许定位于传感器头部24上的变换器26引致和接收来自车轮10的振动。此外，变换器28可以被直接地安装至被隔离的轨道段14自身的轨道头部内。这些变换器26、28可以为将处于某种已知频率的振动引致至车轮10内的压电装置、电磁装置、物理撞击装置、或任何其他装置。变换器26、28自身也可以作为接收来自车轮10的声学振动的接收器，或者可以存在分开的接收器装置。虽然说明性实施例使用压电变换器以引致和接收信号，但是其他实施例能够使用其他装置。

在实施例中，轨道段14可以包括与轨道12不同的材料。基于若干原因中的一种或多种可以选择不同的材料，包括但不限于：改进的噪声阻尼能力(为了最小化环境噪声输入)、改进的允许保养/替换其他部件的能力、易于修改和修复、或者(如本文所述的)以便于以某种方式作为系统的更主动部件。

系统能够包括以距被隔离的轨道段14一定距离处安装至轨道12的车轮探测器30。这些探测器30能够服务于一个或多个目的，例如包括：在一段时间过去之后当新列车进入系统时“唤醒”系统；当车轮10经过时通过记录车轮的速度并且给出到达时间的较好估计，使得系统准备好采集每一个车轮10的读数等。存在结合探测功能和测速功能的单独的车轮探测器。图1a示出两个探测器30，在被隔离的轨道段14的每一侧上各有一个。在系统的实施例中，两个或更多个探测器30能够定位于被隔离的轨道段14的每一侧上并且以小于列车车轮的周长的一定距离分开，因此允许通过介于探测经过的车轮10的第一探测器30和第二探测器30之间的间隔测量车轮10的前进速度。

系统被示出包括在每一侧上的探测器30，原因在于在许多情况下轨道12、14可以在两个方向上被使用。与待安放车轮探测器30的被隔离轨道段14的准确距离将能够根据系统的精确设计和设定而变化。可以理解的是，相同的探测器30可以不如用于估计车轮到达时间估计那样被用于列车探测/唤醒功能。在实施例中，接近的火车探测器能够被定位为相距被隔离的轨道段14非常远，以便于提供充分的提前通知以使得系统做好准备，并且因此允许介于列车之间的系统的电子部件的更高停机水平。

在图1b中示出的系统的前视图说明侧面安装的传感器头部24的一个可能的实施例。在这种情况下，每一个端部均被扩张/弯曲，以便于导致传感器头部24在柔性或弹簧支架32上被推动远离轨道段14，同时仍然被牢固地向内保持以与车轮10维持良好的接触。可以理解的是，准确的所被允许/必要的移动量能够为可变的，并且在图1b中示出的距离不应当被认为是指定的。用于侧面安装的传感器头部24的精确的设计也不应当被认为是这种传感器头部能够被设计的仅有方法。

在任何情况下，图1c示出传感器头部24和/或嵌入的变换器头部28在车轮10上的运行所产生的数据或信号经由有线的数据链路34和/或无线的数据链路36发送至计算机系统40。计算机系统40的一个或多个部件(例如计算装置)能够被定位于例如本地数据处理堆栈中，在所述本地数据处理堆栈中的是带有适合的处理软件和硬件的计算装置组，以用于执行至少一部分本文描述的数据获取和/或数据分析功能。处理的数据和/或结果可以被本地存储或者可以被发送至远程位置42，计算机系统40的一个或多个额外的部件被定位于所述远程位置42处。在实施例中，能够通过定位于远程位置42处的与计算机系统40不一样的计算机系统执行一些或所有数据处理，并且/或者通过其获取额外的数据。

额外地，图1c示出用于初始车轮探测和系统唤醒功能的如本文所讨论的更远的车轮探测器30，并且还示出车厢身份传感器44，所述车厢身份传感器44可以使用来自应用RFID标签(经常使用于货物列车作业点中)的射频频率识别(RFID)信号、更主动的射频感知、来自可能存在于运输作业点(transit setting)中的路径选择/进度安排中央控制系统的数据或一些其他方法，以查明经过的车厢的身份。车厢身份传感器44的结合能够提供将特定的车轮10匹配至特定的车厢和轮轴的能力，这能够用于多种目的，特别地用于预测性保养，如本文所述。

如关于共振的讨论所暗示的，潜在地存在着在能够引致至铁路车轮10的整个可用振动频谱中的数千种共振(例如从1-10赫兹(Hz)上至数百兆赫兹(MHz))。搜寻跨越全部频谱的所有这种共振是一种需要高度密集计算的任务，需要大量时间扫描所有频率，产生大量用于分析的数据，并且能够需要一般更昂贵并且更复杂的设备以扫描如此大的频带。在实施例中，系统侧重于窄的频带组，在所述窄的频带组中将存在所发现的共振，所述所发现的共振将仅传送绝对必要的信息以便于确定车轮10是否在结构上完好到其可以继续被无危险地使用的程度。

同时，系统的实施例能够提供多个共振波峰以用于比较。在这种情况下，正常的处理和磨损变化能够产生若干共振波峰的改变。如果被隔离地使用，由于制造和磨损变化导致的在这些波峰中的变化可以大到足以掩盖由相对较小但潜在较大的缺陷导致的变化。通过将多个共振视作总体频谱或图案，尽管存在的小的个体变化，但是在所有选定的共振中的变化能够被示出作为车轮状态的有用可靠的指示器。在实施例中，系统利用所关注的多个共振，所述所关注的多个共振跨越大范围的频率。

用于确定所关注的这些特定频带的一个解决办法为采用大量有缺陷的车轮和没有缺陷的车轮，并且使其接受密集的共振分析，从而检验与各种状态相关的所有共振波峰。为了改进准确度，工作人员能够在按尺寸、特定的车轮轮廓、成分、磨损尺寸、以及其他性质/特性划分的各种车轮种类/类别上执行这个分析。然而，这是极为费力费时的工作。

在实施例中，铁路车轮的共振模型被用于确定所关注的通用频带组。与许多其他现代运输装置和部不同的是，铁路车轮与五十年或一百年前制造的相比基本上保持未改变，并且本质上为相当同质化材料的相对简单的物体，这使其易于建模。已经被证实的是，铁路车轮能够被合理地建模为彼此弹性联接的小环组。这提供了用于确定这个申请所关注的特定通用频带(这能够进一步被现实世界测试所限定)、特别地用于确定由常规磨损状态而非危险特性的缺陷所导致的超声频谱的通用迁移或改变的机构。

额外地，铁路车轮足够稳健，使得大量能量能够作为询问(interrogation)的一部分被传递至铁路车轮而不导致显著的伤害。这允许在这种大的部件上使用超声频谱学。先前技术的方法未尝试在非常大的部件上使用这个方法，原因在于难以将足够的激励(excitation)传递至部件以提供能够可靠地获得部件的良好频谱的足够信号。大部分部件既不像铁路车轮一样被粗糙地构造，也不能够被容易地安放于能够管理非常高功率询问脉冲的作业点中。铁路站场提供了说明性作业点，在所述作业点处极端强烈的碰撞事件(例如轨道车厢联接)为日常事情，并且因此增加一些这种事情在这个作业点中不造成后果。

为了引致共振，变换器26、28能够产生处于特定频带的振动。在实施例中，系统包括压电变换器，原因在于已经制造出具有非常宽的潜在振动频谱的这种变换器。然而，可以理解的是，使用压电变换器并非需要或者限制条件。例如，根据所关注的准确频带、测试的状态、以及其他因素不同，可以使用其他方法，包括EMAT、物理碰撞、或其他的。

引致共振的基本程序能够包括：变换器26、28产生一定的振动频率达足够长的周期以引致共振(如果共振存在的话)，并且在适当的间隔之后，切换至待检查的另一个频率。这被称为“扫描”频谱。在实施例中，扫描一次所关注的所有频带耗费接近100毫秒或大约十分之一秒数量级的时间。任何熟悉这种“扫描”领域的人员能够认识到共振延迟的特性、待使用的特定频率“阶梯”间隔、和/或与以这种方式产生这些信号以及采样返回信号有关的其他特性可以如何影响这个时间周期。

系统还包括用于由这些振动产生的声学数据的接收器。在实施例中，接收器为变换器26、28的集成部件。例如，接收器虽然可以为分开的压电部件或者为扩展的压电阵列的一部分，但是将被体现为整个变换器部件的一部分。然而，可以理解的是，其他实施例可以使用传声筒(根据所关注的频率频带不同)，探测振动的电磁装置(EMAT等)、激光振动仪、或感测在所关注的频带中的声音/振动的任何其他方法。

用于共振数据的接收器能够与变换器26、28完全相同，或者接近地共同定位或者在运行原理上类似或完全相同。能够使用所需的扫描持续时间以基于铁路车轮10的目标速度确定用于变换器接触面积的总体尺寸的下边界。在实施例中，系统定位于编组车场(例如驼峰调车场)或其他列车场站中的某点处，其中如果识别出有缺陷的车轮10，那么铁路车辆可以被按规定路线发送至修理厂，例如以替换车轮组。在这些位置中需要低的行进速度。假设速度不高于每小时五英里(mph)，则接触面积应当在长度上近似九英寸(在更具体的实施例中为近似8.8英寸)。可以需要一些额外的长度，以提供待被引入用于噪声降低和其他处理的数据中的某种误差容许量和冗余可能性。能够通过被介于车轮之间的最小距离(否则新的车轮将在第一个离开之前已经进入系统的感测区域)确定变换器的最大可能尺寸(以及因此提供可以使用系统的理论最大速度)。这将根据例如系统被应用于货运应用场合还是运输应用场合而不同，原因在于一般说来运输车辆具有与货运列车不同的车轮间距。对于在运输应用场合中所见的近似2.4米的车轮间距来说，最大速度计算出来为稍微超过50mph。

图2示出根据实施例的用于执行扫描共振的一些频率频带的说明性过程。计算机系统40(图1c)能够存储每一个频带的频率极值的参考表，并且信号变换器26、28(图1a)能够产生所有需要的频率。在动作60处，计算机系统40开始收集新的车轮10的数据。在动作62处，计算机系统40能够将频带设定为第一扫描频带。在动作64处，计算机系统40查阅相对应频带的统计值(例如开始频率、扫描间隔/增量、结束频率、和/或等)并且相应地设定开始频率。在动作66处，计算机系统40能够运行变换器26、28以在设定频率处发送声脉冲给车轮10，并且在动作68处，记录任何引致出的共振。在动作70处，计算机系统40能够增加频率，并且在动作72处执行检查以确定所述增加是否将频率置于频带的极值之外。如果频率仍然在频带内，那么过程返回至动作66，以发出新的频率。不然的话，在动作74处，增加频带，并且在动作76处，检查新的频带名称以确定频带的数量是否已经超出。如果没有的话，那么过程返回至动作64以查阅频带统计值并且设定开始频率。如果频带的数量已经超出的话，那么在动作78处，收集到的共振数据能够被处理，被传送至用于处理的主要计算装置(例如定位于远程场所42(图1c)的)，和/或等，并且在动作80处，终止车轮10的评估和扫描。

然而，这个过程仅为总体系统功能性的一个部分。图3示出根据实施例的系统的总体运行的说明性过程的流程图。最初，系统能够处于休眠状态(例如很可能完全地关闭)，除了正在监视接近中的轨道车辆的子系统之外。在动作100处，探测到轨道车辆(作为列车的一部分)100。在动作102处，唤醒系统。在动作104处，确定车轮到达时间(TOA)，并且在动作106中能够被用于适当地测定获取数据的时间，例如通过使用如之前在图2中具体描述的程序。如果轨道车辆和/或车轮10身份已知(通过例如之前说明的车辆身份传感器子系统44)，这个数据能够与在该循环过程中获取的车轮共振数据相关联(例如附加)。在动作108处，已获取的数据可以被提交至额外的噪声滤波器和/或其他预先处理，以提取所关注的信号特征并抑制可能使得信号模糊或干扰其分析的其他数据特征。这些预先处理/噪声滤波器方法中的一些示例包括高频切除、低频切除、以及带通滤波器、正态化、通过表征背景噪音/振动的平均或更复杂运行的装置进行周围噪声抵消、和/或等。

在任何情况下，在动作110处，计算机系统40能够将预先处理的数据进行分析，以定位并特征化存在于每一个数据频带中的共振波峰。数据中所关注的一些说明性特性能够包括(但不限于)每一个共振的振幅(在“正常”上方的波峰高度)，在某截频上方的波峰的幅宽(宽度)、每一个波峰的中心频率、信号总体的形状(对称的/非对称的等)，和/或等。一旦这些特性已经被计算机系统40确定，那么在动作112处，计算机系统40能够计算出一些关键统计值/紧急信号特征或指标。这些统计值可以包括但不限于在每一个频带中所见的波峰的数量、特定的波峰对的分开隔距、各种波峰的平均分开隔距、波峰的相对位置、和/或等。

在计算所关注的统计值/指标之后，在动作114处，计算机系统40能够将这些指标与建模的预期值、各种样本车轮(例如在不同的状态中的一系列类似的车轮)的统计值作比较，与来自该特定车轮的先前的数据(如果已知的话)作比较，和/或等。在实施例中，系统被安装于作业点中，所述作业点包括将按已知时间表例行地经过给定位置的火车头和乘客车厢的“受控车队(captive fleet)”。在更具体的实施例中，作业点为运输作业点，原因在于这种可预测的车辆移动对于货运作业点来说一般不成立，在所述货运作业点中给定的车厢的所有权和路线在一年的周期中剧烈地改变，以致于最初例如在四月份由CSX所有并且被CSX控制的车厢可能在六月份由Union-Pacific所有并且被Union-Pacific控制，并且到八月份为止在第三方的手中，并且在那之后直至数月甚至数年后才返回至CSX手中。成为定期回访系统位置的“受控车队”的一部分，这允许系统收集每一个车轮10的超声频谱分布曲线的定期改变记录，并且从这些记录能够更加准确地预测由于磨损而导致的分布曲线的预期改变和指示潜在失效的任何趋势。

在任何情况下，无论使用何种比较方法，在动作116处，计算机系统40判定车轮10是否处于被容许的偏离值内。如果偏离值在被允许的参数之外，那么在动作118中计算机系统40能够将车轮10标记为坏的，并且数据能够被与标记相关联。在动作120处，计算机系统40能够例如通过有线的或无线的装置根据采用的铁路或设施的需求通知保养。在实施例中，计算机系统40能够激活自动路径系统，所述自动路径系统能够将轨道车辆直接地转轨至修理线路，而在其他实施例中，计算机系统40能够通知操作个体或组织需要保养。在动作120之后或者在动作116中确定车轮10处于可容许边界内之后，在动作122处，计算机系统检查以证实这是否为待处理的最后一个车轮10(例如列车中的最后一个车轮)。如果不是的话，那么过程返回至动作104以开始获取并测试下一个车轮10。如果其是最后一个车轮10，那么在动作124中，系统能够停机直至另一个轨道车辆组到达为止。

共振频谱的分析可以在可从频谱确定的一些参数上执行。这些参数能够包括但不限于：在给定的频带内所见的共振波峰的数量、波峰的高度或振幅、给定的共振波峰定中心所围绕的特定频率、介于共振波峰组之间的距离、和/或等。图4a-4d说明这些可能的改变中的一些。

图4a示出选定的三个共振波峰组，特别地为共振波峰140、共振波峰142、和共振波峰144。强调的是，这些为概念性示意图并且并非意在代表可能存在或可能不存在于处于任何具体的频率组中的任何具体的物体中的任何具体的任何共振组。每一个共振波峰140、142、144具有中心共振频率R_X，其中X表示指定单独波峰的某个数字或符号。对于共振波峰140来说X＝1、对于共振波峰142来说X＝2、对于共振波峰144来说X＝3。类似地，每一个共振波峰140、142、144具有高度或振幅A_RX，并且对于每一对共振波峰来说存在波峰间分开隔距S_Rx-Ry，其中X和Y表示在分开隔距中涉及的特定的波峰，所述分开隔距在中心共振频率R_X和R_Y之间进行测量。例如，共振波峰142具有中心共振频率R2、振幅A_R2，并且共振波峰142与共振波峰144的分开隔距为S_R2-R3。这些在图4a中说明。

在任何情况下，这些特性中的任一或全部可以变化。图4b-4d说明这些参数的变异。图4b说明振幅A_RX和波峰间分开隔距S_Rx-Ry保持恒定、但是共振波峰RX的位置迁移的共振迁移。取代原始的波峰140、142和144的是，频谱示出迁移过的波峰146、148、和150，其中心频率并非为R1、R2和R3，而分别为现在的R1’、R2’和R3’。

图4c说明共振波峰的位置已经相对于彼此改变并导致波峰间距离改变的状态。取代原始的波峰140、142和144的是，存在迁移过的波峰152、154、和156。强调的是，虽然波峰152与波峰140基本上完全相同并且带有基本上完全相同的中心共振频率R1，但是波峰154和156逐渐地更加远离其各自的对应部分142和144。由此，波峰间分开隔距存在清晰的差异。更明显地，能够将波峰140和144之间的S_R1-R3与S’_R1-R3作比较。

图4d示出共振波峰的振幅已经改变的状态。取代原始的波峰140、142和144的是，存在衰减的或减小的波峰158、160、和162，从而取代(例如)波峰140的振幅A_R1的是，当前我们见到为相对应的波峰158的振幅A’_R1。

这些特性中的任一可以被用于表明目标物体中的改变，并且被认为是显著的差异程度可以根据每一个物体分开地确定，或者从理论数据或实验数据中更一般地确定。这些示例为简单和说明性的，并且不应当被认为是用于确定给定的频谱与理论部件或理想部件的样本频谱或在较早测量过程中得到的完全相同的部件的先前频谱的“拟合度”的方法和/或参数的详尽和专有说明。在实施例中，这些方法中的任一或全部可以被分开地或组合地使用(例如，可以寻找振幅的改变组合中心频率的迁移)，或者以与已说明的不同的方法使用或者组合有尚未说明的其他参数地使用。例如，能够比较跨越多个波峰的改变的图案。共振波峰142的振幅迁移以及140或144的振幅没有相对应的迁移可能被赋予与振幅总体降低相比不同的重要性。例如，前者可能代表结构的具体部分的裂缝或变弱，而后者可能仅为由于车轮10上的过多的灰尘/剥落/等导致的退化信号。没有用于分析目标部件的共振频谱的方法或方法的组合被明确地或隐喻地被排斥在本文描述的实施例之外。

在任何情况下，可以依据在选定的声学/超声频谱频带中所见的特征(特定的参数条件和关系)使用这些特性、这些特性的组合等构造良好的车轮或其他部件的参数模型。类似的方法在美国专利No.8,326,582中描述，所述美国专利No.8,326,582的内容结合本文加以参考。在该专利中，通过比较例如在特定频带中的特定类型的信号特性的存在、强度、和/或缺失的各种特征而探测出和识别出铁路车轮轴承的特定的损伤或缺陷。这些特征的确定/识别可能涉及一些不同类型的基本信号特征的分析，所述基本信号特征包括(但不限于)：特定的波峰的振幅、波峰间分开隔距、每一个选定的频带的最小值和最大值、一些数据点的总平均值、全部采样的方差、RMS、峰度等。

通过已经确定的这些和其他特征/特性，计算机系统40能够从所述特征/特性确定目标部件是好的还是坏的。理论建模和/或实验数据可以被用于向选定特征中的每一个分配“好的”或“坏的”阈值，并且计算机系统40能够在整个特征组上执行分析以确定哪些特征在指示部件状态中为最重要的和最可靠的。在实施例中，计算机系统40能够使用多个独立的参数，所述多个独立的参数已经被示出(在与参考专利相关的工作和其他工作中)以生成高度可靠的分类系统，所述高度可靠的分类系统准确地区分可接受的和不可接受的部件。在实施例中，计算机系统40确认或否认车轮仍然可使用相当长一段时间。在这种情况下，特定的缺陷无关紧要，重要的是是否车轮10必须被替换。

如本文所述，系统能够被使用于铁路系统中，诸如运输铁路系统，在所述运输铁路系统中存在车辆的“受控车队”-即停留在系统中并且以相当地规律的间隔按规定路线在已知地点之间例行地往返的车辆组。这允许系统以一般已知的时间表检查相同车辆的部件，并且通过这样做累积由于正常使用而产生的目标部件的共振频谱中的改变方面的数据。

图5a-5d示出这个原理的示范性说明。可以理解的是，实际的版本能够更加详细和复杂得多。在图5a中，示出具体的车轮当其第一次穿过系统时的共振频谱的示例段180，且带有三个共振波峰182a、184a、和186a。共振波峰中的每一个具有指示处的振幅和中心共振频率。在图5b和5c中，示出相同的车轮在稍后连续两次穿过系统时的相同的频谱的段。如能够所见的，在图5b和5c的每一个中，频谱180b和180c的振幅连续地减小，并且中心频率向上迁移(至右方)。由此，在已知在获取180a和180b之间以及获取180b和180c之间经过的间隔的情况下，计算机系统40能够确定频谱改变的趋势，并且预测下一个度数应当如何。在这种情况下，主要波峰应当已经在振幅上减小大概相同的量并且类似地沿频谱向上迁移。在图5d中示出这个预测出的图180d，且具有波峰182d、184d、和186d。

这允许计算机系统40由于能够考虑到特定的磨损和使用与安全方面缺陷无关的改变的能力而具有提高的诊断准确性和可靠性。额外地，计算机系统40能够确定单独部件的数据的趋势并且预测：(A)在某个间隔之后所预期的频谱应当如何；以及(B)何时很可能发生某种磨损相关的失效类型，并且因此部件还应当被允许再运行多少使用周期。

因此，计算机系统40能够执行目标部件的预测性健康保养(PHM)。可以理解的是，本文描述的示例仅为说明性的，并且仅仅意在说明方法背后的原理。在应用中，根据对目标部件的物理磨损效果不同，这种趋势很可能更加复杂。例如，图6示出根据实施例的关于实际的货运列车车轮的磨损趋势的三幅图。第一幅图200示出边缘厚度随时间的磨损趋势，第二幅图202示出凸缘高度随时间的改变，并且第三幅图204示出凸缘厚度随时间的磨损效果。各种共振上这些不同尺寸改变的相互作用能够为极其复杂的，从而导致非常非线性的图，所述图需要可观的处理以准确地建模和规划。然而，相同的基本原理应用，并且能够为“受控车队”作业点的安全性和经济性保养提供巨大的优势。

本地的计算装置或定位于远程位置42处的计算装置能够执行本文描述的处理。额外地，计算机系统40的实施例能够通过采用来自其他系统(诸如在美国专利No.5,636,026、6,768,551、8,140,250、或美国专利申请出版物No.2009/0055041中描述的车轮轮廓系统)的数据在测量和规划方面进行改进。

这些外部数据能够使得计算机系统40改进其穿过系统的部件(例如车轮)的模型并且因此更加准确的、敏感的、和可靠的。例如，系统的实施例能够定位于货运线上(其中不保证规律地见到给定的车轮)。系统能够继续依据通用的车轮样本模型隔离地分析每一个车轮，但是崭新的车轮能够显著地变化，原因在于存在涉及到的直径不同的车轮以及具有多少不同的特定设计和程序的不同制造商。在这个实施例中，车厢识别传感器44能够将车辆的身份发送至计算机系统40，所述计算机系统40能够存取(例如从网络或者通过有线的或无线的线路)来自远程系统42的数据库，诸如UMLER。UMLER数据库包括大量关于特定的车厢和车厢类型的数据，所述数据包括车轮尺寸和制造商。这将容许计算机系统40从样本模型或编辑的共振分布曲线中选择，所述样本模型或编辑的共振分布曲线为特定用于穿过系统的具体的车轮类型的，并非特定用于将具有许多更大的和更小的车轮的元件的更通用的模型的。

在另一个实施例中，这个方法可以被进一步改进。如本文所述，系统的实施例可以使用来自其他系统的输入数据，包括发明者或其他人的车轮测量值和分布曲线发明。这些测量值直接考虑当车轮穿过系统那一刻车轮的磨损，并且通过使用已磨损车轮的积累记录、源自对这些车轮的研究的模型、和/或等，计算机系统40能够应用这些测量值以创造所预期的共振分布曲线，所述所预期的共振分布曲线能够更准确得多地探测与安全磨损的偏离。还能够利用用于直径的更简单的探测器，所述探测器不如已安装的分布曲线系统准确。若干简单的直径测量方法是可能的，包括在美国专利No.8,006,559中描述的那些。在任何情况下，来自这些系统中任一的数据能够被计算机系统40利用，其中其改进源自诸如UMLER的数据库的车轮的信息以考虑至少磨损的一般水平。

在任何情况下，为了确定在实际车轮中见到的共振代表好的还是坏的车轮，计算机系统40能够使用用于与车轮共振标记作比较的模型或模板。在图7中示出用于创造这种模型的一个程序。在这种情况下，在动作220处，计算机系统40基于一些基本原理(例如，本文讨论的链接环模型)或从一些物理建模的样本车轮(例如，采取模拟中的有限元模型形式的)、或者经由任何其他方法(例如，选择一个新制造的车轮作为类型样本)而构造基础车轮模型。也示出系统的一些其他输入：在动作222处，计算机系统40能够获得与由尺寸的变化导致的共振标记的迁移相对应的数据；在动作224处，计算机系统40能够获得与由车轮成分的变化导致的共振标记的迁移相对应的数据；在动作226处，计算机系统40能够获得与由程序过程中可容忍的变化导致的共振标记的迁移相对应的数据；在动作228处，计算机系统40能够获得与由不可控的其他因素(例如，温度变化)导致的共振标记的迁移相对应的数据。计算机系统40能够通过理论方法(在被允许极值之间改变数学模型/模拟模型的各自的参数)或者通过实践方法(定位覆盖每一个种类中的最大被允许变化的样本车轮)而确定这些迁移。在动作230处，计算机系统40能够将每一个额外的输入222-228与基础车轮共振模型作比较以提取共振的各种参数(振幅、中心频率等)的变化。在动作232处，计算机系统40能够将这些变化结合到基础模型中以创造所预期的共振模型，所述所预期的共振模型包括已建模的车轮类型的所预期的变化的全部跨度。从这个模型，计算机系统40能够产生具有可容许误差/变化指标的共振分布曲线/模板。

强调的是，这个方法可以被扩展(例如，计算机系统40能够结合来自标准预期磨损的共振的变化、或依据不同的制造商的变化等)，并且无需为“单独的”，而是可以作为更大系统的一部分进行结合。能够被计算机系统40评估的另一个因素为共振是否取决于车轮携带的负载而改变。虽然铁路车轮在制造过程中以特殊的方式被预先施加应力，但是公知的是，声学信号受到目标媒介中的变化应力的影响。为此，系统的实施例根据车厢上的负载校正车轮数据，原因在于更大负载将引致显著车轮中大得多的应力。为了容许对每一个经过的车辆量化负载，应变计或测量经过的车轮上的重量的其他方法能够被安装于轨道(在系统前面的轨道12中任一)中或轨道下方，并在被隔离的轨道段14下方，如图1a中所见的，和/或等。

如本文所述，实施例被安装于运输或类似的作业点中，在所述运输或类似的作业点中存在车厢的“受控车队”，所述“受控车队”的车轮将以一些相当地可靠的间隔被系统连续地见到。为了可预测的保养以及更准确的测量，计算机系统40能够被构造用于预测所预期的车轮共振的改变，被称为趋势分析的程序。图8示出完成这个的一个可能的程序。在动作250处，当车轮最初穿过系统时，计算机系统40能够获得第一共振数据。在动作252处，计算机系统40能够将这个数据参数化，并且在动作254处计算机系统能够创造最初的共振分布曲线模板，其中由这个参数化的数据创造所预期的变异。计算机系统40也能够将这个数据录入趋势分析矩阵内，当额外的数据被累积用于每一个给定的车轮时所述趋势分析矩阵能够被扩充，原因在于趋势分析矩阵将容纳来自先前的测量的数据，所述先前的测量的数据能够被用于计算各种共振参数的趋势。

在任何情况下，在车轮下一次穿过系统过程中，在动作256处，计算机系统40能够获取当前的共振数据并且使用在上一个共振分布曲线模板上的当前的趋势分析函数，以将模板调整至用于当前状态的所预期的值。强调的是，计算机系统40能够考虑趋势分析函数中的一些因素，包括例如自从最后一次测量以来的时间，原因在于，在其他因素一样的情况下，更长的自从最后一次测量以来的时间将指示更大的磨损可能性以及更大的成比例共振改变。另一个因素能够为已知的使用分布曲线。例如，如果已知具体的铁轨路线将产生更大的或更小的磨损，那么包括车厢经过那条路线的时间的比例将影响所预期的当前的共振分布曲线。

在动作258处，计算机系统40能够使得当前的共振数据参数化，并且在动作260处计算机系统40能够创造当前的共振分布曲线。在动作262处，计算机系统40能够将当前的分布曲线和所预期的分布曲线发送至诊断系统，所述诊断系统将返回关于车轮是好的或坏的值。在动作264处，计算机系统40能够依据返回的值确定下一个动作。如果关于车轮的返回值为好的，那么在动作226处计算机系统40能够将当前的车轮分布曲线与上一个车轮分布曲线作比较、提取差异、并且将这些差异/改变添加至趋势分析矩阵。在动作268处，计算机系统40能够使用如在趋势分析矩阵中所记录的全部先前的车轮的测量值产生新的趋势分析函数，并且程序能够从动作256继续额外的重复。如果关于车轮的返回值为坏的，那么在动作270处计算机系统40能够接收例如由修理场或由另一个自动化系统做出的关于车轮是否能够被返回送修(例如通过重新修整)的判定。如果判定指示车轮不能够被修复(必须被废弃的)，那么在动作272处计算机系统40能够从活动数据库272中移除车轮以及相关联的数据。虽然数据可以被保留用于其他用途(例如，依据更大量实际车轮研发更大规模和更可靠的模型)，但是不再作为活动车轮加以保存。如果判定指示车轮能够被修复，那么基本的车轮身份/名称仍然有效，但是重新修整将实际上使得车轮变成新的物理实体。因此，在动作274处，计算机系统40能够重置趋势分析矩阵，并且趋势分析过程返回至动作250。本领域的技术人员可以设想带有更详尽的方法和细节的许多其他可能的程序。

这些操作的关键为计算机系统40(或另一个诊断系统)执行将理论或预期共振模板/分布曲线与在数据中见到的实际分布曲线作比较的能力。理论上，共振在其位置、振幅等方面为精确的并且将仅因物体的物理改变而变化。然而，在实际世界中，存在可以以难以控制的方式修改车轮的共振的众多物理改变或状态。例如，车轮可以被覆盖有油脂或灰尘，这可以消减(振幅减小)所有种类的信号；车轮的若干部分可以被冰包裹、变湿、或者温度改变，这可以增加预先不可见的共振或者更可能迁移共振的一些其他参数-以各种方式抑制或扭曲共振。

为了自动化诊断程序，系统能够包括用于补偿这些挑战的装置。图9概念化地图示根据实施例的用于向系统提供这些能力的方法和程序。在动作290处，计算机系统40能够获取最初的共振数据组，并且在动作292处，计算机系统40能够从这个数据构造当前的车轮共振分布曲线。在动作294处，计算机系统40能够存取基本比较模板(诸如由从图8中的趋势函数产生的基本比较模板)以及若干其他公差指标，所述若干其他公差指标中的每一个均能够描述源自具体类型的常见物理差异或状态的共振变化的某项函数。例如，公差指标能够包括：示出灰尘/油脂层水平从零至见到的最大值过程中见到的振幅减小的程度的矩阵、描述当车轮被冷冻或冷却时见到的共振频率的迁移(拉伸和压缩)的矩阵、描述由冰层导致的波形图案的扭曲(翘曲或歪斜)的矩阵，等。这些不同的公差指标中的每一个能够被应用于基本比较模板，以产生代表在这些变化的环境下依旧良好的车轮的模板。

在任何情况下，在动作296处，计算机系统40能够将当前分布曲线与基本模板作比较，并且在动作298处，计算机系统40能够确定共振图案是否落入那个模板的公差内。如果落入，那么在动作300处，计算机系统40能够将车轮命名为好的。如果不落入，那么在动作302处，计算机系统40能够将下一组公差函数和矩阵值(在这种情况下，翘曲值)施加至基本模板并且重复进行比较。再次地如果在动作304处计算机系统40确定已产生可接受的匹配，那么在动作300处计算机系统40将车轮命名为好的。然而，如果匹配依旧不可接受，那么在动作306处计算机系统40能够施加下一个公差函数和矩阵值，并且重复进行比较。在动作308处，计算机系统40能够确定车轮是否在公差内，并且如果是的话，那么在动作300处计算机系统40能够将车轮命名为好的。如果这是最后一组公差函数和矩阵值并且计算机系统40确定不存在匹配，那么在动作310处计算机系统40能够将车轮命名为坏的。替代地，如果存在更多的公差函数和矩阵值，那么计算机系统40还能够如动作312所指示的连续地检查每一个。

可以理解的是，实施例能够从所关注的所有可能的状态而非单独的状态将翘曲、歪斜、伸展等函数创造为集合的功能。类似地，实施例能够创造复杂的函数以描述在单个集合体中的整个变化组。使用什么方法能够取决于各种其他因素，包括特定状态的普遍程度、计算复杂性等。

本说明书并非穷尽的，并且本文描述的发明的实施例被理解为包括对本领域的技术人员来说将显而易见的任何以及全部修改、增加、偏离等。

为此，本文描述的发明不受限于描述的特定的形式，但是能够以许多不同的形式列举。以下为其他实施例的一些示例。

许多共振存在于振动频谱的“声学”区域中(从～20Hz至20kHz)，并且其他存在于高达50-100kHz的更靠近超声区域中。在这些区域中，可以使用某种传声筒获取数据。例如，实施例能够使用抛物线传声筒以收集共振数据。在这个实施例中，如果适合的诊断性共振存在于频谱的宽声学区域内(包括在人类听力之上但是在用于接收的传声技术的合理范围内的区域)，那么可以通过压电装置、电磁装置、或物理装置引致共振，并且产生的共振可以被抛物线传声筒记录为声音(声学)信号。与标准的传声筒相比，抛物线传声筒提供多个优势。例如，抛物线传声筒非常强力地放大在传声筒的焦点处的声音，同时极强地减弱在焦点区域之外的噪声。这允许抛物线传声筒获取与标准的传声筒相比噪声更少的更长的能够使用的声音采样。传声筒也能够被设定为相距轨道向后远得多，从而保护系统的这个部分免受损坏。发明者已经在美国专利No.8,326,582中描述了这种办法的这些和其他优势、以及这种装置的位置和聚焦。这个专利也描述也可以被应用于这种情况的用于分析声学信号的相关方法，并且因此结合本文加以参考。

图10说明轨道自身可以为传感器系统的部件的实施例。在这个实施例中，不存在指示的传感器头部也不存在标准的变换器。反之，在填充物22中的隔离结构20内或在其之上设定有更大功率的振动源/变换器330，所述更大功率的振动源/变换器330通过机械装置、电磁装置、或其他装置导致轨道段14自身以一定方式振动，以便于将共振引致至车轮10内，这继而将这些振动转送至待被源/变换器330探测的轨道14、或者转送至振动信号或(如果在适合的频带中的话)如前所述的声学信号的其他接收器。这个程序在图10中被说明。振动332行进穿过轨道段14，从而引致车轮10中的共振振动334，所述共振振动334继而作为振动信号336被转送至轨道段14内。虽然这个方法可能需要用于特定应用的更大功率，但是其可显著地简化设计的一些部分。例如，实施例不需要变换器自身直接地接触车轮10，所述直接地接触能够为非常磨损的过程。额外地，传感器头部24(图1a)需要在铁轨上修改，这极易受到拖曳设备和其他常见的轨道作业点威胁的伤害。如本文所述，轨道段14无需包括与相邻的轨道12相同的材料。对于这个具体的系统的实施例来说，轨道段14能够包括其他材料，所述其他材料将促进将振动信号引致至轨道段14内并且因此引致至车轮10内，或者所述其他材料将允许轨道段14自身为信号的引致部(例如，无须变换器30，原因在于轨道段14将自身作为变换器)。

在实施例中，能够利用一体化的机械信号引致以引致共振信号。一般说来，除了使用轨道自身作为引致部件的实施例之外，本文的描述已经隐含将宽频带共振信号引致至目标车轮内的压电方法、电磁方法、或有时侧安装“锤子(hammer)”方法。全部这些方法需要某种方法(诸如在图1a-1c中见到的支架32)，以支承信号引致部件并且使其与车轮10接触。这对于这种系统来说是潜在的失效点。额外地，困难的是在若干情况中确保充足的能量转送以完全地激发车轮10。在基于轨道引致的实施例中，重要的挑战为充分地振动整个铁道段以引致所需的共振。

图11a和11b说明了提供用于可靠地引致共振的一体化方法的实施例，同时没有分开和暴露的支承组件的潜在问题、或者不得不在整个轨道段14上以某种方式振动或以其他方式引发脉冲而导致的潜在问题。图11a示出被隔离的轨道段14的侧视图。在这种情况下，轨道段14为带有极大增厚的“腹板”360的特别设计过的轨道部件，以支承围绕两个激励“声脉冲发送器”组件362。这些组件362嵌入填充物22和隔离结构20中并且穿过填充物22和隔离结构20，并且还包括开孔于轨道段14中的孔364。使用冲击唧筒366输送“声脉冲”，所述冲击唧筒366以某种方式被加速以用力撞击经过车轮的胎面。可以通过在孔364的基部处的机械活塞或通过其他装置实现加速。在图11a和11b中说明了包括线圈368的线圈枪机构，所述线圈枪机构使用电磁加速作用在铁冲击唧筒366上。线圈枪或类似机构的优势为执行声脉冲发送器组件362的致动而没有任何可磨损的机械部件(除了冲击唧筒366自身以外)。

此外，在图11a和11b中示出的方法仅通过重力重置自身。无需机构来将单元返回至空闲状态。加速以及因此撞击的大小也可以被磁力加速被精确地控制。这能够解决是否能够通过一些其他机构实现车轮的充分激发、以及可靠可重复的激发的问题。额外地，冲击唧筒366的存在将防止碎片远远坠入孔364内，并且孔可以通过低功率“清洁”致动进行清扫，所述低功率“清洁”致动导致冲击唧筒366从孔364部分地可见。也能够设想气动致动机构，在所述气动致动机构中孔364被附接至将执行加速和/或清洁功能的大功率压缩空气源。冲击唧筒366可以设置有直径大体上大于顶部部分直径的下部分，并且孔364的形状设计为使得冲击唧筒366的顶部将从不突起超过一定距离，从而实际上不可能将冲击唧筒366从孔364的顶部喷射出去。

在图11a中示出两个分开的组件362，原因在于可能的是在给定方向上行进的车轮10将需要在不同的时间进行“声脉冲发送”。可以理解的是一些变换器机构(诸如侧安装的变换器26或在轨道中的变换器28、或本文描述的抛物线传声筒)将被需要用于接收信号，但是在轨道上部件则能够轻得多并且功率更低，原因在于其无需提供信号以及接收共振数据。

图11b示出这个实施例的端视图。在这个附图中，设备362被示出为在轨道内精确地居中对准的。可以的是，在实际生活实施例中，两个设备362中的每一个可以轻微地偏移以适当地与车轮撞击。额外地，在轨道顶部上的孔的部分能够被加工成减少轨道金属的流动，以便于尽可能最长时间地保持孔364干净和未变形的。

在实施例中，能够利用基于环境信号的共振以引致共振信号。在行进越过轨道上方过程中，产生大量噪声，这能计入宽频谱振动输入内。通过适当的噪声处理和特征化，实施例可以包括装备有传声筒、输入变换器、或其他接收振动信号的装置的铁道的短段，其中概念和物体待探测并限定由当前存在于环境中的自然噪声产生的共振。这种实施例必须仔细地特征化作为输入至车轮10存在的噪声，原因在于输入将影响一些所预期的共振特性，最特别地是所引致的共振、以及在某种程度上来说将被预期为最强存在的特定共振的振幅。

在实施例中，能够利用共振以执行轨道质量特征化。在这种情况下，诸如变换器26或28的部件能够被定位于附接至轨道车辆的某种传感器头部24上，所述传感器头部24装备有数据获取硬件和软件，并且在所述传感器头部24中，信号被引致至轨道车辆所行进的轨道内并且被从轨道读取。在这个实施例中，能够使用在传感器头部前方和后方的相关轨道段上的某种形式的隔离减震器。在任何情况下，这个设计能够评估轨道中而非车轮中的共振，从而允许确定所讨论的轨道是否依旧具有可接受的质量。在轨道安全的情况下，铁路公司一般来说对轨道中存在何种精确缺陷的特定问题并不感兴趣。事实上，铁路公司对轨道是否安全使用感兴趣。为此，共振超声频谱学分析以及相关方法的技术是理想的。

为了说明和描述已经呈现本发明的各种实施例的前述描述。并非意在穷尽的或者将本发明限制于公开的精确的形式，并且固有地多得多的修改和变化是可能的。对于对在本文或在实际工作产品中描述的概念公开的领域内的技术人员来说可能显而易见的所有这些修改和变化，意在被包括于本发明公开内容的领域内。

Claims (21)

1.一种基于共振超声分析进行轨道部件检查的方法，所述方法包括：

将频率频谱引致至现场的轨道部件内；

探测由引致出的频率所产生的共振并且记录为共振数据；

确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性；

将所述一组特性与所预期的共振分布曲线作比较；以及

基于所述比较来确定轨道部件的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，轨道部件为铁路车轮。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于铁路车轮的一组特性的建模来选定频率频谱。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括基于对一组样本铁路车轮的测试来选定频率频谱。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线为基于声音的参数模型，所述基于声音的参数模型使用代表具体轨道部件或具体类型轨道部件的不变的特征组。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线基于一组已知的轨道部件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所预期的共振分布曲线基于在轨道部件上执行的一组先前检查。

8.根据权利要求8所述的方法，还包括在使用之前基于根据所述一组先前检查的预测而改进所预期的共振分布曲线。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括基于已建立的与轨道部件有关的车辆数据库来改进所预期的共振分布曲线。

10.一种基于共振超声分析进行轨道部件检查的系统，所述系统包括：

用于将频率频谱的振动引致至现场的轨道部件内的引致装置；

用于探测由引致出的振动在轨道部件中产生的共振振动的探测装置；以及

用于通过执行一种方法评估轨道部件的计算机系统，所述方法包括：

将探测到的共振振动记录为用于轨道部件的共振数据；

确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性；

将所述一组特性与所预期的共振分布曲线作比较；以及

基于所述比较来确定轨道部件的状态。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，轨道部件为铁路车轮。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括铁轨段，所述铁轨段具有被选定为一次仅包括轨道车辆的单个铁路车轮的长度，并且被构造为在铁轨段的两侧上均与铁轨物理地隔离。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的装置包括能够引致多个选定的频率的压电装置。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括能够引致多个选定的频率的电磁装置。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括轨道部件行进所在的轨道。

16.根据权利要求10所述的系统，其中，用于引致振动的引致装置包括移动穿过轨道部件行进所在的轨道中的基本竖直孔的冲击器。

17.根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括与引致共振振动的引致装置相同的设备。

18.根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括以下至少之一：能够引致多个选定的频率的压电设备或电磁设备。

19.根据权利要求10所述的系统，其中，用于探测共振振动的探测装置包括抛物线传声筒。

20.一种基于共振超声分析进行铁路车轮检查的系统，所述系统包括：

用于在铁路车轮在轨道车辆上运行过程中探测在铁路车轮中产生的共振振动的探测装置；以及

用于通过执行一种方法评估铁路车轮的计算机系统，所述方法包括：

将探测到的共振振动记录为用于铁路车轮的共振数据；

确定在共振数据的所关注的频率频带内的共振波峰的一组特性；

将所述一组特性与铁路车轮的所预期的共振分布曲线作比较；以及

基于所述比较来确定铁路车轮的状态。

21.根据权利要求20所述的系统，还包括当铁路车轮在轨道段上方行进时用于将共振振动引致至铁路车轮中的引致装置。