CN108318588A - 一种钢轨探伤验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢轨探伤验证方法，检测系统仿真计算机采用故障特征点设置钢轨伤损图；检测系统仿真计算机设置钢轨探伤车运行速度，根据钢轨探伤车当前运行位置结合探轮结构，得到超声波发射时各晶片的位置；检测系统仿真计算机根据各个晶片的位置及长度，确定晶片的超声波发射区域，依次生成超声波回波参数仿真数据；检测系统仿真计算机将仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机；钢轨探伤分析系统计算机根据仿真数据，结合探轮的结构进行空间变换，生成按空间位置排列的检测伤损图并进行验证。本发明克服了现有钢轨探伤验证方式对钢轨探伤分析系统缺乏验证手段、试验成本高和易受环境制约的技术问题，可随时随地对分析系统工作性能进行验证。

Description

一种钢轨探伤验证方法
技术领域
本发明涉及一种铁路工程机械的电气设备，尤其是涉及一种应用于铁路工程和维护车辆领域，采用超声波检测方式的钢轨探伤验证方法。
背景技术
在铁路工程和维护车辆领域，超声波钢轨探伤车50广泛应用于钢轨的探伤和维护。如附图1所示，一个超声波钢轨探伤系统通常包括：设置在钢轨探伤车上的钢轨探伤检测系统10，钢轨探伤分析系统20，以及设置在钢轨探伤车下部的探轮30。当需要进行钢轨探伤操作时，钢轨探伤车控制探轮30压在钢轨40的上表面，钢轨探伤检测系统10向探轮30发出超声波激励脉冲信号，探轮30的超声波晶片在交变电场作用下，产生与电场同步的机械振动，从而发射超声波信号，这个过程被称为逆压电效应。超声波晶片也可在受到交变压力时，产生交变电场，实现超声波回波的接收，称为正压电效应。超声波探伤应用在钢轨探伤中的原理为：根据超声波的特性，一旦遇到两种不同介质的表面，超声波即会发生反射现象，从而形成一定的超声波回波信号。超声波从钢进入空气时将有100﹪的反射，所以对钢轨缺陷具有良好的检测效果。
探轮30通常采用轮式结构体，轴中心架装有多组不同检测角度的超声波晶片5，探轮30的轮胎外膜内充满耦合液。当钢轨探伤车运行时，探轮30沿钢轨40滚动，超声波晶片5的移动方向与钢轨40平行。在进行钢轨探伤作业时，由探轮30的超声波晶片发出的超声波信号通常会在探轮模块30与钢轨40之间的接触面，钢轨40内的瑕疵面，以及钢轨40的下表面发生反射，探轮30的超声波晶片接收到超声波回波信号，可以通过压电效应进一步将声波信号转换为电信号，并传送给钢轨探伤检测系统10，钢轨探伤检测系统10通过以太网将检测数据传输到钢轨探伤分析系统20，钢轨探伤分析系统20生成钢轨检测伤损图形并进行诊断分析。
现有钢轨探伤检测系统10通常由多达30余个独立超声波通道的超声波晶片组成，以便对钢轨40进行多角度多方位的探伤，并形成钢轨伤损图，为钢轨维修提供了现代化的检测手段。钢轨伤损类别千变万化，分析系统对伤损的诊断方法需不断验证、不断完善，迫切需要一套相应的仿真验证系统。目前，对钢轨探伤系统验证需通过二个方面进行：
一是采用实物(如伤损的钢轨40加钢轨探伤检测系统10)模拟系统在线运行环境的试验台，其缺点是故障钢轨样本有限，检测通道不全，无法实现高速工况下验证，且试验台成本高，检测系统硬件复杂。
二是钢轨探伤检测系统10装车后进行在线验证，这种方式的缺点是极易受到客观环境的制约。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨探伤验证方法，克服现有钢轨探伤验证方式对钢轨探伤分析系统缺乏验证手段、试验成本高和易受环境制约的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨探伤验证方法的技术实现方案，钢轨探伤验证方法，包括以下步骤：
S10)通过检测系统仿真计算机采用故障特征点设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨；
S20)通过所述检测系统仿真计算机设置钢轨探伤车的运行速度，模拟钢轨探伤车运行，根据所述钢轨探伤车运行的当前位置，结合探轮的结构，得到超声波发射时各晶片的位置；
S30)所述检测系统仿真计算机模拟检测系统工作原理，根据各个晶片的位置及长度，确定所述晶片的超声波发射区域，并在钢轨伤损图中匹配符合反射条件的故障特征点，依次生成超声波回波参数仿真数据；
S40)所述检测系统仿真计算机将所述超声波回波参数仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机；
S50)所述钢轨探伤分析系统计算机根据超声波回波参数仿真数据，结合所述探轮的结构进行空间变换，将按时间顺序排列的超声波回波参数仿真数据变换成按空间位置排列的检测伤损图，并将所述检测伤损图与所述检测系统仿真计算机设置的钢轨伤损图进行对比验证。
优选的，在所述步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用布置故障特征点的方式模拟故障的钢轨，以保证每个故障特征点均能被对应角度的晶片检测到。所述超声波回波参数仿真数据包括对应故障特征点的检测通道号、有无超声波回波及超声波回波延时值。每个故障特征点均对应所述步骤S30)中超声波回波参数数据的通道号，该晶片的超声波发射方向与相应故障特征点代表的反射方向相反。
优选的，在所述步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用左37.5度、0度、右37.5度、左70度、右70度、内70度和外70度的故障特征点布置方式模拟故障的钢轨。所述步骤S10)中的钢轨伤损图来自于检测系统现场检测的伤损图或采用布置故障特征点的方式人工设置。
优选的，在所述步骤S20)中，采用定距检测方式模拟超声波检测，两次检测之间的距离不大于1/2晶片的长度，以保证故障特征点不漏检，超声波检测周期大于故障特征点在所述钢轨的轨底时超声波的传播时间。
优选的，在所述步骤S20)中，超声波检测周期的限制条件为：
当所述钢轨探伤车的运行速度最大时，超声波检测的定距最大为0.5W，检测周期T最短为0.5W/V，其中，W为晶片的宽度，V为钢轨探伤车的最大速度，该检测周期T大于故障特征点在钢轨的轨底时超声波的传播时间。
优选的，当所述钢轨探伤车的运行于低速状态时，控制超声波检测的最小定距不低于1mm。
优选的，在所述步骤S30)中，某一检测时刻，检测通道号n对应晶片的检测坐标为：X1+Xn，其中，n为1～32的整数，X1为钢轨探伤车的运行位置坐标，Xn为检测通道号n对应的晶片相对于钢轨探伤车的坐标，n为检测通道号。
优选的，在所述步骤S30)中，某一故障特征点对应的检测通道是否有超声波回波的判断条件为：
其中，X、Y为故障特征点在钢轨中的坐标，α为超声波在钢轨中的入射角，W为晶片的宽度，X1为钢轨探伤车的运行位置，Xn为检测通道号n对应的晶片相对于钢轨探伤车的坐标。
优选的，在所述步骤S30)中，对于所述钢轨中某一故障特征点处对应的晶片从发出超声波至接收超声波的超声波回波延时值T根据以下公式计算：
2s＝2Y/cosa
T1＝2s/v
T＝T1+T2
其中，X、Y为故障特征点在钢轨中的坐标，α为超声波在钢轨中的入射角，s为超声波在钢轨中传播的单程路径长度，v为超声波在钢轨中的传输速度，T1为超声波在钢轨中的传播时间，T2为超声波在探轮中的传输时间。
优选的，在所述步骤S40)中，通过以太网传输至所述钢轨探伤分析系统计算机的超声波仿真数据包括由检测通道号n、有否超声波回波及超声波回波延时值组成的一组多通道检测点数据，及对应于该检测点的超声波发射时钢轨探伤车的运行位置、速度和定距检测类型。
通过实施上述本发明提供的钢轨探伤验证系统的技术方案，具有如下技术效果：
(1)本发明可以在仿真计算机上非常方便地设置各种故障伤损图形，模拟各种钢轨的故障及机车运行环境，模拟钢轨探伤车检测系统的工作性能，对钢轨探伤分析系统软件的性能进行验证；
(2)本发明采用计算机仿真方式对故障样本进行试验，制造故障样本过程简单，检测通道的数量和故障样本设置方便且不受限制，建设成本低廉，能够实现机车运行环境的完全模拟；
(3)本发明采用仿真方式实现系统在线运行环境的模拟，能够实现高速工况下的功能验证，为钢轨探伤检测系统及分析系统的研究与开发提供验证数据，与信号仿真及现场实际检测系统相比，数据无检测硬件导致的误差，重复性好，不受试验环境的制约。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术钢轨探伤车探伤系统的系统结构框图；
图2是本发明方法应用的钢轨探伤验证系统的结构组成框图；
图3是本发明钢轨探伤验证方法一种具体实施例中的故障特征点布置示意图；
图4是本发明钢轨探伤验证方法一种具体实施例中采用超声波压电晶片检测钢轨故障的原理示意图；
图5是本发明钢轨探伤验证方法一种具体实施例的检测过程示意图；
图6是本发明钢轨探伤验证方法一种具体实施例的程序流程图；
图中：1-检测系统仿真计算机，2-钢轨探伤分析系统计算机，3-钢轨探伤验证系统，4-故障特征点，5-晶片，6-螺栓孔，10-钢轨探伤检测系统，20-钢轨探伤车分析系统，30-探轮，40-钢轨，50-钢轨探伤车。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图2至附图5所示，给出了本发明钢轨探伤验证方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图2所示，一种本发明方法所基于的钢轨探伤验证系统的具体实施例，钢轨探伤验证系统3包括：
检测系统仿真计算机1，通过以太网与钢轨探伤车析系统计算机2相连。检测系统仿真计算机1用于设置钢轨伤损图并存贮，模拟故障的钢轨40。在进行仿真试验时，设置机车(钢轨探伤车50)的运行速度，模拟钢轨探伤车50运行。根据钢轨探伤车50的运行速度，确定超声波的发射频率。根据钢轨探伤车50的运行位置及(超声波检测)探轮30的结构，确定各(超声波压电)晶片5的检测空间位置。根据检测位置的钢轨伤损图，模拟钢轨探伤车50运行时钢轨检测系统的检测原理，生成某一时刻对应的各超声波回波参数仿真数据，通过以太网通讯将仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机2。钢轨探伤分析系统计算机2根据以太网通讯传输的仿真数据进行空间转换生成检测伤损图，可与检测系统仿真计算机1设置的钢轨伤损图进行对比验证，并由钢轨探伤分析系统计算机2进行回放显示以判断是否一致。检测系统仿真计算机1是安装有具有超声波直线传播特性图形化仿真软件的计算机，钢轨探伤车析系统计算机2是安装有钢轨探伤车分析软件的计算机。
如附图3所示，为钢轨探伤验证系统3中故障特征点4的布置示意图，每个故障特征点4均能被对应角度的(超声波压电)晶片5检测到，根据这些故障特征点4拟合故障曲线。如附图3中所示分别为左37.5度、0度和右37.5度、左70度、右70度、钢轨内侧70度、钢轨外侧70度共7种故障特征点。
如附图4中所示，为依次采用右37.5度、0度和左37.5度三种故障特征点4表达的钢轨螺栓孔6，这些故障特征点4的垂线表示超声波的反射方向，采用这些故障特征点4在检测系统仿真计算机1上绘制钢轨伤损图形。
采用定距检测方式模拟超声波检测，并分为几档(即几种定距类型)，钢轨探伤车50的运行速度越大，定距越大，两次检测之间的距离不大于1/2晶片5的长度，以保证故障特征点4不漏检。同时，超声波检测周期大于故障特征点4在钢轨40的轨底时超声波的传播时间。因此，当钢轨探伤车50的速度越高时，超声波的发射频率(即超声波检测频率)越高。
超声波检测周期的限制条件为：
当钢轨探伤车50的运行速度最大时，超声波检测的定距最大为0.5W，检测周期T最短为0.5W/V，其中，W为晶片5的宽度，V为钢轨探伤车50的最大速度，该检测周期T大于故障特征点4在钢轨40的轨底时超声波的传播时间。当钢轨探伤车50的运行于低速状态时，可适当减少定距，满足测试精度要求，又不致检测数据过多，控制超声波检测的最小定距不低于1mm。
在某一检测时刻，检测通道号n对应晶片5的检测坐标为：X1+Xn，其中，n为1～32的整数，X1为钢轨探伤车50的运行位置坐标，Xn为检测通道号n对应的晶片5相对于钢轨探伤车50的坐标，n为检测通道号。
如附图4所示，作为钢轨探伤验证系统3一种典型的具体实施例，根据超声波的指向性，在靠近晶片5的检测范围内超声波是直线传播。以钢轨40的表面为基准，有超声波回波信号的条件为：
其中，X、Y为故障特征点4在钢轨40中的坐标，α为超声波在钢轨40中的入射角，W为晶片5的宽度，检测系统仿真计算机1、钢轨探伤分析系统计算机2和探轮30均安装在钢轨探伤车50上，X1为钢轨探伤车50的运行位置，Xn为检测通道号n对应的晶片5相对于钢轨探伤车50的坐标。如果(超声波)晶片5在X轴方向的宽度(W/cosα)有几个单位宽，则该特征故障点4放大为几个单位片段。
对于钢轨40中某一故障特征点4处对应的晶片5从发出超声波至接收超声波的超声波回波延时值T根据以下公式计算：
2s＝2Y/cosa
T1＝2s/v
T＝T1+T2
其中，X、Y为故障特征点4在钢轨40中的坐标，α为超声波在钢轨40中的入射角，s为超声波在钢轨40中传播的单程路径长度，v为超声波在钢轨40中的传输速度，T1为超声波在钢轨40中的传播时间，T2为超声波在探轮30中的传输时间。
如附图5所示，为本发明方法应用的钢轨探伤车仿真试验装置的检测过程示意图，图中分别表示了三个模拟的圆孔缺陷，左探轮右37度、中探轮0度、右探轮左37度超声波的传播路径。超声波声束采用射线表示，当其遇到同角度的故障特征点4后，会按发射方向原路返回。
本发明具体实施例描述的钢轨探伤验证方法采用仿真的方式，通过检测系统仿真计算机1模拟钢轨探伤检测系统10的在线运行环境。钢轨探伤分析系统计算机2根据检测到的超声回波信号通讯数据经空间转换后得到钢轨伤损图。而具体实施例描述的检测系统仿真计算机1的工作过程则是钢轨探伤分析系统计算机2的逆向过程，在检测系统仿真计算机1上设置钢轨伤损图，然后按超声波传输机理，得到钢轨伤损图形相对应的超声波回波参数仿真数据，通过以太网通讯传输至钢轨探伤分析系统计算机2，钢轨探伤分析系统计算机2形成检测伤损图，该检测伤损图可与检测系统仿真计算机1设置的钢轨伤损图进行比对验证。因此，检测系统仿真计算机1可作为钢轨探伤分析系统20(载体为钢轨探伤分析系统计算机2)的开发研究平台，为其研制提供便利的软硬件验证手段，特别是对地面试验无法实现的机车高速工况下的性能验证。本发明具体实施例针对现有技术中存在的缺点，采用通讯仿真的方式模拟钢轨探伤检测系统10在伤损钢轨上在线运行时的检测数据，能够随时随地对钢轨探伤分析系统20的工作性能进行验证。
本发明方法所基于的钢轨探伤验证系统3采用两台计算机及两套软件，仿真钢轨探伤系统的工作原理。钢轨探伤验证系统3包括：检测系统仿真计算机1和钢轨探伤分析系统计算机2，检测系统仿真计算机1模拟钢轨探伤检测系统10，生成仿真数据，通过以太网通讯传输至钢轨探伤分析系统计算机2。检测系统仿真计算机1模拟钢轨探伤检测系统10的工作过程：通过检测系统仿真计算机1设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨40；设置钢轨探伤车50的运行速度，模拟钢轨探伤车50运行；根据钢轨探伤车50的运行速度，确定超声波发射频率；根据钢轨探伤车50的运行位置及(超声波检测)探轮30的结构，确定各(压电)晶片5的检测空间位置；根据检测空间位置的钢轨伤损图，模拟钢轨探伤车50运行时(钢轨)检测系统的检测原理，生成某一时刻对应的各超声波回波参数仿真数据，通过以太网通讯将仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机2。钢轨探伤分析系统计算机2根据以太网通讯传输的仿真数据进行空间转换生成检测伤损图，可与检测系统仿真计算机1设置的钢轨伤损图进行对比验证，验证两图显示是否一致，并为钢轨探伤分析系统20软件的钢轨缺陷故障诊断功能提供验证数据。
实施例2
如附图6所示，一种本发明钢轨探伤验证方法的具体实施例，包括以下步骤：
S10)通过检测系统仿真计算机1采用故障特征点4设置钢轨伤损图并存贮，按单位长度数字化模拟故障的钢轨40；
S20)通过检测系统仿真计算机1设置钢轨探伤车50的运行速度，模拟钢轨探伤车50运行，根据钢轨探伤车50运行的当前位置，结合探轮30的结构，得到超声波发射时各晶片5的位置；
S30)检测系统仿真计算机1模拟(钢轨探伤)检测系统工作原理，根据各个晶片5的位置及长度，确定晶片5的超声波发射区域，并在钢轨伤损图中匹配符合反射条件的故障特征点4，依次生成单位长度的超声波回波参数仿真数据(序列)；
S40)检测系统仿真计算机1通过以太网将超声波回波参数仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机2；
S50)钢轨探伤分析系统计算机2根据超声波回波参数仿真数据，结合探轮30的结构进行空间变换，将按时间顺序排列的超声波回波参数仿真数据变换成按空间位置排列的检测伤损图，并将检测伤损图与检测系统仿真计算机1设置的钢轨伤损图进行对比验证，由钢轨探伤分析系统计算机2进行回放显示以判断是否一致。再由钢轨探伤分析系统计算机2对钢轨40的故障进行进一步的诊断分析，并为钢轨探伤车分析系统20软件中的钢轨缺陷故障诊断功能提供验证数据。
在步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用如附图3所示布置故障特征点4的方式模拟故障的钢轨40，以保证每个故障特征点4均能被对应角度的晶片5检测到，该晶片5的超声波发射方向与相应故障特征点4代表的反射方向相反，每个故障特征点4均对应步骤S30)中超声波回波参数数据的通道号。超声波回波参数仿真数据进一步包括对应故障特征点4的检测通道号、有无超声波回波及超声波回波延时值。钢轨伤损图采用如附图3所示的故障特征点4拟合设置钢轨40的缺陷故障。将故障的钢轨40按单位长度片段顺序号(X坐标)存贮，每个片段序包括故障特征点、故障深度(Y坐标)信息。故障特征点4采用D31～D0共32位(对应的检测通道数留有一定余量)表示相应位，对应位值为1表示有该故障特征点，0表示无故障特征点，每个片段可有多种故障特征点4。在钢轨图形上放置故障特征点4，采用故障特征点4进行拟合画出故障缺陷图并存贮，就完成了对故障钢轨40的模拟。
在步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用左37.5度、0度、右37.5度、左70度、右70度、内70度和外70度的故障特征点4布置方式模拟故障的钢轨40。步骤S10)中的钢轨伤损图来自于检测系统现场检测的伤损图或采用布置故障特征点4的方式人工设置。
在步骤S20)中，超声波检测采用定距检测，分为几档，钢轨探伤车50的运行速度越大，则定距越大，两次检测之间的距离不大于1/2晶片5的长度，以保证故障特征点4不漏检。同时，超声波检测周期大于故障特征点4在钢轨40的轨底时超声波的传播时间。因此，当钢轨探伤车50的速度越高时，超声波的发射频率(即检测频率)越高。
在步骤S20)中，超声波检测周期的限制条件为：
当钢轨探伤车50的运行速度最大时，超声波检测的定距最大为0.5W，检测周期T最短为0.5W/V，其中，W为晶片5的宽度，V为钢轨探伤车50的最大速度，该检测周期T大于故障特征点4在钢轨40的轨底时超声波的传播时间。当钢轨探伤车50的运行于低速状态时，可适当减少定距，既满足了测试精度要求，又不致于造成检测数据过多，因此控制超声波检测的最小定距不低于1mm。
在步骤S30)中，某一检测时刻，检测通道号n对应晶片5的检测坐标为：X1+Xn，其中，n为1～32的整数，X1为钢轨探伤车50的运行位置坐标，Xn为检测通道号n对应的晶片5相对于钢轨探伤车50的坐标，n为检测通道号。
在步骤S30)中，由于故障特征点4对应相应的(超声波)晶片5类型，不同探轮30可能有相同类型的(超声波)晶片5，因此生成对应故障特征点4的检测通道号可能有几个，该通道号对应的(超声波)晶片5能否检测到对应故障特征点4，与晶片5的位置及其宽度有关。根据超声波的指向性，在靠近晶片5的检测范围内超声波是直线传播的。以钢轨40的表面为基准，某一故障特征点4对应的检测通道是否有超声波回波的判断条件为：
其中，X、Y为故障特征点4在钢轨40中的坐标，α为超声波在钢轨40中的入射角，W为晶片5的宽度，X1为钢轨探伤车50的运行位置，Xn为检测通道号n对应的晶片5相对于钢轨探伤车50的坐标。
如果(超声波)晶片5在X轴方向的宽度(W/cosα)有几个单位宽，则该特征故障点4放大为几个单位片段，即一个故障特征点4在检测伤损图中放大成了(压电)晶片5的宽度。
在步骤S30)中，对于钢轨40中某一故障特征点4处对应的晶片5从发出超声波至接收超声波的超声波回波延时值T根据以下公式计算：
2s＝2Y/cosa
T1＝2s/v
T＝T1+T2
其中，X、Y为故障特征点4在钢轨40中的坐标，α为超声波在钢轨40中的入射角，s为超声波在钢轨40中传播的单程路径长度，v为超声波在钢轨40中的传输速度，T1为超声波在钢轨40中的传播时间，T2为超声波在探轮30中的传输时间。
在步骤S40)中，通过以太网传输至钢轨探伤分析系统计算机2的超声波仿真数据包括由检测通道号n、有否超声波回波及超声波回波延时值组成的一组多通道检测点数据，及对应于该检测点的超声波发射时钢轨探伤车50的运行位置、速度和定距检测类型。
通过实施本发明具体实施例描述的钢轨探伤验证系统的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的钢轨探伤验证系统可以在仿真计算机上非常方便地设置各种故障伤损图形，模拟各种钢轨的故障及机车运行环境，模拟钢轨探伤车检测系统的工作性能，对钢轨探伤分析系统软件的性能进行验证；
(2)本发明具体实施例描述的钢轨探伤验证系统采用计算机仿真方式对故障样本进行试验，制造故障样本过程简单，检测通道的数量和故障样本设置方便且不受限制，建设成本低廉，能够实现机车运行环境的完全模拟；
(3)本发明具体实施例描述的钢轨探伤验证系统采用仿真方式实现系统在线运行环境的模拟，能够实现高速工况下的功能验证，为钢轨探伤检测系统及分析系统的研究与开发提供验证数据，与信号仿真及现场实际检测系统相比，数据无检测硬件导致的误差，重复性好，不受试验环境的制约。
专业人员还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法可以直接采用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、各种可编程逻辑器件、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。执行软件模块的处理器可以是中央处理器(CPU)、嵌入式处理器、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、单片机、片上系统(SOC)、可编程逻辑器件，以及本技术领域内所公知的任意其他形式的具有控制、处理功能的器件。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种钢轨探伤验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10)通过检测系统仿真计算机(1)采用故障特征点(4)设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨(40)；
S20)通过所述检测系统仿真计算机(1)设置钢轨探伤车(50)的运行速度，模拟钢轨探伤车(50)运行，根据所述钢轨探伤车(50)运行的当前位置，结合探轮(30)的结构，得到超声波发射时各晶片(5)的位置；
S30)所述检测系统仿真计算机(1)模拟检测系统工作原理，根据各个晶片(5)的位置及长度，确定所述晶片(5)的超声波发射区域，并在钢轨伤损图中匹配符合反射条件的故障特征点(4)，依次生成超声波回波参数仿真数据；
S40)所述检测系统仿真计算机(1)将所述超声波回波参数仿真数据传输至钢轨探伤分析系统计算机(2)；
S50)所述钢轨探伤分析系统计算机(2)根据超声波回波参数仿真数据，结合所述探轮(30)的结构进行空间变换，将按时间顺序排列的超声波回波参数仿真数据变换成按空间位置排列的检测伤损图，并将所述检测伤损图与所述检测系统仿真计算机(1)设置的钢轨伤损图进行对比验证。
2.根据权利要求1所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于：在所述步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用布置故障特征点(4)的方式模拟故障的钢轨(40)，以保证每个故障特征点(4)均能被对应角度的晶片(5)检测到；所述超声波回波参数仿真数据包括对应故障特征点(4)的检测通道号、有无超声波回波及超声波回波延时值；每个故障特征点(4)均对应所述步骤S30)中超声波回波参数数据的通道号，该晶片(5)的超声波发射方向与相应故障特征点(4)代表的反射方向相反。
3.根据权利要求2所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于：在所述步骤S10)中，根据超声波的反射方向采用左37.5度、0度、右37.5度、左70度、右70度、内70度和外70度的故障特征点(4)布置方式模拟故障的钢轨(40)；所述步骤S10)中的钢轨伤损图来自于检测系统现场检测的伤损图或采用布置故障特征点(4)的方式人工设置。
4.根据权利要求2或3所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于：在所述步骤S20)中，采用定距检测方式模拟超声波检测，两次检测之间的距离不大于1/2晶片(5)的长度，以保证故障特征点(4)不漏检，超声波检测周期大于故障特征点(4)在所述钢轨(40)的轨底时超声波的传播时间。
5.根据权利要求4所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于，在所述步骤S20)中，超声波检测周期的限制条件为：
当所述钢轨探伤车(50)的运行速度最大时，超声波检测的定距最大为0.5W，检测周期T最短为0.5W/V，其中，W为晶片(5)的宽度，V为钢轨探伤车(50)的最大速度，该检测周期T大于故障特征点(4)在钢轨(40)的轨底时超声波的传播时间。
6.根据权利要求5所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于：当所述钢轨探伤车(50)的运行于低速状态时，控制超声波检测的最小定距不低于1mm。
7.根据权利要求2、3、5或6任一项所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于，在所述步骤S30)中，某一检测时刻，检测通道号n对应晶片(5)的检测坐标为：X1+Xn，其中，n为1～32的整数，X1为钢轨探伤车(50)的运行位置坐标，Xn为检测通道号n对应的晶片(5)相对于钢轨探伤车(50)的坐标，n为检测通道号。
8.根据权利要求7所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于，在所述步骤S30)中，某一故障特征点(4)对应的检测通道是否有超声波回波的判断条件为：
其中，X、Y为故障特征点(4)在钢轨(40)中的坐标，α为超声波在钢轨(40)中的入射角，W为晶片(5)的宽度，X1为钢轨探伤车(50)的运行位置，Xn为检测通道号n对应的晶片(5)相对于钢轨探伤车(50)的坐标。
9.根据权利要求8所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于，在所述步骤S30)中，对于所述钢轨(40)中某一故障特征点(4)处对应的晶片(5)从发出超声波至接收超声波的超声波回波延时值T根据以下公式计算：
2s＝2Y/cosa
T1＝2s/v
T＝T1+T2
其中，X、Y为故障特征点(4)在钢轨(40)中的坐标，α为超声波在钢轨(40)中的入射角，s为超声波在钢轨(40)中传播的单程路径长度，v为超声波在钢轨(40)中的传输速度，T1为超声波在钢轨(40)中的传播时间，T2为超声波在探轮(30)中的传输时间。
10.根据权利要求1、2、3、5、6、8或9或任一项所述的钢轨探伤验证方法，其特征在于：在所述步骤S40)中，通过以太网传输至所述钢轨探伤分析系统计算机(2)的超声波仿真数据包括由检测通道号n、有否超声波回波及超声波回波延时值组成的一组多通道检测点数据，及对应于该检测点的超声波发射时钢轨探伤车(50)的运行位置、速度和定距检测类型。
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