CN113311072A - 一种钢轨应力检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种钢轨应力检测方法，通过接收探头获取超声波信号，分别提取到横向信号和纵向信号的传递时间；其中，所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射的预设频率超声波；再使用传递时间，计算横向信号和纵向信号的超声波速度差；最后根据超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。所述方法通过对被检测钢轨的横向和纵向进行超声波传递速度检测，消除检测过程中的材质、疲劳的影响，从而检测出钢轨的应力，提高应力检测结果的正确率。

Description

一种钢轨应力检测方法及系统

技术领域

本申请涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种钢轨应力检测方法及系统。

背景技术

普通铁路主要干线和高铁线路均大量采用超长无缝线路的新型轨道结构，无缝长制钢轨所承受的温度应力相对有缝钢轨大得多，当温度应力超过钢轨的承受限度时，就会在扣件阻力小或路基条件差的区域释放能量，当压应力过大时，会发生胀轨、跑道；拉应力过大时，会发生断轨，直接影响轨道交通的运行安全。为了确保铁路安全运营，需要对钢轨温度应力进行检测，以预防胀轨、断轨的故障发生。

得益于超声波方向性好、穿透能力强的特点，可以使用超声波对轨道实施无损检测。根据声弹性原理，传播于弹性体中的超声波声速，依存于传播路径的应力状态发生微小变化。因此，可以通过测量超声波在钢轨中的传播速度，对钢轨中的应力情况进行检测。实际检测过程中，可以在设定长度的钢轨两端分别设置超声波发射装置和接收装置。开始检测时，可以测量接收到超声波信号的时间，并结合设定长度，计算超声波速度。由于波速与应力呈线性关系，因此可以测量出轨道上的应力情况。

但超声波传播速度与钢轨的温度和材质相关，不同材质，不同批次的钢轨，超声波传播速度都有微小差异。不同温度下，相同材质的钢轨，超声波传播速度也有相应的变化。可见，现有的检测方法如果在无缝线路长钢轨中，存在两种以上不同批次，不同材质的钢轨，就会把材质的影响当作应力影响，使检测的结果出现错误。同样，若两次测量存在温度差，也会导致检测的结果出现错误。

发明内容

本申请提供了一种钢轨应力检测方法及系统，以解决传统检测方法检测结果容易出现错误的问题。

一方面，本申请提供一种钢轨应力检测方法，包括：

通过接收探头获取超声波信号；所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述超声波信号包括横向信号和纵向信号；

分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间；

使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差；

根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

可选的，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，包括：

通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号；两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上；

分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差。

可选的，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，包括：

根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

可选的，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，包括：

获取发射探头的信号发射时刻以及接收探头的信号接收时刻；所述信号接收时刻包括横向接收时刻和纵向接收时刻；

分别计算所述横向信号和纵向信号的传递时间；所述横向信号的传递时间为横向接收时刻与信号发射时刻的差值；所述纵向信号的传递时间为纵向接收时刻与信号发射时刻的差值。

可选的，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，包括：

获取所述接收探头和发射探头之间的钢轨长度，以及被检测钢轨段的钢轨宽度；

分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；所述横向信号的传播速度为所述钢轨宽度与横向信号传递时间的商；所述纵向信号的传播速度为所述钢轨长度与纵向信号的传递时间的商；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

可选的，通过接收探头获取超声波信号的步骤，还包括：

通过发射探头向被检测钢轨段的横向发射第一预设频率的超声波；同时，通过发射探头向被检测钢轨段的纵向发射第二预设频率的超声波；

通过至少一个接收探头获取第一预设频率的超声波信号；以及，通过至少一个接收探头获取第二预设频率的超声波信号。

可选的，根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力的步骤后，所述方法还包括：

输出被检测钢轨段对应的纵向应力值；

将所述被检测钢轨段添加标签后存储对应的纵向应力值。

可选的，所述方法还包括：

获取多个被检测钢轨段对应的纵向应力值；

对比多个纵向应力值，得到最大的纵向应力值；

获取最大的纵向应力值对应的被检测钢轨段标签，确定应力集中点。

另一方面，本申请还提供一种钢轨应力检测系统，包括：超声波装置和连接所述超声波装置的数据处理装置；所述超声波装置包括发射探头和接收探头；所述发射探头用于向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述接收探头用于检测所述被检测钢轨段中的超声波信号，以及将检测到的超声波信号发送至所述数据处理装置；

所述数据处理装置被进一步配置为：

通过接收探头获取超声波信号；所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述超声波信号包括横向信号和纵向信号；

分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间；

使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差；

根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

可选的，所述超声波装置中包括一个所述发射探头和两个接收探头；两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上；所述发射探头和接收探头的发射面与被检测钢轨段顶面之间的夹角为25°-30°；所述发射探头的发射面与接收探头的接收面倾斜方向相反；

所述数据处理装置被进一步配置为：

通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号；分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差；

根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差

由以上技术方案可知，本申请提供一种钢轨应力检测方法，通过接收探头获取超声波信号，分别提取到横向信号和纵向信号的传递时间；其中，所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射的预设频率超声波；再使用传递时间，计算横向信号和纵向信号的超声波速度差；最后根据超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。所述方法通过对被检测钢轨的横向和纵向进行超声波传递速度检测，消除检测过程中的材质、疲劳的影响，从而检测出钢轨的应力，提高应力检测结果的正确率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种钢轨应力检测方法的流程示意图；

图2为本申请一种获得超声波速度差的流程示意图；

图3为本申请另一种获得超声波速度差的流程示意图；

图4为本申请通过接收探头获取超声波信号的流程示意图；

图5为本申请确定应力集中点的流程示意图；

图6为本申请一种钢轨应力检测系统的结构示意图；

图7为本申请超声波装置剖面结构示意图；

图8为本申请超声波装置仰视结构示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

在本申请提供的技术方案中，超声波是指振动频率高于20kHz的机械波。利用超声波的“声弹性”原理进行钢轨温度应力检测。由于超声波作为一种方向性好、穿透能力强的特种声波，因此，可被广泛应用于多种无损检测中。其中，所谓“声弹性”，是指传播于弹性体中的超声波声速，依存于传播路径的应力状态会发生微小变化的现象。

在受力前后超声波在钢轨中的传播速度是不同的，对于一段长度为L的钢轨，超声波在其内部的传播时间不同。相关试验研究表明，波速与应力呈线性关系，则钢轨温度应力的超声波检测法可简单表述为：

t-t₀＝Bσ；

式中，t₀为无应力状态下的超声波在长为L的钢轨中的传播时间；t为应力状态下的超声波在长为L的钢轨中的传播时间；B为声弹性常数；σ为纵向温度应力。

因此，在实际检测过程中，只要确定t和t₀，即可计算出纵向温度应力σ。但超声波传播速度不仅与应力状态有关，还与钢轨的温度和材质相关。因此，在实际检测时，会把温度、材质、疲劳程度的影响当作应力影响，检测的结果就会发生错误。为了缓解温度、材质等对于应力检测的影响，本申请提供一种钢轨应力检测方法，来提高钢轨应力检测结果的准确性。

参见图1，为本申请一种钢轨应力检测方法的流程示意图。由图1可知，本申请提供的钢轨应力检测方法可被配置在计算机、智能终端、微处理器等具有数据处理功能的装置中，包括以下步骤：

S1：通过接收探头获取超声波信号。

其中，所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；包括横向信号和纵向信号。发射探头是具有超声波发生功能的发射晶片，如压电陶瓷晶体片。发射探头可以根据实际检测需要设置为不同形状，例如发射探头为一面是发射面的矩形片结构。

接收探头是具有超声波检测功能的超声波接收器，即一种能够将超声波信号能转化为电信号的传感器。接收探头同样可以为陶瓷晶体片。陶瓷晶体片可以在超声波能量作用下，将超声波对应的机械振动转化为电压信号。同样，接收探头也可以根据实际检测需要设置为不同形状，例如与发射探头形状相似的，一面是接收面的矩形片结构。

在进行检测之前，需要事先将钢轨应力检测系统的硬件设备进行安装。所述钢轨应力检测系统是依据本申请钢轨应力检测方法构建的检测设备，包括用于执行检测算法的数据处理装置和实施具体检测流程的超声波装置。超声波装置中，内置上述发射探头和接收探头，以及一系列与传感器运行相关的电气元件，例如，数据采集芯片、放大电路、通信模块等。为了使发射探头发出的超声波能够在被检测钢轨段中传递，通过安装定位，可以使发射探头接触钢轨的表面，如钢轨的顶面。同理，通过安装定位，可以使接收探头也接触钢轨的表面。

需要说明的是，在将超声波装置安装在被检测钢轨段上之后，可以先对超声波装置进行调试，使超声波装置中的发射探头发射的超声波能够直接传递至被检测钢轨段中，并且在被检测钢轨段中进行传播。由于超声波在空气中的传播质量，远不如在液体或固体中的传播质量。因此，在发射探头和接收探头分别接触钢轨表面的缝隙处，可以设有耦合剂，使发射探头和接收探头能够充分接触钢轨表面。

安装并调试完成后，可以启动发射探头，向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率的超声波信号，例如，向钢轨发射15MHz的高频超声波信号，以提高采集精度。实际应用中，所述钢轨的横向是指，垂直于钢轨的延伸方向，即垂直于机车行驶方向，对应于钢轨的宽度方向；纵向是指平行于钢轨的延伸方向，即沿着机车的行驶方向，对应于钢轨的长度方向。

S2：分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间。

根据钢轨铺设的特性，钢轨受到扣件约束的影响，温度应力主要在钢轨纵向产生。当温度发生变化时，钢轨内部产生应力，向四周辐射。而在钢轨纵向有扣件约束，使得纵向方向的应力无法散去，产生相应的压力，是导致钢轨胀轨或断轨的原因。而钢轨的横向方向，没有扣件约束，能够把横向的应力散开，因此，可以认为钢轨横向应力为零。

根据此特征，只要检测出钢轨纵向的应力，找出应力的集中点就可以指导铁路工务人员对铁轨进行放散维护工作，确保行车安全。而要真正检测出钢轨纵向的应力，必须消除温度、材质、疲劳等因素的影响。

因此，可以将影响超声波传播速度的因素分为应力因素和应力之外的因素，从而得到超声波速度公式如下：

v＝(1+k_ld_ε+k_pd_Φ)v₀；

式中，v₀为常温在超声波速度，k_ld_ε为应力影响下的关系系数，k_pd_Ф为非应力影响下的关系系数。

如果在钢轨横向发送超声波，此时超声波在没有应力影响下传播的，超声波仅受到应力之外的影响，即k_ld_ε＝0，此时，超声波传播速度v₁如下：

v₁＝(1+k_pd_Φ)v₀；

而在钢轨纵向发送超声波，此时超声波在应力和应力之外的因素共同作用下传播的，此时，超声波传播速度v₂如下：

v₂＝(1+k_ld_ε+k_pd_Φ)v₀；

S3：使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差。

在提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间，可以根据传递时间得到横向信号和纵向信号的传播速度v₁和v₂。进而计算横向信号和纵向信号的超声波速度差。

如果在同一时刻，同一位置，同时向钢轨横向和纵向发送超声波，求出横向和纵向速度差v_Δ，如下：

v_Δ＝v₂-v₁。

S4：根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

综合上述公式，可知：

v_Δ＝k_ld_εv₀；

此时，横向和纵向速度差就是应力变化引起的。可见，本申请提供的钢轨应力检测方法可以通过特定的超声波应力检测设备，由控制器驱动超声波探头同时向钢轨横向和纵向发送超声波，并检测出横向速度和纵向速度，从而利用速度差去除温度、材质等对于检测结果的影响，检测出钢轨应力。

为了能够确定超声波在被检测钢轨段中的传递速度，确定横向和纵向超声波的速度差。在本申请的部分实施例中，如图2所示，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，还包括以下步骤：

S211：通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号。

本实施例中，为了能够更好的发射和接收超声波信号，可以在超声波装置中内置有一个发射探头和两个接收探头。其中，两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上。例如，发射探头的矩形晶片长度为20mm；两个接收探头的矩形晶片长度为10mm，两个接收探头的矩形晶片与发射探头的距离之差为6。

对于横向信号，可以使发射探头产生的超声波发射方向沿着横向方向，横向信号经发射探头至耦合剂，再进入到被检测钢轨段中进行传递。从而，分别被一前一后两个接收探头分别接收到。

S212：分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差。

在获取超声波信号后，可以针对两个接收探头的获取时间，即获取到横向信号或纵向信号的时间。由于两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上，因此对于靠近发射探头的一个接收探头，其必然先获取到超声波信号。在提取到获取信号的时间后，可以针对提取的两个时间做差。

例如，针对同一个发射探头发出的超声波信号，分别提取到两个接收探头获取信号的时间为t_e和t_l，则对应获取到的声时差t_Δ＝t_l-t_e。

进一步地，针对上述获取的声时差，可以反算出超声波速度，并获得超声波速度差。即，如图2所示，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，还包括以下步骤：

S311：根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度。

在获取声时差后，可以结合两个接收探头与所述发射探头之间的距离差，换算出超声波的速度。例如，两个接收探头与发射探头之间的距离差为L，计算获得的声时差为t_Δ，即超声波从较近的接收探头传递至较远的接收探头所用的时间。因此，超声波的速度如下：

v’＝L/t_Δ；

利用上式，可以分别对横向和纵向信号对应的数据进行计算，可以得到横向信号传播速度v₁和纵向信号传播速度v₂。

S312：通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

在计算得到横向信号传播速度v₁和纵向信号传播速度v₂后，可对计算的传播速度再进行做差运算，获得超声波速度差，即v_Δ＝v₂-v₁。

可见，在本实施例中，可以采用一个发射探头两个接收探头的“一发两收”差分采集模式，对钢轨中超声波信号的速度进行检测。这种方法无需在钢轨上具有极高的安装精度即可完成对超声波速度的测量。并且，由于在发射探头和接收探头与钢轨表面之间需要添加耦合剂，而耦合剂一般为流体或半流体状，很难保证在发射探头和接收探头上使用的耦合剂的量相等，即难以精确确定超声波的实际传播路径。因此，可以通过声速差运算的方式，将耦合剂的影响进行消除，使的两个接收探头检测的数据能够直接反应超声波的速度，提高检测结果的准确性。

在本申请的部分实施例中，如图3所示，还可以通过另一种方式计算横向信号和纵向信号的传播速度差。即，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，还包括以下步骤：

S221：获取发射探头的信号发射时刻以及接收探头的信号接收时刻。

本实施例中，可以通过一个发射探头和一个接收探头完成对横向信号或纵向信号的检测。可以沿钢轨纵向的方向，即被检测钢轨段的一端和另一端，布置一个发射探头和一个接收探头，以检测纵向信号；同时在沿钢轨横向的方向，即被检测钢轨段的一端和另一端，布置一个发射探头和一个接收探头。

开始检测后，发射探头分别向被检测钢轨段的横向和纵向发射超声波信号，经钢轨传递后，可以分别被另一端(或另一侧)的接收探头检测到。从而提取检测到超声波信号的接收时刻。可见，所述信号接收时刻包括横向接收时刻和纵向接收时刻。

S222：分别计算所述横向信号和纵向信号的传递时间。

其中，所述横向信号的传递时间为横向接收时刻与信号发射时刻的差值；所述纵向信号的传递时间为纵向接收时刻与信号发射时刻的差值。

以纵向信号的检测为例，如果发射探头的发射时刻为t_s，接收探头检测到纵向信号的接收时刻为t_r，则纵向信号的传递时间T₂＝t_r-t_s。

进一步地，如图3所示，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，包括：

S321：获取所述接收探头和发射探头之间的钢轨长度，以及被检测钢轨段的钢轨宽度。

为了计算出超声波的传递速度，对于纵向信号，可以获取接收探头和发射探头之间的钢轨长度L，钢轨长度可以根据实际检测段长度进行选择；对于横向信号，可以获取被检测钢轨段的钢轨宽度W。

S322：分别计算横向信号和纵向信号的传播速度。

其中，所述横向信号的传播速度为所述钢轨宽度与横向信号传递时间的商，即v₁＝W/T₁；所述纵向信号的传播速度为所述钢轨长度与纵向信号的传递时间的商，即v₂＝L/T₂。

S323：通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

同理，在计算得到横向信号传播速度v₁和纵向信号传播速度v₂后，可对计算的传播速度再进行做差运算，获得超声波速度差，即v_Δ＝v₂-v₁。

可见，在本实施例中，可以通过一个发射探头和一个接收探头完成对横向信号或纵向信号的检测。检测过程中的信号处理过程非常简单，并且由于可以设置相对较远的超声波信号传递过程，因此可以降低部分传感器的检测精度需求，减少检测成本。

在本申请的部分实施例中，如图4所示，通过接收探头获取超声波信号的步骤，还包括：

S101：通过发射探头向被检测钢轨段的横向发射第一预设频率的超声波；同时，通过发射探头向被检测钢轨段的纵向发射第二预设频率的超声波；

S102：通过至少一个接收探头获取第一预设频率的超声波信号；以及，通过至少一个接收探头获取第二预设频率的超声波信号。

由于发射的信号在钢轨中的传播速度是非常快的，因此对接收探头的反应速度要求较高。并且由于发射的超声波信号在钢轨中的传播方式难以确认，容易因钢轨内部结构(如致密度、均匀性等)产生影响。

因此，本实施例中，可以通过发射探头分别向横向和纵向发射两种频率不同的超声波信号，以便对横向信号和纵向信号进行区分。再通过至少一个接收探头获取第一预设频率的超声波信号；通过至少一个接收探头获取第二预设频率的超声波信号，以实现对横向和纵向超声波信号的检测，从而消除信号间的干扰，提高检测精度。

在本申请的部分实施例中，如图5所示，根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力的步骤后，所述方法还包括：

S501：输出被检测钢轨段对应的纵向应力值；

S502：将所述被检测钢轨段添加标签后存储对应的纵向应力值。

实际应用中，可以根据实际铁路布设方式，将需要测量的铁路进行分段，然后对每个分段进行上述检测过程。当任一被检测钢轨段的纵向应力值确定后，还可以对得到的应力值进行存储，以进行后续分析。例如，可以将被检测钢轨段的应力值，以数据表的形式进行存储。为了区分不同被检测钢轨段，可以对输出的纵向应力值添加标签。例如，标签值可以为被检测路段的路标值。并将标签值一并存储在数据表中。

进一步地，如图5所示，所述方法还包括：

S503：获取多个被检测钢轨段对应的纵向应力值；

S504：对比多个纵向应力值，得到最大的纵向应力值；

S505：获取最大的纵向应力值对应的被检测钢轨段标签，确定应力集中点。

实际应用中，在完成每个被检测钢轨段的纵向应力进行计算后，可以通过对比多个被检测钢轨段对应的纵向应力值，确定最大的纵向应力值，即应力集中区域。从而实现全线路应力检测，找出钢轨应力的集中点，以指导工务人员对钢轨进行放散维护工作。

基于上述钢轨应力检测方法，如图6所示，本申请还提供一种钢轨应力检测系统，包括：超声波装置和连接所述超声波装置的数据处理装置；所述超声波装置包括发射探头和接收探头；所述发射探头用于向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述接收探头用于检测所述被检测钢轨段中的超声波信号，以及将检测到的超声波信号发送至所述数据处理装置。

如图1所示，所述数据处理装置被进一步配置为：

S1：通过接收探头获取超声波信号；所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述超声波信号包括横向信号和纵向信号；

S2：分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间；

S3：使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差；

S4：根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

由于钢轨应力检测是基于超声波临界纵波实现的，主要在钢轨表面下传播，因此要求轨面平整。而钢轨轨头平整面横向宽度比较小，即使运行轨道经过与车辆磨损，横向平整面宽度大约在20mm～25mm左右，因此可以将采集横向超声波的一个发射探头和两个接收探头整合在一体。

在本申请的部分实施例中，如图7、图8所示，所述超声波装置中包括一个所述发射探头和两个接收探头；两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上。

所述发射探头和接收探头的发射面与被检测钢轨段顶面之间的夹角为25°-30°，例如，发射探头和接收探头的发射面与被检测钢轨段顶面之间的夹角为27°，以确保超声波拥有特定方向的入射角度，使超声波在传入钢轨后，沿平行于顶面的方向传播。所述发射探头的发射面与接收探头的接收面倾斜方向相反，即发射探头的发射面与接收探头的接收面相对，以能够接收到超声波信号。

如图2所示，所述数据处理装置被进一步配置为：

S211：通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号；

S212：分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差；

S311：根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；

S312：通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

由以上技术方案可知，本申请提供一种钢轨应力检测方法，通过接收探头获取超声波信号，分别提取到横向信号和纵向信号的传递时间；其中，所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射的预设频率超声波；再使用传递时间，计算横向信号和纵向信号的超声波速度差；最后根据超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。所述方法通过对被检测钢轨的横向和纵向进行超声波传递速度检测，消除检测过程中的材质、疲劳的影响，从而检测出钢轨的应力，提高应力检测结果的正确率。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢轨应力检测方法，其特征在于，包括：

通过接收探头获取超声波信号；所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述超声波信号包括横向信号和纵向信号；

分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间；

使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差；

根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

2.根据权利要求1所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，包括：

通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号；两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上；

分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差。

3.根据权利要求2所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，包括：

根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

4.根据权利要求1所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间的步骤，包括：

获取发射探头的信号发射时刻以及接收探头的信号接收时刻；所述信号接收时刻包括横向接收时刻和纵向接收时刻；

分别计算所述横向信号和纵向信号的传递时间；所述横向信号的传递时间为横向接收时刻与信号发射时刻的差值；所述纵向信号的传递时间为纵向接收时刻与信号发射时刻的差值。

5.根据权利要求1所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差的步骤，包括：

获取所述接收探头和发射探头之间的钢轨长度，以及被检测钢轨段的钢轨宽度；

分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；所述横向信号的传播速度为所述钢轨宽度与横向信号传递时间的商；所述纵向信号的传播速度为所述钢轨长度与纵向信号的传递时间的商；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

6.根据权利要求1所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，通过接收探头获取超声波信号的步骤，还包括：

通过发射探头向被检测钢轨段的横向发射第一预设频率的超声波；同时，通过发射探头向被检测钢轨段的纵向发射第二预设频率的超声波；

通过至少一个接收探头获取第一预设频率的超声波信号；以及，通过至少一个接收探头获取第二预设频率的超声波信号。

7.根据权利要求1所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力的步骤后，所述方法还包括：

输出被检测钢轨段对应的纵向应力值；

将所述被检测钢轨段添加标签后存储对应的纵向应力值。

8.根据权利要求7所述的钢轨应力检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取多个被检测钢轨段对应的纵向应力值；

对比多个纵向应力值，得到最大的纵向应力值；

获取最大的纵向应力值对应的被检测钢轨段标签，确定应力集中点。

9.一种钢轨应力检测系统，其特征在于，包括：超声波装置和连接所述超声波装置的数据处理装置；所述超声波装置包括发射探头和接收探头；所述发射探头用于向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述接收探头用于检测所述被检测钢轨段中的超声波信号，以及将检测到的超声波信号发送至所述数据处理装置；

所述数据处理装置被进一步配置为：

通过接收探头获取超声波信号；所述超声波信号为由发射探头同时向被检测钢轨段的横向和纵向发射预设频率超声波；所述超声波信号包括横向信号和纵向信号；

分别提取到所述横向信号和纵向信号的传递时间；

使用所述传递时间，计算所述横向信号和纵向信号的超声波速度差；

根据所述超声波速度差计算被检测钢轨段的纵向应力。

10.根据权利要求9所述的钢轨应力检测系统，其特征在于，所述超声波装置中包括一个所述发射探头和两个接收探头；两个接收探头分别设置在与所述发射探头距离不同的位置上；所述发射探头和接收探头的发射面与被检测钢轨段顶面之间的夹角为25°-30°；所述发射探头的发射面与接收探头的接收面倾斜方向相反；

所述数据处理装置被进一步配置为：

通过两个接收探头获取横向信号，以及通过两个接收探头获取纵向信号；分别提取各接收探头获取横向信号和纵向信号的时间，以获得横向信号和纵向信号对应的声时差；

根据所述声时差，分别计算横向信号和纵向信号的传播速度；

通过计算所述横向信号和纵向信号传播速度的差值，获得所述超声波速度差。

Images