CN114544751A - 一种基于gmi磁传感器的钢轨探伤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置及方法，涉及无损探伤技术领域。包括移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体；装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接；通过移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

Description

一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置及方法

技术领域

本发明涉及无损探伤技术领域，具体而言，涉及一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置及方法。

背景技术

随着铁路高速、重载、高密度的运行，作为列车的基本承载结构——钢轨在强大的摩擦力和冲击力作用下，将使其表面产生磨耗、剥离掉块、擦伤等不同类型和不同等级的损伤，当损伤超过一定的限度就会对列车的行车安全造成威胁，严重时甚至将引发重大安全事故。

随着铁路高速化与重载化的发展，以及物理、化学方面因素对钢轨的影响，世界各国广泛采用各种包括无损探伤在内的技术检测钢轨损伤。但是，人力推动装置探伤检测效率低下，现有传统无缝线路应力检测方法和手段的检测范围有也很大的局限性，即实践中完成这项任务需要耗费大量时间以及人力、物力和财力。另外，传统的无损检测(NDT)方法(涡流检测、超声波检测、X射线及磁粉探伤等)由于其操作的复杂性，如要求对被测表面和检测对象进行清理，人工磁化，贴附传感器等，在检测无缝线路这样的大长度结构件时受到严重限制。同时，一些基于金属磁记忆效应原理的钢轨无损探伤技术发明虽然具有优势，但各自存在不同缺点，例如：

专利CN106394602A公开了一种铁路钢轨自动探伤小车，该型探伤小车包括驱动小车和探伤小车组成，驱动小车有驱动车轮、车体、座椅、脚踏板、电气系统、工作台等部分组成；探伤小车由车轮、探伤车支架、探伤轮总成、弹性伸缩支架、物料平台等组成。其特征在于提供一种重量轻，可折叠，上下道方便，探伤设备可根据铁路繁忙路段的需要随时增加或减少，探伤轮水平和角度可调节，同时探伤轮相对于钢轨的位置不会由于弯道钢轨高度差而变化，探伤精度高的轻型钢轨探伤小车。该型铁路钢轨自动探伤小车需要人工推动，工作速度较慢、效率较低。

专利CN112525987A公开了一种钢轨涡流探伤设备，包括机架、轨头踏面探伤起落架、轨头侧探伤起落架、轨头圆弧区探伤起落架、轨底侧探伤起落架和轨底探伤起落架，所述的轨头踏面探伤起落架上设置有能够与轨头踏面一侧对准的HT涡流探头，轨头侧探伤起落架上设置有能够与轨头一侧对准的H涡流探头，轨头圆弧区探伤起落架上设置有能够与圆弧区一侧对准的HC涡流探头，轨底侧探伤起落架上设置有能够与轨底一侧对准的FC涡流探头，轨底探伤起落架上设置有能够与轨底对准的F探头。该发明的有益效果是利用多个探伤支架驱动涡流探头分布在钢轨的轨头两侧、轨头踏面两侧、轨头圆弧区两侧、轨底侧面两侧和轨底下方，能够实现多方位全面探伤，提高探伤精度。但是涡流探伤仅适用于导电材料，只能检测表面或近表面层的缺陷，不便使用于形状复杂的构件。检测深度与检测灵敏度也是相互矛盾，在进行检测前，需要根据被检测对象的材质、表面状态、检测标准作综合考虑。采用穿过式线圈进行检测时，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定。

专利CN110412137A公开了一种钢轨超声波探伤车，其包括探伤机构、水箱和工控主机；探伤机构包括探测架、轮式探头、轮式探头步进电机和耦合剂喷洒泵；探测架安装有陆行轮和前置编码器导轮；探测架在钢轨的轨头两侧、轨腰两侧以及轨顶对应的区域均布设有轮式探头，每个轮式探头上安装有耦合剂喷头；耦合剂喷头通过管道连接耦合剂喷洒泵，并在耦合剂喷洒泵加压下将喷射耦合剂喷射至钢轨的表面上；探测架上还设置喷头喷洒开关；水箱固定安装于探测架上部且一侧设有用于添加探伤耦合剂的注水口。该发明使用便利，利于发现钢轨轧制缺陷，能对钢轨生产制造过程中产生的缺陷进行全面有效检测，在降低劳动强度的同时，能有效提高检测准确率和检测效率。但是，如果钢轨表面锈蚀较为严重，就会造成无法保证超声波探头与钢轨轨头及轨腰两侧面有效耦合，影响检测的有效性、可靠性。

专利CN103693072B公开了一种利用金属磁记忆检测钢轨温度应力的装置。该发明提供一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，能够长距离自动在钢轨上进行温度应力检测并记录分析数据。而且装置具有自动运行功能，可以通过远程控制完成检测工作。其采用新的检测方式——磁记忆，及时有效防止因胀轨跑道引发安全事故。但是仅仅聚焦温度变化造成胀轨，对于因为金属应力集中引起损伤的趋势无法判断出来。

综观钢轨探伤技术发明可以发现各自具有优点，但是缺点也很明显。依靠人力推动的探伤装置显然耗时耗力，涡流探伤应用局限性较大，超声波探伤有效性和可靠性易受钢轨表面锈蚀程度影响。同时，尽管多数发明装置基于金属磁记忆效应原理进行无损探伤，具有超声波等传统无损探伤技术所没有的优势，但是它们都具有较大应用范围的局限性。有的仅仅检测温度变化造成的胀轨，有的仅仅检测焊缝损伤，都不能在钢轨检测全领域适用，也不提前预测钢轨损伤趋势。

因此，针对于现有技术的不足，提供一种能解决上述背景技术中提出的问题的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置及方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置及方法，其能够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，具有能全面检测钢轨表面及内部缺陷，且检测精度高等特点。

本发明的实施例提供一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，包括移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；

所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接。

在本发明的一些实施例中，所述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，所述位置传感器与所述单片机信号连接。

在本发明的一些实施例中，所述装置本体的横截面呈L形，所述装置本体的包括与所述钢轨的踏面相对应的横板和与所述钢轨的侧面相对应的竖板，多个所述GMI磁传感器均匀分布于所述横板和所述竖板上。

在本发明的一些实施例中，所述GMI磁传感器与所述钢轨之间的间距为5mm-15mm。

本发明的实施例还提供一种如上述所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的方法，包括如下步骤：

通过移动装置本体使GMI磁传感器对目标钢轨进行测量，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端；

所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

在本发明的一些实施例中，所述通过移动装置本体使GMI磁传感器对目标钢轨进行检测，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端的步骤，包括:

通过GMI磁传感器对目标钢轨进行检测，获取所述目标钢轨的磁场信号；

通过位置传感器检测所述装置本体的移动距离；

通过单片机依据所述移动距离在预设距离间隔内读取所述GMI磁传感器获取的所述磁场信号，获取指定长度的所述磁场信号的序列组，并确定与所述序列组中的所述磁场信号一一对应的位置信息和时间信息；

依据所述序列组、所述位置信息和所述时间信息生成检测数据，并将所述检测数据发送至远程服务器端。

在本发明的一些实施例中，所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷的步骤，包括：

依据所述检测数据生成所述目标钢轨的磁场强度分布曲线；

将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

在本发明的一些实施例中，所述将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷的步骤，包括：

当所述磁场强度分布曲线与所述缺陷波形的相关度高，则判定为所述目标钢轨有缺陷。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：

当所述目标钢轨有缺陷，则提取所述磁场强度分布曲线中的缺陷曲线段；

对所述缺陷段进行数据处理，判定缺陷类型。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明通过移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接；通过所述移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给所述远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例装置本体结构示意图；

图2为本发明实施例电气原理框图；

图3为本发明实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例模板法识别和诊断方法示意图；

图5为本发明实施例第一缺陷段算法处理缺陷前、中和后波形对比图；

图6为本发明实施例第一缺陷段小波变换后绘制的三维平面图；

图7为本发明实施例第二缺陷段算法处理缺陷前、中和后波形对比图；

图8为本发明实施例第二缺陷段小波变换后绘制的三维平面图；

图9为本发明实施例第三缺陷段算法处理缺陷前、中和后波形对比图；

图10为本发明实施例第三缺陷段小波变换后绘制的三维平面图；

图11为本发明实施例第一缺陷段小波变换处理缺陷前、后波形对比；

图12为本发明实施例钢轨划分区域示意图；

图13为本发明实施例图12中区域1的磁场强度分布曲线图；

图14为本发明实施例图13中区域2的磁场强度分布曲线图；

图15为本发明实施例图13中区域3的磁场强度分布曲线图；

图16为本发明实施例图13中区域4的磁场强度分布曲线图；

图17为本发明实施例图13中区域5的磁场强度分布曲线图；

图18为本发明实施例图13中区域6的磁场强度分布曲线图；

图19为本发明实施例典型缺陷一的示意图；

图20为本发明实施例图19中典型缺陷一的磁场强度分布曲线图；

图21为本发明实施例典型缺陷二的示意图；

图22为本发明实施例图21中典型缺陷二的磁场强度分布曲线图。

附图标记：1、装置本体；2、把手。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

在本申请实施例中，需要说明的是，我国铁道行业标准TB1778-2010《钢轨伤损分类》将钢轨伤损划分为：钢轨折断、钢轨裂纹和钢轨其它伤损(包括：磨耗、压溃、压陷(或凹陷)、波浪磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤，腐蚀等)，将其伤损状态划分为以下十类：弯曲变形；磨耗、压溃、压陷(或凹陷)；波浪磨耗；接触疲劳裂纹(剥离裂纹)及其引起的掉块和疲劳断裂；部裂纹或内部缺陷(白点、夹杂物、成分偏析、淬火缺陷、焊接缺陷、焊补缺陷等)及其引起的疲劳断裂；表面缺陷及其引起的疲劳断裂；外伤(擦伤、碰伤等)及其引起的疲劳断裂；锈蚀及其引起的疲劳断裂；没有明显疲劳裂纹的脆性断裂；其他。并将其伤损程度划分为：不到轻伤、轻伤、重伤和折断四个等级。

在本申请实施例中，巨磁阻抗效应简称GMI(Giant magneto-impedance)，是指敏感材料在较高频率电流的激励下，其敏感材料的阻抗随外界磁场的变化而显著变化的现象；GMI磁传感器基于金属磁记忆原理对钢轨进行检测，上述金属磁记忆是X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、磁记忆、漏磁等诸多物理探伤方法中的一类，是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法。所述金属磁记忆效应是指：铁磁性金属材料在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集巾的位置，即所谓的磁记忆效应。当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时，在应力集中区域会产生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，从而使该部位铁磁金属的导磁率最小，在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。

基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，可以对构件的应力集中程度以及是否存在微观缺陷进行评价。能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。

金属磁记忆方法与X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、漏磁等方法相比较，具有以下优点：不需要专门的磁化装置；不需要对表面进行清洁处理；不需要采用耦合技术；可快速、准确检测出应力集中部位；即可检测出现有缺陷，亦可根据内应力变化预测未来将会发生的缺陷。

参照图1，图1为本发明实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体结构示意图；

具体包括：移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体1；

装置本体1内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接。

本发明通过移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体1；装置本体1内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接；通过移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

下面，将对本示例性实施例中一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置作进一步地说明。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，位置传感器与单片机信号连接；位置传感器检测移动距离，将检测信号发送给上述单片机，单片机根据预设距离间隔读取GMI磁传感器的检测数据，并将检测数据发送至远程服务器。

在一具体实施例中，上述位置传感器可以是轴角编码器，轴角编码器安装于上述移动探伤小车上，随移动探伤小车移动，检测移动探伤小车的移动距离，即检测装置本体1的移动距离；每移动1mm左右的距离,单片机系统读取一次GMI磁传感器的检测数据，并与时间信息、位置信息一起通过有线或无线网络发送到本地计算机或远程服务器,由此我们将获取钢轨表面磁场强度分布曲线，其与钢轨缺陷类型和等级高度相关，根据相关程度判定钢轨是否发生缺陷以及缺陷的类型。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装置本体1的横截面呈L形，装置本体1包括与钢轨的踏面相对应的横板和与钢轨的侧面相对应的竖板，多个GMI磁传感器均匀分布于横板和竖板上，上述装置之本体1上还设有把手2，方便拿放。

需要说明是，多个GMI磁传感器均匀分布于横板和竖板上，使GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测；其中，上述横板贴近钢轨的踏面，即钢轨的上顶面，上述竖板贴近钢轨的侧面，横板与竖板分别和钢轨之间的间距为5mm～15mm之间，优选为10mm，检测深度与钢轨厚度合适，检测更全面。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装置本体1采用铝合金材质制成，并且采用环氧树脂灌封，保证其防水、抗振和隔热性能，提高检测效果和准确度的同时避免装置损坏，延长装置的使用寿命。

参照图2，图2为本发明实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法的步骤流程图；

在本申请的实施例中，还提供一种如上述所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的方法，包括如下步骤：

S110、通过移动装置本体1使GMI磁传感器对目标钢轨进行测量，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端；

S120、所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

下面，将对本示例性实施例中一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法作进一步地说明。

如步骤S110所述，通过移动装置本体1使GMI磁传感器对目标钢轨进行测量，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端。

需要说明的是，装置本体1由移动探伤小车承载移动，移动探伤小车置于钢轨上，在目标钢轨上以一定速度匀速前进，从而带着装置本体1沿目标钢轨移动，使GMI磁传感器能检测到一定长度的目标钢轨，且使装置本体1的测量面与目标钢轨表面的间距控制在5mm～15mm之间。

在本发明一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤所述“通过移动装置本体1使GMI磁传感器对目标钢轨进行测量，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端”的具体过程。

如下列步骤所述，通过GMI磁传感器对目标钢轨进行检测，获取所述目标钢轨的磁场信号；其中，所述磁场信号具体为检测目标钢轨的漏磁信号。

如下列步骤所述，通过位置传感器检测所述装置本体1的移动距离；其中，所述位置传感器可以是轴角编码器，所述轴角编码器安装于移动探伤小车的车轮轴上，用于检测移动探伤小车的移动距离，即检测装置本体1的移动距离。

如下列步骤所述，通过单片机依据所述移动距离在预设距离间隔内读取所述GMI磁传感器获取的所述磁场信号，获取指定长度的所述磁场信号的序列组，并确定与所述序列组中的所述磁场信号一一对应的位置信息和时间信息。

在一具体实施例中，上述轴角编码器检测移动距离，将检测到的移动距离数据发送给单片机，每移动1mm左右的距离,单片机同时读取多个GMI磁传感器的磁场信号，当移动到预设长度的距离后，获取该长度钢轨每间隔1mm左右的多个磁场信号的序列组，如10mm长度的钢轨，每间隔1mm读取一次GMI磁传感器的磁场信号，则读取到10次磁场信号，将这10次磁场信号定义为一个序列组，其中，每个磁场信号都有一一对应的位置信息和读取时间。

如下列步骤所述，依据所述序列组、所述位置信息和所述时间信息生成检测数据，并将所述检测数据发送至远程服务器端。

在一具体实施例中，将上述检测到的磁场信号序列组以及位置信息和时间信息生成检测数据，发送至远程服务器端，供远程服务器端进行分析处理。

如步骤S120所述，所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

在本发明一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤所述“所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷”的具体过程。

如下列步骤所述，依据所述检测数据生成所述目标钢轨的磁场强度分布曲线。

需要说明的是，上述磁场强度分布曲线由一定长度的序列组内的磁场信号(磁场强度数据)及其对应的位置和时间构成，其与钢轨缺陷类型和等级高度相关，如图19和图22所示为钢轨各类缺陷及其GMI磁传感器测量数据中几个典型缺陷及其对应的测量曲线，实际上，每种缺陷对应一个包络，也就是说，这个包络的宽度、幅度和形状与缺陷的深度、宽度高度相关。

如下列步骤所述，将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

作为一种示例，当所述磁场强度分布曲线与所述缺陷波形的相关度高，则判定为所述目标钢轨有缺陷。

需要说明的是，将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，可以采用特征法或者模板法，所述特征法是提取缺陷图形的特征来识别和诊断缺陷，具体是鉴于不同种类钢轨缺陷之间有明显的特征差别，例如每种缺陷波形的上升沿、下降沿的幅度和时间，脉冲宽度等，通过特征量的提取和比对来进行缺陷诊断；所述模板法是将缺陷图形包络提取出来作为模板，与测量图形进行比对，相关度高的判定为存在与模板相似的缺陷。

在本申请实施例中，采用模板法作为具体实施例进一步说明步骤所述“将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷”的具体过程。

参照图4，图4所示为模板法识别和诊断方法示意图；

依据实时测量的数据生成磁场强度分布曲线，与模板的测量曲线进行比对，具体计算公式如下：

累计误差值

其中：

n——缺陷模板磁场强度序列组长度

V——待比对磁场强度检测数据序列组

D——缺陷模板磁场强度测量数据序列组

当累计误差值Δ[i]小于预设的阈值时，即可认定钢轨有缺陷发生，其缺陷种类和等级与模板一致。

所述方法还包括步骤：

S130、当所述目标钢轨有缺陷，则提取所述磁场强度分布曲线中的缺陷曲线段；

S140、对所述缺陷段进行数据处理，判定缺陷类型。

在一具体实施例中，参照图5-图10，提取典型的三段钢轨的缺陷曲线段，对其缺陷数据进行处理，判定缺陷类型。

参照图5为第一段算法处理缺陷前、中和后波形对比，由上至下分别是原始波形，平滑滤波后波形和小波变换后波形数据对比；可以看出，平滑滤波能够明显降低噪声影响；而小波变换在尺度a＝4时能较明显突出有伤的跳变波形，据此可以设置相应阈值来保留有伤目标信号，去除噪声信号。

参照图6，为了突出在不同尺度参数下小波变换后的整体变化趋势，画出了小波变换后三维平面图；从图6可以看出，在位置500，1000，2000，2300等位置处，各尺度下都出现了明显的尖峰，说明这些位置都有明显的伤痕，设置相应阈值即可判断。

参照图7为第二段算法处理缺陷前、中和后波形对比，由上至下分别是原始波形，平滑滤波后波形和小波变换后波形数据对比；可以看出小波变换在尺度a＝4时能较明显突出有伤的跳变波形，通过设置相应阈值应该可以检测出有伤目标信号，去除噪声信号。

参照图8，为了突出在不同尺度参数下小波变换后的整体变化趋势，画出了小波变换后三维平面图。从图8可以看出，在位置350，500，600等位置处，各尺度下都出现了明显的尖峰，说明这些位置都有明显的伤痕，也很容易判断；对比较明显的鱼鳞状伤痕，也用小波变换进行了处理。

参照图9为第三段算法处理缺陷前、中和后波形对比，由上至下分别是原始波形，平滑滤波后波形和小波变换后波形数据对比；可以看出小波变换在尺度a＝4时仍能明显突出有伤的跳变波形，而且有伤目标信号幅值也远大于噪声信号。

参照图10，为了突出在不同尺度参数下小波变换后的整体变化趋势，画出了小波变换后三维平面图。从图10可以看出，在位置250，300等位置处，各尺度下都出现了明显的尖峰，说明这些位置都有明显的伤痕，也很容易判断。

对一些微弱的目标信号，直接采用小波变换效果较差，故针对目标信号特点，进行了空域低通滤波，经过滤波以后，信号明显比较光滑，这为后续采用单调性等方法提供了便利；图11所示为处理前后的对比图。

上述测试表明，基于GMI磁传感器的金属磁记忆效应钢轨探伤装置可以检测到钢轨上的缺陷，并且不同缺陷类型的磁特征变化量也是不相同的。测试发现，不同程度的缺陷在磁特征变化上也是不同的；不同位置的缺陷，表现的磁特征变化也是不同的。

在本申请实施例中，参照图12-图18，示出了一具体实施例中检测目标钢轨所获得的磁场强度分布曲线，图12所示为目标钢轨划分检测示意图；图13-图18所示为图12中1-6个区域的检测磁场强度分布曲线图，其中，每根曲线代表每一个磁传感器的磁场强度曲线。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，包括移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；

所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，所述位置传感器与所述单片机信号连接。

3.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体的横截面呈L形，所述装置本体包括与所述钢轨的踏面相对应的横板和与所述钢轨的侧面相对应的竖板，多个所述GMI磁传感器均匀分布于所述横板和所述竖板上。

4.根据权利要求3所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述GMI磁传感器与所述钢轨之间的间距为5mm-15mm。

5.根据权利要求4所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体采用铝合金材质制成。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过移动装置本体使GMI磁传感器对目标钢轨进行测量，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端；

所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

7.根据权利要求6所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法，其特征在于，所述通过移动装置本体使GMI磁传感器对目标钢轨进行检测，获取所述目标钢轨的检测数据，并发送至远程服务器端的步骤，包括:

通过GMI磁传感器对目标钢轨进行检测，获取所述目标钢轨的磁场信号；

通过位置传感器检测所述装置本体的移动距离；

通过单片机依据所述移动距离在预设距离间隔内读取所述GMI磁传感器获取的所述磁场信号，获取指定长度的所述磁场信号的序列组，并确定与所述序列组中的所述磁场信号一一对应的位置信息和时间信息；

依据所述序列组、所述位置信息和所述时间信息生成检测数据，并将所述检测数据发送至远程服务器端。

8.根据权利要求6所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法，其特征在于，所述远程服务器端对所述检测数据进行分析处理并获得分析结果，依据所述分析结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷的步骤，包括：

依据所述检测数据生成所述目标钢轨的磁场强度分布曲线；

将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷。

9.根据权利要求8所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法，其特征在于，所述将所述磁场强度分布曲线与缺陷波形进行比对，获得比对结果，并依据所述比对结果判定所述目标钢轨是否产生缺陷的步骤，包括：

当所述磁场强度分布曲线与所述缺陷波形的相关度高，则判定为所述目标钢轨有缺陷。

10.根据权利要求8所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述目标钢轨有缺陷，则提取所述磁场强度分布曲线中的缺陷曲线段；

对所述缺陷段进行数据处理，判定缺陷类型。

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