CN116754091B - 一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备，涉及钢轨温度检测技术领域。本发明通过设计锁定轨温检测设备，利用超声波对钢轨轨头进行超声探测，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间，并基于超声波的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力。最后，基于钢轨内部的温度应力，在钢轨的实际轨温的基础上，确定所述钢轨的锁定轨温，如此可实现钢轨锁定轨温的检测，为掌握无缝线路钢轨内部的温度力情况提供便利。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨温度检测技术领域，尤其涉及一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备。
背景技术
无缝钢轨取消了钢轨单元之间的焊缝，提高列车运行平稳性，现已被广泛应用于重要干线铁路中。无缝钢轨在轨温发生变化时，由于没有轨缝而不能伸缩，无缝钢轨的内部会产生纵向温度应力，引起无缝线路应力集中或者变形。控制无缝钢轨的锁定轨温及变化，可有效防止无缝钢轨高温时胀轨和低温时断轨的现象。
实际应用中，由于铺轨时间较长，很难在设计锁定轨温下把整段长轨条锁定。如果不能及时、准确地掌握无缝线路钢轨内部的温度力情况，就有发生胀轨或断轨的危险，严重危及行车安全。
因此如何实现钢轨锁定轨温的检测亟待解决。
发明内容
本发明提供了一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备，能够实现钢轨锁定轨温的检测。
第一方面，本发明提供了一种钢轨锁定轨温的检测方法，应用于锁定轨温检测设备，所述锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头，该检测方法包括：通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间；基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间；基于所述超声波在钢轨轨头内的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力；基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温。
第二方面，本发明实施例提供了一种钢轨锁定轨温的检测装置，其特征在于，应用于锁定轨温检测设备，所述锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头，该检测装置包括：通信模块，用于通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间；处理模块，用于基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间；基于所述超声波在钢轨轨头内的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力；基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温。
第三方面，本发明实施例提供了一种锁定轨温检测设备，其特征在于，包括夹持装置，超声波探头和控制终端；所述夹持装置呈与钢轨轨头匹配的弯曲形状，使夹持装置与所述钢轨轨头的上端面和侧面贴合；所述夹持装置的上端面的两端分别设置有螺纹孔；所述夹持装置的两个侧面分别设置有两个螺纹孔；所述螺纹孔用于安装超声波探头；所述控制终端连接所述超声波探头，执行如上述第一方面以及第一方面中任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序执行如上述第一方面以及第一方面中任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面以及第一方面中任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明提供一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备，本发明通过设计锁定轨温检测设备，利用超声波对钢轨轨头进行超声探测，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间，并基于超声波的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力。最后，基于钢轨内部的温度应力，在钢轨的实际轨温的基础上，确定所述钢轨的锁定轨温，如此可实现钢轨锁定轨温的检测，为掌握无缝线路钢轨内部的温度力情况提供便利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种锁定轨温检测设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种锁定轨温检测设备的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的再一种锁定轨温检测设备的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种钢轨锁定轨温的检测方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种三向应力状态下临界折射纵波的传播状态示意图；
图6是本发明实施例提供的一种超声波发射角度示意图。
图7是本发明实施例提供的一种正交法测平面应力的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种钢轨锁定轨温的检测装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念，便于理解。
此外，本申请的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或模块，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图通过具体实施例来进行说明。
如背景技术所述，目前存在钢轨的锁定轨温不易检测的技术问题。例如，1）目前只能测得长轨条有无爬行，以及锁定轨温的平均变化，不能直接给出实际的锁定轨温。2）需要提前在材料中打孔，且在实际测量时必须选择气温稳定的时段，对被测对象造成损害，不适用于实时监控。3）仪器和测点接触无法准确定位，实际锁定轨温的测量精度不高。4）工作量大且占用空间，需进行定期人工测量和记录，测量操作会产生误差。5）易受到钢轨残余应力、微观结果、表层特性的影响，且需要无缝线路暂停营运，对经济效益影响较大。
为了解决上述技术问题，实现锁定轨温准确、方便地测量，本发明利用超声临界折射纵波，通过三向法、正交法和横纵波法三者相结合，测量钢轨上的应力，根据测得的钢轨应力与锁定轨温之间的数学模型，得到实际锁定轨温的数值，解决了上述检测不便、测量精度低、占用空间大、浪费人力的问题。
如图1所示，本发明实施例提供了一种锁定轨温检测设备，该锁定轨温检测设备包括夹持装置，超声波探头和控制终端。
如图2和图3所示，所述夹持装置呈与钢轨轨头匹配的弯曲形状，使夹持装置与所述钢轨轨头的上端面和侧面贴合。
所述夹持装置的上端面的两端分别设置有螺纹孔；所述夹持装置的两个侧面分别设置有两个螺纹孔；所述螺纹孔用于安装超声波探头。
所述控制终端连接所述超声波探头，执行钢轨锁定轨温的检测方法。
在一些实施例中，超声波探头包括发射探头和接收探头。
示例性的，所述发射探头包括第一发射探头，所述接收探头包括第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头。
其中，所述第一发射探头设置于所述钢轨轨头平面上部的一侧；第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头设置于所述钢轨轨头平面上部的另一侧。
又一示例性的，所述发射探头包括第二发射探头和第三发射探头，所述接收探头包括第四接收探头和第五接收探头。
其中，第一发射探头和第三发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第四接收探头和第五接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁；所述第二发射探头至所述第四接收探头的方向，与所述第三发射探头至所述第五接收探头的方向垂直。
示例性的，所述发射探头还包括第四发射探头，所述接收探头包括第六接收探头；其中，所述第四发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第六接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁。
本发明同时设计了测量实际锁定轨温的装置，根据国家标准文件规定的60型钢轨尺寸，设计的一个夹持装置，能良好的贴附在钢轨的轨头和轨头侧边的垂直面上，上方附有便于拆装、运输的手持架，增强了装置的方便性能。装置选用弹性较好的材料，能针对产生小变形的钢轨有一定的适应性。
夹持装置的内部设置有适当角度倾斜面，同时上端面设有四个螺纹孔，螺纹孔具有合适的深度特征，能在里面添加适量的耦合剂，之后将探头拧紧到螺纹孔中。此设计方式满足了产生临界折射纵波的条件，无需调整角度。左右的四个探头分成三个组，临界折射纵波在三个组中的传播距离保持一致对应了上述三向法的实施条件，保证测量的准确度。
根据夹持装置上方四个探头的摆放位置，左边为一个发射探头，右边为三个接收探头，可测得的临界折射纵波三组渡越时间，得到两个应力的大小以及方位角角度，进而得到两个主应力的值。
夹持装置的两个侧面分别设有两个螺纹孔，选用同样合适深度的螺纹孔，先添加耦合剂再拧入探头。通过横纵波结合的方式，利用此装置实现对钢轨轨头宽度方向上的超声波渡越时间的测量。探头和钢轨轨头侧壁仅有一薄层，不影响临界折射纵波传播，且测得的数值可根据两组探头测得的数据取平均值，保证了测量的准确性。
夹持装置便于携带、安装、探头的装拆，能随时观察装置内部零件的使用情况，方便及时更换和维修。仅通过测量超声波的渡越时间，即可得到所测位置的应力值，得到的数值相对准确。
需要说明的是，为了准确、方便地测量锁定轨温，本发明利用超声临界折射纵波，通过三向法、正交法和横纵波法三者相结合，测量钢轨上的应力，根据测得的钢轨应力与锁定轨温之间的数学模型，得到实际锁定轨温的数值，解决了以前测量精度低、占用空间大、浪费人力的问题。
如图4所示，本发明实施例提供了一种钢轨锁定轨温的检测方法。应用于图1至图3所示的锁定轨温检测设备，该锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头。该检测方法包括步骤S101-S104。
S101、通过发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以通过步骤A1-A2，确定超声波的发射时间和接收时间。
A1、调整所述第一发射探头的发射角度，通过第一发射探头以不同的发射角度发射第一纵波、第二纵波和第三纵波，并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间；
A2、通过第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头，接收所述第一纵波、第二纵波和第三纵波，并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的接收时间。
作为另一种可能的实现方式，本发明实施例可以通过步骤B1-B4，确定超声波的发射时间和接收时间。
B1、通过第二发射探头发射纵波，并记录第四纵波的发射时间。
B2、通过第四接收探头接收横波，并记录第四纵波的接收时间。
B3、通过第三发射探头发射纵波，并记录第五纵波的发射时间。
B4、通过第五接收探头接收横波，并记录第五纵波的接收时间。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以通过步骤C1-C2，确定超声波的发射时间和接收时间。
C1、通过第四发射探头发射横波，并记录横波的发射时间。
C2、通过第六接收探头接收横波，并记录横波的接收时间。
S102、基于超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间。
在一些实施例中，所述渡越时间包括纵波渡越时间和横波渡越时间。
其中，所述纵波渡越时间包括无应力纵渡时间和有应力纵渡时间，所述无应力纵渡时间表示钢轨内无温度应力状态下纵波由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间。所述有应力纵渡时间表示钢轨内有温度应力状态下纵波以不同的发射角度，由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；
所述横波渡越时间包括无应力横渡时间和有应力横渡时间。所述无应力横渡时间表示钢轨内无温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间，所述有应力横渡时间表示钢轨内有温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于步骤S1021-S1022，分别计算渡越时间中的纵波渡越时间和横波渡越时间。
S1021、基于所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；或者，基于所述第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；
S1022、基于所述横波的发射时间和接收时间，确定所述横波渡越时间。
S103、基于超声波在钢轨轨头内的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力。
在一些实施例中，所述温度应力包括第一应力、第二应力和第三应力；其中，第一应力和第二应力为钢轨轨头平面内两个垂直方向的应力；所述第三应力为与所述钢轨轨头平面垂直的应力。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以通过步骤S1031-S1032，计算钢轨内部的温度应力。
S1031、基于所述纵波渡越时间，以及平面应力状态下临界折射纵波的声弹性方程，计算得到所述第一应力和第二应力。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于三向法计算第一应力和第二应力。示例性的，如步骤S301-S313。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于正交法计算第一应力和第二应力。示例性的，如步骤S401-S403。
S1032、基于声速比值法，以及所述纵波渡越时间和横波渡越时间，确定所述第三应力。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于如下公式，计算第三应力。
；
其中，；/>为第三应力，/>为纵波在钢轨内的渡越时间；/>为横波在钢轨内的渡越时间；/>为钢轨受应力时的横波声速；为钢轨不受应力时的横波声速；/>为钢轨受应力时的纵波声速；/>为钢轨不受应力时的纵波声速。σ代表应力大小；λ和μ代表二阶弹性常数；j和m代表三阶弹性常数，/>为纵波声弹性常数，/>为横波声弹性常数。
；
。
S104、基于钢轨内部的温度应力，以及钢轨的实际轨温，确定钢轨的锁定轨温。
作为一种可能的实现方式，步骤S104可以具体实现为S1041-S1042。
S1041、基于所述第一应力、第二应力和第三应力，确定所述钢轨的锁定轨温的变化量。
S1042、基于所述锁定轨温变化量，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于如下公式确定钢轨的锁定轨温。
；
其中，为所述钢轨的锁定轨温，/>为所述钢轨的实际轨温，/>为所述锁定轨温变化量，/>为三向法计算得到的第一应力，/>为三向法计算得到的第二应力，为第三应力，E为钢轨的弹性模量，/>为钢轨的热膨胀系数。
作为另一种可能的实现方式，本发明实施例可以基于如下公式确定钢轨的锁定轨温。
；
其中，为所述钢轨的锁定轨温，/>为所述钢轨的实际轨温，/>为所述锁定轨温变化量，/>为正交法计算得到的第一应力，/>为正交法计算得到的第二应力，/>为第三应力，E为钢轨的弹性模量，/>为钢轨的热膨胀系数。
本发明提供一种钢轨锁定轨温的检测方法、装置及设备，本发明通过设计锁定轨温检测设备，利用超声波对钢轨轨头进行超声探测，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间，并基于超声波的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力。最后，基于钢轨内部的温度应力，在钢轨的实际轨温的基础上，确定所述钢轨的锁定轨温，如此可实现钢轨锁定轨温的检测，为掌握无缝线路钢轨内部的温度力情况提供便利。
可选的，在步骤S104之后，本发明实施例提供的钢轨锁定轨温的检测方法还包括步骤S201-S202。
S201、比较第一锁定轨温和第二锁定轨温之间的误差。
其中，所述第一锁定轨温为根据所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温；所述第二锁定轨温为根据所述第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温。
S202、若所述误差大于设定误差，则重新测量所述第一锁定轨温和第二锁定轨温。
如此一来，本发明实施例可以通过两个方法三向法和正交法分别计算锁定轨温，并在计算后进行比较，保证钢轨锁定轨温的准确度。
需要说明的是，由于外界环境和载荷的影响，钢轨的温度会产生变化，钢轨本身出现热胀冷缩，由于扣件的约束，在钢轨内部产生的力，钢轨单位横截面积所受的温度力就是应力。本发明提供一种超声临界折射纵波测量应力的方式，超声波在钢轨中传播的速度变化是温度应力的影响，所以实际锁定轨温发生的变化量：/>；实际锁定轨温：/>。
其中，为温度传感器检测的温度，E为钢轨的弹性模量，/>为钢轨的热膨胀系数，/>为钢轨内部的温度应力。
本发明提供了两种测量钢轨应力的方法，分别是三向法测平面应力和正交法测平面应力，两种方法得到的值均有较高的测量精度，适用于实际的工况中。
示例性的，本发明实施例可以通过三向法计算钢轨的锁定轨温。如步骤S301-S313所示。
S301、将钢轨内部的温度应力拆分为三个相互垂直方向的主应力。
固体受应力作用时，可以使用三个相互垂直的主应力来描述其应力状态。如图5所示，本发明实施例提供了三向应力状态下临界折射纵波的传播状态示意图。其中，a方向和b方向为钢轨轨头顶面内两个相互垂直的方向。c方向为厚度方向。
基于声弹性理论方程，可得出如下公式：
（1）沿应力方向传播的纵波波速与应力关系式：
；
（2）垂直于应力方向传播的纵波波速与应力关系式：
；
其中，为纵波波速，/>为钢轨内应力，/>、/>为二阶声弹性常数，l、m、n为三阶声弹性常数
S302、基于声弹性方程、纵波波速与应力的关系式，将无应力状态下纵波声速、应力状态下纵波声速代入，可以得到a方向、b方向上质点位移分量的声弹性方程：
其中，为纵波传播方向与应力场方向的夹角。
S303、将上述两个位移分量的声弹性方程合并，可以得到三向应力作用下固体中临界折射纵波的声弹性方程。
S304、在无外力作用下，其沿厚度方向的应力相对于沿表面方向的应力而言非常微小，且其应力方向与临界折射纵波传播方向垂直，此时，沿厚度方向的应力对临界折射纵波传播速度的影响远小于表面应力，可在实际应力测量当中将其忽略。得到平面应力状态下临界折射纵波声弹性方程：
S305、通过固定声程为L，无应力状态下的临界折射纵波传播时间和有应力状态下的临界折射纵波传播时间/>可表示为如下形式。
；
；
将其分别代入到平面应力状态下临界折射纵波声弹性方程中，经推导得临界折射纵波传播时间与应力状态的对应关系表达式：
；
其中：
S306、如图6所示，首先任意设定一个基准法线方向，即图中的方向，假设基准方向与/>存在夹角θ，首先测量基准方向上的临界折射纵波声速/>，然后测量与基准方向成逆时针/>方向上的临界折射纵波声速/>，继续测量与基准方向成逆时针/>方向上的临界折射纵波声速/>。
S307、基于三组测量获得的声速，构建基于平面应力状态下临界折射纵波的声弹性方程：
其中：；
。
S308、在实际测量中，使用一个探头，固定中心后分别旋转45°和90°即可，将步骤S305中t的表达式引入到S307的声弹性方程中得：
；
其中，为超声波的发送时间，/>为以V1方向发送超声波的接收时间；/>为以V2方向发送超声波的接收时间；/>为以V3方向发送超声波的接收时间。
S309、通过三角函数变换，可得、/>和其中之一主应力相对预设基准法线的方位角θ。
其中，为如图6所示与V1成夹角θ的应力，/>为与/>垂直方向的应力。
S310、对S309中公式变换后得到如下公式，即任意方向上的应力值。
；
其中，为第一应力，/>为第二应力。钢轨轨头顶面内任意方向上的应力可以通过第一应力和第二应力表示。
S311、上述方法测得了钢轨轨头平面上的两个主应力的大小，接下来采用横纵波结合的方法，将一发一收的两个探头放置在钢轨轨头的侧面，测量钢轨轨头厚度方向上的应力值，由弹性力学理论和非线性声学理论可知：
；
式中：和/>分别代表钢轨受应力和不受应力时的纵波声速；/>和/>分别代表钢轨受应力和不受应力时的横波声速；σ代表应力大小；λ和μ代表二阶弹性常数；j和m代表三阶弹性常数。
可将上式简化为：
其中：为纵波声弹性常数，/>为横波声弹性常数。
；
S312、在实际计算时，由于声速变化量难以直接获取，故常以渡越时间代替。纵波和横波的渡越时间可表示为：
；
其中，L表示被测段钢轨的长度，E为钢轨的弹性模量。利用声速比值法，将上下两式相除后，整理得：
；
其中，；/>为第三应力；；/>；/>为纵波声速与横波声速的比值，/>为纵波的渡越时间，/>为横波的渡越时间，/>为钢轨不受应力时的横波声速；/>为钢轨不受应力时的纵波声速，σ代表应力大小；λ和μ代表二阶弹性常数；j和m代表三阶弹性常数，/>为纵波声弹性常数，/>为横波声弹性常数。
综上所述，只需测出横纵波在钢轨轨头处的渡越时间，即可得到钢轨的内部应力。
S313、将应力值代入到锁定轨温的表达式，得到实际锁定轨温的值：
=/>。
示例性的，本发明实施例可以通过正交法测平面应力计算钢轨的锁定轨温。如步骤S401-S403所示。
S401、正交法测平面应力是对三向法的简化，如图7所示，根据材料力学理论，平面应力场上的应力可以被分解为两个相互垂直的应力，假设在被测的微区内存在两个相互垂直的应力，即为待测应力，这两个方向的应力在整个被测微区内均匀分布，测量过程中，分别令临界折射纵波沿这两个应力方向通过，分别测得其传播时间，得到应力—声时关系式：
；
其中，为x方向的渡越时间，/>为y方向的渡越时间。/>为x方向钢轨内温度应力，/>为y方向钢轨内温度应力。
S402、在此情况下，每次临界折射纵波在介质内传播都是与一个方向的应力平行，而与另一个方向的应力垂直，所以可简化为：
；
其中，，/>。
S403、解上述方程组，可得：
；
所以正交法只需将探头分别水平、垂直放置，测得两次临界折射纵波的传播时间，即可得到两个主应力，利用材料力学的公式和横纵波结合法测得的应力值，可得实际锁定轨温：
=/>。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图8示出了本发明实施例提供的一种钢轨锁定轨温的检测装置的结构示意图。该检测装置500应用于锁定轨温检测设备，所述锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头，该检测装置包括：通信模块501和处理模块502。
通信模块501，用于通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间。
处理模块502，用于基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间；基于所述超声波在钢轨轨头内的渡越时间，计算钢轨内部的温度应力；基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温。
在一种可能的实现方式中，所述渡越时间包括纵波渡越时间和横波渡越时间；其中，所述纵波渡越时间包括无应力纵渡时间和有应力纵渡时间，所述无应力纵渡时间表示钢轨内无温度应力状态下纵波由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述有应力纵渡时间表示钢轨内有温度应力状态下纵波以不同的发射角度，由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述横波渡越时间包括无应力横渡时间和有应力横渡时间；所述无应力横渡时间表示钢轨内无温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间，所述有应力横渡时间表示钢轨内有温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间，所述温度应力包括第一应力、第二应力和第三应力；其中，第一应力和第二应力为钢轨轨头平面内两个垂直方向的应力；所述第三应力为与所述钢轨轨头平面垂直的应力；处理模块502，具体用于基于所述纵波渡越时间，以及平面应力状态下临界折射纵波的声弹性方程，计算得到所述第一应力和第二应力；基于声速比值法，以及所述纵波渡越时间和横波渡越时间，确定所述第三应力。
在一种可能的实现方式中，所述发射探头包括第一发射探头，所述接收探头包括第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头，其中，所述第一发射探头设置于所述钢轨轨头平面上部的一侧；第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头设置于所述钢轨轨头平面上部的另一侧； 通信模块501，具体用于调整所述第一发射探头的发射角度，通过第一发射探头以不同的发射角度发射第一纵波、第二纵波和第三纵波；并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间；通信模块501，具体用于通过第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头，接收所述第一纵波、第二纵波和第三纵波；并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的接收时间。
在一种可能的实现方式中，所述发射探头包括第二发射探头和第三发射探头，所述接收探头包括第四接收探头和第五接收探头；其中，第二发射探头和第三发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第四接收探头和第五接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁；所述第二发射探头至所述第四接收探头的方向，与所述第三发射探头至所述第五接收探头的方向垂直；通信模块501，具体用于通过第二发射探头发射纵波，并记录第四纵波的发射时间；通信模块501，具体用于通过第四接收探头接收横波，并记录第四纵波的接收时间；通信模块501，具体用于通过第三发射探头发射纵波，并记录第五纵波的发射时间；通信模块501，具体用于通过第五接收探头接收横波，并记录第五纵波的接收时间。
在一种可能的实现方式中，所述发射探头还包括第四发射探头，所述接收探头包括第六接收探头；其中，所述第四发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第六接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁；通信模块501，具体用于通过第四发射探头发射横波，并记录横波的发射时间；通信模块501，具体用于通过第六接收探头接收横波，并记录横波的接收时间。
在一种可能的实现方式中，处理模块502，具体用于基于所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；或者，基于所述第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；基于所述横波的发射时间和接收时间，确定所述横波渡越时间。
在一种可能的实现方式中，处理模块502，具体用于基于所述第一应力、第二应力和第三应力，确定所述钢轨的锁定轨温的变化量；基于所述锁定轨温变化量，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温。
在一种可能的实现方式中，处理模块502，还用于比较第一锁定轨温和第二锁定轨温之间的误差；其中，所述第一锁定轨温为根据所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温；所述第二锁定轨温为根据所述第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温；若所述误差大于设定误差，则重新测量所述第一锁定轨温和第二锁定轨温。
图9是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图9所示，该实施例的电子设备600包括：处理器601、存储器602以及存储在所述存储器602中并可在所述处理器601上运行的计算机程序603。所述处理器601执行所述计算机程序603时实现上述各方法实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S101-S104。或者，所述处理器601执行所述计算机程序603时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如，图8所示通信模块501和处理模块502的功能。
示例性的，所述计算机程序603可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器602中，并由所述处理器601执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序603在所述电子设备600中的执行过程。例如，所述计算机程序603可以被分割成图8所示通信模块501和处理模块502。
所称处理器601可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器602可以是所述电子设备600的内部存储单元，例如电子设备600的硬盘或内存。所述存储器602也可以是所述电子设备600的外部存储设备，例如所述电子设备600上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（SecureDigital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器602还可以既包括所述电子设备600的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器602用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器602还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，应用于锁定轨温检测设备，所述锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头，所述检测方法包括：
通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间；
基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间；所述渡越时间包括纵波渡越时间和横波渡越时间；所述纵波渡越时间包括无应力纵渡时间和有应力纵渡时间，所述无应力纵渡时间表示钢轨内无温度应力状态下纵波由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述有应力纵渡时间表示钢轨内有温度应力状态下纵波以不同的发射角度，由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述横波渡越时间包括无应力横渡时间和有应力横渡时间；所述无应力横渡时间表示钢轨内无温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间，所述有应力横渡时间表示钢轨内有温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间；
基于所述纵波渡越时间，以及平面应力状态下临界折射纵波的声弹性方程，计算得到第一应力和第二应力；第一应力和第二应力为钢轨轨头平面内两个垂直方向的应力；
基于声速比值法，以及所述纵波渡越时间和横波渡越时间，确定第三应力；所述第三应力为与所述钢轨轨头平面垂直的应力；
基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温；所述温度应力包括第一应力、第二应力和第三应力；
所述基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温，包括：基于如下公式确定所述钢轨的锁定轨温；
；或者，
；
其中，为所述钢轨的锁定轨温，/>为所述钢轨的实际轨温，/>为所述锁定轨温变化量，/>为三向法计算得到的第一应力，/>为三向法计算得到的第二应力，/>为第三应力，E为钢轨的弹性模量，/>为钢轨的热膨胀系数，/>为正交法计算得到的第一应力，为正交法计算得到的第二应力，/>为第三应力。
2.根据权利要求1所述的钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，所述发射探头包括第一发射探头，所述接收探头包括第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头，其中，所述第一发射探头设置于所述钢轨轨头平面上部的一侧；第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头设置于所述钢轨轨头平面上部的另一侧；
所述通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间，包括：
调整所述第一发射探头的发射角度，通过第一发射探头以不同的发射角度发射第一纵波、第二纵波和第三纵波，并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间；
通过第一接收探头、第二接收探头和第三接收探头，接收所述第一纵波、第二纵波和第三纵波，并记录所述第一纵波、第二纵波和第三纵波的接收时间。
3.根据权利要求1所述的钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，所述发射探头包括第二发射探头和第三发射探头，所述接收探头包括第四接收探头和第五接收探头；其中，第二发射探头和第三发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第四接收探头和第五接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁；所述第二发射探头至所述第四接收探头的方向，与所述第三发射探头至所述第五接收探头的方向垂直；
所述通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间，包括：
通过第二发射探头发射纵波，并记录第四纵波的发射时间；
通过第四接收探头接收横波，并记录第四纵波的接收时间；
通过第三发射探头发射纵波，并记录第五纵波的发射时间；
通过第五接收探头接收横波，并记录第五纵波的接收时间。
4.根据权利要求2或3所述的钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，所述发射探头还包括第四发射探头，所述接收探头包括第六接收探头；其中，所述第四发射探头设置于所述钢轨轨头的其中一侧的侧壁；所述第六接收探头设置于所述钢轨轨头的另一侧的侧壁；
所述通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间，包括：
通过第四发射探头发射横波，并记录横波的发射时间；
通过第六接收探头接收横波，并记录横波的接收时间。
5.根据权利要求4所述的钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，所述基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间，包括：
基于第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；或者，基于第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间，确定所述纵波渡越时间；
基于所述横波的发射时间和接收时间，确定所述横波渡越时间。
6.根据权利要求1所述的钢轨锁定轨温的检测方法，其特征在于，所述基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温之后，还包括：
比较第一锁定轨温和第二锁定轨温之间的误差；其中，所述第一锁定轨温为根据第一纵波、第二纵波和第三纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温；所述第二锁定轨温为根据第四纵波和第五纵波的发射时间和接收时间确定的锁定轨温；
若所述误差大于设定误差，则重新测量所述第一锁定轨温和第二锁定轨温。
7.一种钢轨锁定轨温的检测装置，其特征在于，应用于锁定轨温检测设备，所述锁定轨温检测设备包括发射探头和接收探头，所述检测装置包括：
通信模块，用于通过所述发射探头和接收探头发射超声波，对钢轨轨头进行超声探测，记录超声波的发射时间和接收时间；
处理模块，用于基于所述超声波的发射时间和接收时间，计算超声波在钢轨轨头内的渡越时间；所述渡越时间包括纵波渡越时间和横波渡越时间；所述纵波渡越时间包括无应力纵渡时间和有应力纵渡时间，所述无应力纵渡时间表示钢轨内无温度应力状态下纵波由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述有应力纵渡时间表示钢轨内有温度应力状态下纵波以不同的发射角度，由钢轨轨头上部射入钢轨的渡越时间；所述横波渡越时间包括无应力横渡时间和有应力横渡时间；所述无应力横渡时间表示钢轨内无温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间，所述有应力横渡时间表示钢轨内有温度应力状态下横波由钢轨轨头侧面射入钢轨的渡越时间；基于所述纵波渡越时间，以及平面应力状态下临界折射纵波的声弹性方程，计算得到第一应力和第二应力；第一应力和第二应力为钢轨轨头平面内两个垂直方向的应力；基于声速比值法，以及所述纵波渡越时间和横波渡越时间，确定第三应力；所述第三应力为与所述钢轨轨头平面垂直的应力；基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温；所述温度应力包括第一应力、第二应力和第三应力；所述基于所述钢轨内部的温度应力，以及所述钢轨的实际轨温，确定所述钢轨的锁定轨温，包括：基于如下公式确定所述钢轨的锁定轨温；；或者，；其中，/>为所述钢轨的锁定轨温，/>为所述钢轨的实际轨温，/>为所述锁定轨温变化量，/>为三向法计算得到的第一应力，为三向法计算得到的第二应力，/>为第三应力，E为钢轨的弹性模量，/>为钢轨的热膨胀系数，/>为正交法计算得到的第一应力，/>为正交法计算得到的第二应力，/>为第三应力。
8.一种锁定轨温检测设备，其特征在于，包括夹持装置，超声波探头和控制终端；
所述夹持装置呈与钢轨轨头匹配的弯曲形状，使夹持装置与所述钢轨轨头的上端面和侧面贴合；所述夹持装置的上端面的两端分别设置有螺纹孔；所述夹持装置的两个侧面分别设置有两个螺纹孔；所述螺纹孔用于安装超声波探头；
所述控制终端连接所述超声波探头，执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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