本发明涉及超声波断轨检测技术领域，尤其涉及一种钢轨不完全断裂及严重伤损超声波实时检测方法。
背景技术：
随着高速电气化铁路的发展，实时线上断轨检测系统是保障列车安全运行的重要系统。目前基于电信号的断轨检测系统如轨道电路，准轨道电路，信号载波检测等方法无法在钢轨不完全断裂及严重伤损的情况下进行检测，鉴于铁路安全运行的需要，研究一种可以在钢轨不完全断裂及严重伤损的钢轨受损前期检测出来的新型检测方法。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种钢轨不完全断裂及严重伤损超声波实时检测方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括以下步骤
步骤s1：通过监测终端发射固定时间长度的超声波脉冲信号并耦合到钢轨；
步骤s2：相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过频谱分析或副本相关获取超声波脉冲信号的能量幅值和脉冲时间宽度；
步骤s3：根据步骤s2获取的超声波脉冲信号的能量幅值和脉冲时间宽度，计算出反映当前钢轨状态的超声波脉冲信号能量ec；
步骤s4：将步骤s3计算的信号能量ec不断地记录到数据库，通过一定时间的数据积累获取能够反映钢轨没有断裂的历史超声波脉冲信号能量eh；
步骤s5：将步骤s3计算的当前信号能量ec与步骤四获取的历史信号能量eh进行比较，计算能量差值ed=|ec-eh|；
步骤s6：将步骤s3和s4中能量ed与能量eh进行对比，进而判断钢轨的状态是无断裂、不完全断裂及严重伤损、完全断裂中的哪一种。
本发明优选的，根据步骤s4和s5，所述算法为：
设监测终端发射并耦合到钢轨的信号能量为es,设钢轨无断裂传播到接收端后的信号能量为er=es-eu*l，其中eu为超声波在钢轨中传播1米能量损失。
则接收端实际接收到的信号能量ec=er*a，其中a是钢轨完好系数，当钢轨无断裂时a=1；当钢轨完成断裂时a=0；当钢轨不完全断裂及严重伤损是0<a<1；
则eh由n次ec历史值的积累获取，可表示为eh=f(ec1,ec2,...,ecn)，即eh是ec1,ec2,...,ecn的函数；
从而可得：ed=|ec-eh|。
本发明优选的，根据步骤s6，判断出现钢轨断裂情况的数学模型可表示为：
ed≈0；判断结果为：钢轨无断轨；
eh>ed>0；判断结果为：不完全断裂及严重伤损；
ed≈eh；判断结果为：完全断轨。
本发明的有益效果在于：
本发明可以在钢轨不完断裂的情况下检测出钢轨的伤损情况，从而实现更早的预警，更好的保障铁路的安全运行，钢轨断裂但仍然挤压一起的情况可以有效检测；超声波是非电信号检测，不需要电压参考及繁琐地现场分析，探头可以做到与钢轨绝缘，不对钢轨现有系统造成任何影响，安装适应性在非电化与电化区段没有区别；声波信号的发射接收与钢轨的连接采用超声波耦合的方式，所以不需要对钢轨做任何的改变，如打孔、添加带阻滤波器等。
附图说明
图1是本发明钢轨不完全断裂及严重伤损超声波实时检测方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明包括以下步骤
步骤s1：通过监测终端发射固定时间长度的超声波脉冲信号并耦合到钢轨；
步骤s2：相邻的监测终端接收超声波信号，并实时转换为数字信号，监测终端的数字信号处理单元通过频谱分析或副本相关获取超声波脉冲信号的能量幅值和脉冲时间宽度；
步骤s3：根据步骤s2获取的超声波脉冲信号的能量幅值和脉冲时间宽度，计算出反映当前钢轨状态的超声波脉冲信号能量ec；
步骤s4：将步骤s3计算的信号能量ec不断地记录到数据库，通过一定时间的数据积累获取能够反映钢轨没有断裂的历史超声波脉冲信号能量eh；
步骤s5：将步骤s3计算的当前信号能量ec与步骤四获取的历史信号能量eh进行比较，计算能量差值ed=|ec-eh|；
步骤s6：将步骤s3和s4中能量ed与能量eh进行对比，进而判断钢轨的状态是无断裂、不完全断裂及严重伤损、完全断裂中的哪一种。
根据步骤s4和s5，所述算法为：
设监测终端发射并耦合到钢轨的信号能量为es,设钢轨无断裂传播到接收端后的信号能量为er=es-eu*l，其中eu为超声波在钢轨中传播1米能量损失。
则接收端实际接收到的信号能量ec=er*a，其中a是钢轨完好系数，当钢轨无断裂时a=1；当钢轨完成断裂时a=0；当钢轨不完全断裂及严重伤损是0<a<1；
则eh由n次ec历史值的积累获取，可表示为eh=f(ec1,ec2,...,ecn)，即eh是ec1,ec2,...,ecn的函数；
从而可得：ed=|ec-eh|。
根据步骤s6，判断出现钢轨断裂情况的数学模型可表示为：
ed≈0；判断结果为：钢轨无断轨；
eh>ed>0；判断结果为：不完全断裂及严重伤损；
ed≈eh；判断结果为：完全断轨。
本发明的实施例如下：
如图1所示，本发明设监测终端发射并耦合到钢轨的信号能量为es,设钢轨无断裂传播到接收端后的信号能量为er=es-eu*l，其中eu为超声波在钢轨中传播1米能量损失。
则接收端实际接收到的信号能量ec=er*a，其中a是钢轨完好系数，当钢轨无断裂时a=1；当钢轨完成断裂时a=0；当钢轨不完全断裂及严重伤损是0<a<1。
则eh由n次ec历史值的积累获取，可表示为eh=f(ec1,ec2,...,ecn)，即eh是ec1,ec2,...,ecn的函数。
从而可得：ed=|ec-eh|。
根据步骤六，判断出现钢轨断裂情况的数学模型可表示为：
ed≈0判断结果为：钢轨无断轨；
eh>ed>0判断结果为：不完全断裂及严重伤损及严重伤损；
ed≈eh判断结果为：完全断轨。
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。