鋼軌裂紋及斷軌檢測方法調(diào)研報告(編輯修改稿)
2025-03-12 12:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ” 中 利用 工業(yè) CCD 線陣攝像機采集鋼軌表面的圖像信息。其過程是 在列車在線運行過程中，嵌入式控制系統(tǒng)控制光源激勵控制器使兩個輔助光源照射鋼軌表面，工業(yè) CCD 線陣攝像機通過數(shù)字線陣圖像采集接口的控制采集鋼軌表面的圖像信息，將信息傳輸?shù)角度胧较到y(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)使用圖像處理技術對采集到的鋼軌圖像進行處理 ； 從處 理后的鋼軌圖像中統(tǒng)計鋼軌表面的損傷信息及固有結構信息 ； 再將所獲得的鋼軌表面損傷信息進行分類和損傷程度計算 。 最后 將結果融合到鋼軌損傷探測裝置，以減少表面損傷對探測鋼軌內(nèi)部傷損的干擾 [22]，其總體結構圖如 圖 8 所示 。 106． 鋼軌 107． 控制機箱 206． 工業(yè) CCD 線陣攝像機 207， 208． 輔助光源 圖 8 在線鋼軌探傷的圖像處理輔助檢測裝置的總體結構圖 激光超聲探傷技術 該技術 用脈沖激光器發(fā)出的高能脈沖激光轟擊鋼軌表面，鋼軌表面被照射區(qū)域吸收其能量并將之轉化為熱能，引起鋼軌表面迅速升溫膨脹，從而構成超聲聲源。超聲波在鋼軌內(nèi)部遇到缺陷，將被反射回鋼軌表面，通過分 析反射波的信息來判斷鋼軌傷損， 其原理 如 圖 9 所示。 圖 9 激光超聲檢測鋼軌原理示意圖 浙江大學 劉洋等人 [23]基于先進的激光超聲探傷理論，提出了將激光超聲技術應用到鋼軌探傷，詳細論述了其探傷機理，對激光超聲探傷系統(tǒng)進行了設計。分析結果表明，激光超聲探傷技術在鋼軌探傷領域有較大的可行性和發(fā)展?jié)摿?。 Nielsen等人在 專利（ US 7,516,662B2）“ DETECTING RAIL DEFECTS” 中介紹了一種激光超聲鋼軌探傷技術 [24]。 該專利的原理是用脈沖激光（ PL）激發(fā)鋼軌產(chǎn)生超聲波，用連續(xù)激光（ CW）作為探測光，通過法珀干涉儀（ CFPI）接受反射光。由于超聲波和鋼軌缺陷的相互作用導致反射光發(fā)生變化，因此可以從反射光中解調(diào)出鋼軌的損傷信息。其原理示意圖如 圖 10 所示。 圖 10 激光超聲探傷原理示意圖 實時斷軌監(jiān)測技術 實時斷軌檢測技術能對鋼軌進行實時監(jiān)測， 能第一時間發(fā)現(xiàn)斷軌的存在，從而能及時對列車發(fā)出警告，以避免災難的發(fā)生 ，因此，該技術越來越受到人們重視。但是該類技術還不能發(fā)現(xiàn)早期鋼軌裂紋，檢測分辨率有待進一步提高 。實時斷軌監(jiān)測技術主要有 以 下幾種。 牽引回流實時斷軌監(jiān)測技術 在電氣化線路中，鋼軌是牽引回流電路 的一部分 ，如果任何一個鋼軌發(fā)生斷裂，電流會繞過斷軌，從另一個阻抗較小鋼軌流走，另一個鋼軌的電流就會增大 。如 圖 11所示， 該技術 通過檢測兩只鋼軌電流的不平衡 來 判斷斷軌的存在。該方法依托于鋼軌，成本低，可實現(xiàn)遠距離實時監(jiān)測。但是它依賴牽引回流的存在，只能檢測列車與變電所 之間的斷軌，而且 在道岔、護軌等軌道電路復雜的地方難以實現(xiàn) [2,25,26]。 圖 11 牽引回流不平衡示意圖 準軌道電路實時斷軌監(jiān)測技術 軌道電路是我國鐵路信號系統(tǒng)中的基礎設備，具有列車占用檢測、向列車傳送控制信息及斷軌檢測等功能。目前在我國廣泛使用的軌道電路類型有相敏軌道電路、 ZPW2021A 無絕緣軌道電路等 。 斷軌檢測原理如 圖 12 所示。 圖 12 準軌道電路實時斷軌檢測方法示意圖 當檢測區(qū)段內(nèi)無列車通過且鋼軌完整時，由兩根鋼軌和軌道繼電器構成電流回路，使軌道電路繼電器銜鐵吸起，前接點閉合，信號開放。而當軌道電路區(qū)段內(nèi)有鋼軌斷裂情況發(fā)生時，接收器處的軌道繼電器由于信號電流消失而釋放，區(qū)間軌道電路顯示紅光帶，發(fā)出列車停止信號，提示斷軌。 軌道電路設備斷軌檢測功能的最大特點 是 ，當有斷軌發(fā)生時能立即向列控中心發(fā)送報警信號，滿足實 時動態(tài)軌況監(jiān)測要求。但是，軌道電路本身受道床參數(shù)情況影響較大 [27]，在道床泄漏阻抗小和南方一些雨水充沛的地區(qū)經(jīng)常會發(fā)生軌間短路、紅光帶誤報等故障情況。同時，存在增加電氣化區(qū)段回流系統(tǒng)復雜程度、電氣絕緣軌道電路結構復雜、造價昂貴、維修困難等缺陷。目前，準軌道電路斷軌檢測技術作為軌道電路的附屬功能，仍是我國最廣泛使用的在線式斷軌檢測方法 [2,26]。 Holgate 等人在 專利（ US 6,779,761B2） 和專利（ EP 126825281） “ BROKEN RAIL DETECTION” 中 設計了一套軌道電路監(jiān)測斷 軌系統(tǒng) [2829]，如 圖 13 所示 ，1 13 為鋼軌， 1 1 20 為電路連接線， 22 為直流或低頻交流電源， 24 為 電流計， 26 為控制主機 。 該技術通過電源給電路施加一個低電壓，形成回路。如果電路完好，電流計器正常顯示；若兩個電流計的示數(shù)同時降低或消失，則說明電線 20 出現(xiàn)損傷；若其中一只電流計的示數(shù)降低或消失，則說明與之相串聯(lián)的鋼軌出現(xiàn)傷損或斷裂，控制主機通過感知電流計電流的大小來發(fā)出警報。 圖 13 軌道電路監(jiān)測斷軌示意圖 光纖實時斷軌監(jiān)測技術 光纖實時斷軌檢測 技術 是使用貼于軌道上的標準單模光纖進行檢測 的技術方法。 該技術通過在 光纖的一端接 入波長為 1550 nm的 光源，另一端 連 接 接收器 。當 鋼軌發(fā)生折斷 時 ，光纖將隨之
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