Page 124 - 《应用声学》2023年第3期

562 2023 年 5 月

波形的包络，有无缺陷时导波信号包络线的差值如
3 数据分析
图4(b) 所示。差值结果表明图 2 所示的导波监测系
图4(a)给出了无缺陷和缺陷达到第8等级时采 统可以有效识别道岔尖轨中的缺陷信号。
集得到的导波信号原始波形，图中的标识 1 ⃝和 2 ⃝为 从图 4 中可以观察到转辙机构的反射信号，其
转辙机构前后两个端面的反射信号， 3 ⃝为轨底缺陷 由多个波包混叠而成，主要原因是导波在转辙机构
反射信号。通过对比可以明显看出：相比无缺陷时 的两端面及其中部的螺栓孔处均存在较强的反射。
的结果 (基准信号)，缺陷存在时观察窗口内的回波 在图 4(b) 所示的包络差值结果中转辙结构反射波
幅值明显增强。利用希尔伯特变换求取图4(a)所示 并未完全消除，这与温度差异引起的波形偏移有关。

0.08 0.06
௄Ꭵᬞ(19.8 Ć) ࣀϙజጳ
Ꭵᬞ኎ጟ8(14.5 Ć)
ŀ Ł ł ᎥᬞԦ࠱
0.04
0.04
ࣨϙ/V 0 ࣨϙ/V

0.02
-0.04

-0.08 0
0 0.5 1.0 1.5 0 0.5 1.0 1.5
ᡰሏ/m ᡰሏ/m
(a) ԔݽηՂ (b) ࣀϙηՂ
图 4 有无缺陷时传感器采集的时域波形信号
Fig. 4 The time domain waveform signal collected by the sensor with and without defects
3.1 温度对导波信号的影响 境温度由 17.3 C 上升到 25.5 C，随后逐步降温至
◦
◦
◦
以图 4(a) 转辙机构反射回波中的子波包 2 ⃝为 14.5 C。在此过程中，转辙机构反射回波波包能量
例，分析温度对导波信号特征的影响。图 5 中给出 值变化趋势与环境温度变化趋势基本吻合。参量t A
了不同温度条件下测得的典型导波反射信号波形。 的总体变化趋势虽也呈现先下降后上升的规律，但
温度的波动引起了反射回波幅值和相位的变化，主 总体波动较为剧烈。图 6 所示结果表明：温度对尖
要的内在机制主要包括两类：(1) 温度变化会引起 轨导波监测信号的影响不可忽视。
材料弹性常数的波动，导致群速度频散曲线发生偏
0.06
移 [16] ；(2) 磁致伸缩传感器和轨底间耦合层 (环氧 21.2Ć
19.7Ć
树脂)的弹性常数以及耦合界面特性随温度而波动， 0.03 17.4Ć
导致耦合至轨底的导波幅值和相位发生变化 [17] 。
上述两种机制同时存在，难以进行解耦分析。 ࣨϙ/V 0
这里只探究实验过程中获得的变化规律。对图 5 所 -0.03
示的子波包进行波包能量E z 统计，并提取标记区间 t A
A
A 内波包极大值对应的传播时刻 t A ，它们随温度的 -0.06
0.55 0.60 0.65
变化趋势分别如图6(a)和图6(b)所示。 ᡰሏ/m
监测实验从 2020 年 10 月 20 日的 17 点持续到 图 5 不同温度下转辙机构反射子波包信号波形
23 点， 环 境 温 度 从 最 初 的 21.6 C 持 续 下 降 至 Fig. 5 Waveforms of reflected wavelet packets of
◦
15.5 C；2020 年 10 月 21 日的 9 点持续到 17 点，环 switch mechanisms at different temperatures
◦