沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及路基檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]因高鐵正式投運(yùn)時(shí)間尚短，無(wú)砟軌道病害檢測(cè)方法研宄相對(duì)滯后，目前僅有北京交通大學(xué)和中鐵瑞威檢測(cè)公司運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)開(kāi)展過(guò)無(wú)砟軌道路基病害檢測(cè)工作。因無(wú)砟軌道路基通常整體混凝土封閉，底座與基床之間的空隙很小，有的可能只有毫米，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)分辨率低，達(dá)不到查清無(wú)碴軌道底座毫米級(jí)脫空狀態(tài)的要求；另外，混凝土底座中含有鋼筋，對(duì)雷達(dá)電磁波信號(hào)造成屏蔽，影響底座脫空狀態(tài)的探測(cè)精度。因此，有必要研宄和探索確定合適的物探檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是要提供一種沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及方法，該結(jié)構(gòu)及方法能夠提高底座脫空狀態(tài)的探測(cè)精度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，它包括基床、設(shè)置在基床頂面的無(wú)砟軌道底座、設(shè)置在無(wú)砟軌道底座上的軌道板，其特征在于:所述無(wú)砟軌道底座頂面的一側(cè)沿線(xiàn)路方向均勻設(shè)有多個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)，所述每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)的側(cè)面均設(shè)有一個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)，所述彈性波檢測(cè)點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)的沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)與軌道板之間，它還包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、能在每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行彈性波檢測(cè)的加速度傳感器、能在每個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)上進(jìn)行沖擊彈性波激發(fā)的沖擊彈性波激發(fā)裝置，所述加速度傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端。
[0005]一種上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)檢測(cè)的方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0006]步驟1:在計(jì)算機(jī)中做出高速鐵路無(wú)砟軌道底座無(wú)脫空狀態(tài)結(jié)構(gòu)的模型，在該模型中的各個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)進(jìn)行沖擊彈性波激發(fā)模擬，得到各個(gè)對(duì)應(yīng)彈性波檢測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試點(diǎn)參考頻譜；
[0007]步驟2:將加速度傳感器安裝到某一個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)的卡座上，使加速度傳感器固定在該彈性波檢測(cè)點(diǎn)上；
[0008]步驟3:通過(guò)沖擊彈性波激發(fā)裝置在與步驟2中彈性波檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)上激發(fā)沖擊彈性波；
[0009]步驟4:步驟2中安裝的加速度傳感器檢測(cè)到由沖擊彈性波在無(wú)砟軌道底座及基床中傳播產(chǎn)生的加速度響應(yīng)信號(hào)；
[0010]步驟5:加速度傳感器將檢測(cè)到的加速度響應(yīng)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，獲得對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)頻譜，將測(cè)試點(diǎn)頻譜與步驟I中獲取的測(cè)試點(diǎn)參考頻譜進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)下列三個(gè)條件有一個(gè)滿(mǎn)足時(shí)，則說(shuō)明該彈性波檢測(cè)點(diǎn)正下方區(qū)域的無(wú)砟軌道底座與基床存在脫空現(xiàn)象:當(dāng)下列三個(gè)條件全部不滿(mǎn)足時(shí)，則說(shuō)明該彈性波檢測(cè)點(diǎn)正下方區(qū)域的無(wú)砟軌道底座與基床不存在脫空現(xiàn)象；
[0011 ] 條件一:測(cè)試點(diǎn)頻譜中有一個(gè)時(shí)刻的波長(zhǎng)比測(cè)試點(diǎn)參考頻譜對(duì)應(yīng)時(shí)刻的波長(zhǎng)拉伸一倍及以上；
[0012]條件二:測(cè)試點(diǎn)頻譜中加速度響應(yīng)信號(hào)的周期相比測(cè)試點(diǎn)參考頻譜加大一倍及以上;
[0013]條件三:測(cè)試點(diǎn)頻譜相對(duì)測(cè)試點(diǎn)參考頻譜向低頻方向移動(dòng)半個(gè)周期及以上；
[0014]步驟6:根據(jù)步驟2?步驟5的方法對(duì)剩下的所有彈性波檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，判斷各個(gè)剩下的彈性波檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)正下方區(qū)域的無(wú)砟軌道底座與基床是否存在脫空現(xiàn)象。
[0015]本發(fā)明利用沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)，不僅簡(jiǎn)便快捷、經(jīng)濟(jì)有效，而且測(cè)試深度深、分辨率高，克服地質(zhì)雷達(dá)分辨率無(wú)法達(dá)到檢測(cè)毫米級(jí)脫空的要求，通過(guò)對(duì)沖擊彈性波的頻譜特征分析，能夠準(zhǔn)確有效的評(píng)價(jià)無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)，為高速鐵路無(wú)砟軌道病害整治提供有力的依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明中無(wú)砟軌道底座無(wú)脫空的沖擊彈性波頻譜圖；
[0018]圖3為本發(fā)明中無(wú)砟軌道底座脫空的沖擊彈性波頻譜圖；
[0019]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)砟軌道底座脫空的地質(zhì)雷達(dá)記錄圖；
[0020]圖5為圖1中彈性波檢測(cè)點(diǎn)、卡座和加速度傳感器部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，I一基床、2—卡座、3—無(wú)砟軌道底座、3.1—彈性波檢測(cè)點(diǎn)、3.2—沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)、4 一軌道板、5—加速度傳感器、6—沖擊彈性波激發(fā)裝置、7—計(jì)算機(jī)、8—數(shù)據(jù)采集器、9一信號(hào)放大器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0023]如圖1和圖5所示的沖擊彈性波檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，它包括基床1、設(shè)置在基床I頂面的無(wú)砟軌道底座3、設(shè)置在無(wú)砟軌道底座3上的軌道板4，所述無(wú)砟軌道底座3頂面的一側(cè)沿線(xiàn)路方向均勻設(shè)有多個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1，所述每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1的側(cè)面均設(shè)有一個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2，所述彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1位于對(duì)應(yīng)的沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2與軌道板4之間，它還包括計(jì)算機(jī)7、數(shù)據(jù)采集器8、能在每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1上進(jìn)行彈性波檢測(cè)的加速度傳感器5、能在每個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2上進(jìn)行沖擊彈性波激發(fā)的沖擊彈性波激發(fā)裝置6，所述加速度傳感器5的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)采集器8連接計(jì)算機(jī)7的信號(hào)輸入端。
[0024]上述技術(shù)方案中，所述每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1上還安裝有用于固定加速度傳感器5的卡座2。
[0025]上述技術(shù)方案中，所述相鄰兩個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1之間的間距相等。
[0026]上述技術(shù)方案中，所述相鄰兩個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1之間的間距相等且間距范圍均為24?26cm。該間距綜合考慮了工作效率與檢測(cè)精度，高鐵夜間維修時(shí)間只有兩三個(gè)小時(shí)，如果間距太小，檢測(cè)精度雖然提高了，但工作效率會(huì)降低；如果間距太大，工作效率提高了，但是檢測(cè)精度會(huì)降低。
[0027]上述技術(shù)方案中，所述每個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1距離軌道板4對(duì)應(yīng)側(cè)的距離相等且距離范圍均為0.5?1.5cm。軌道板下出露的底座寬度僅為30cm，檢測(cè)點(diǎn)需要盡量遠(yuǎn)離底座邊界，避免離底座邊界太近產(chǎn)生邊界效應(yīng)，影響檢測(cè)結(jié)果。
[0028]上述技術(shù)方案中，所述每個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2距離對(duì)應(yīng)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1之間的距離相等且距離范圍均為8?10cm。該間距適合探測(cè)厚度在30cm的底座，間距太小，檢測(cè)深度不夠，間距太大，接收不到有效沖擊彈性波。
[0029]上述技術(shù)方案中，它還包括信號(hào)放大器9，所述加速度傳感器5的信號(hào)輸出端通過(guò)信號(hào)放大器9連接數(shù)據(jù)采集器8的信號(hào)輸入端。
[0030]一種利用上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行高速鐵路無(wú)砟軌道底座脫空狀態(tài)檢測(cè)的方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0031]步驟1:在計(jì)算機(jī)7中做出高速鐵路無(wú)砟軌道底座無(wú)脫空狀態(tài)結(jié)構(gòu)的模型，在該模型中的各個(gè)沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2進(jìn)行沖擊彈性波激發(fā)模擬，得到各個(gè)對(duì)應(yīng)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試點(diǎn)參考頻譜；
[0032]步驟2:將加速度傳感器5安裝到某一個(gè)彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1的卡座2上，使加速度傳感器5固定在該彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1上(保證加速度傳感器5與彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1接觸緊密)；
[0033]步驟3:通過(guò)沖擊彈性波激發(fā)裝置6在與步驟2中彈性波檢測(cè)點(diǎn)3.1對(duì)應(yīng)的沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2上激發(fā)沖擊彈性波(即沖擊彈性波激發(fā)裝置6垂直敲擊沖擊彈性波激發(fā)點(diǎn)3.2，上述垂直敲擊能夠產(chǎn)生向下穿透底座到達(dá)基床的沖擊彈性波，從而檢測(cè)底座脫空情況)；