脉冲压缩在超声导波钢轨断裂检测的应用研究

来源：电子测量技术杂志2025年第3期北京时间：

作者：许溢航，王平，杨元，王勇

单位：南京航空航天大学自动化学院 南京 211106

摘要：为提高超声导波钢轨断裂检测距离与断面定位精度，保证钢轨服役期间安全性。本研究采用Barker码编码方式与凯塞窗函数对激励信号进行调制，扩展激励信号时宽，增强发射信号能量，通过对检测信号进行脉冲压缩处理，提高缺陷信号分辨率。开展有限元仿真研究，搭建钢轨三维仿真模型，并模拟钢轨断裂损伤情况。钢轨断裂程度为20%时，采用多周期正弦波信号激励，直达波信号的主波包信号与相邻波包信号峰峰值之比为1.065，而采用Barker13编码信号激励，直达波信号的主波包信号与相邻波包信号峰峰值比提高到2542。分析不同断裂程度下的缺陷回波信号特征，采用Barker13编码激励信号回波信号强度幅值变化在40 dB以上，经有限元仿真研究可知，编码激励与脉冲压缩技术有效提高检测信号的分辨率与信号幅值。结合线下长距离钢轨检测实验，采用多周期正弦波信号所得到的检测信号，始波与回波信号成分复杂，时间差计算困难，而脉冲压缩技术有效提高检测信号信噪比，改善始波信号与回波信号的信号分辨率，断面定位准确率为99.3%。编码激励和脉冲压缩技术有效提高检测信号的幅值以及检测定位精度，为长距离钢轨断面定位提供技术手段。

关键词：钢轨断裂;超声导波检测;巴克码;凯塞窗;脉冲压缩

基金资助：江苏省重点研发计划（BE2021621)、江苏省工业和信息产业转型升级专项资金项目（苏工信综合［2022］115号）资助