超声导波断轨检测算法设计及硬件实现

发布时间：2020-06-01 19:44

【摘要】：高铁作为新时代的四大发明之一,在现代交通中具有举足轻重的地位。轨道由于使用频率高等因素容易受到损伤甚至出现断轨,严重影响交通运输事业甚至威胁到人民的生命安全。因此,对断轨检测算法进行研究尤为重要。本文主要研究基于超声导波的断轨检测算法,包括信号滤波、断轨定位和断轨大小判断等算法,由于超声导波信号易受噪声影响,本文首先采用经验模态分解算法(EMD)和集合经验模态分解(EEMD)算法进行去噪,在仿真过程中,发现EMD方法存在模态.混叠和端点效应,而EEMD方法计算较复杂。针对以上情况,本文提出一种改进EMD方法,相较EMD和EEMD算法,改进EMD方法,迭代次数减少,在一定程度上抑制模态混叠现象与端点效应;信噪比提升了 6%--11%,均方误差降低了 8%--13%,幅值提升2%--10%。对于超声导波信号的去噪效果,改进EMD算法性能最佳,效果最好。论文采用脉冲反射法测量进行断轨定位,使用包络峰值检测法对不同距离的断轨位置进行定位,确定回波时间。结果表明,断轨距离在100米以内时,断轨位置误差为1m;在高度为20mm的方钢上验证损伤大小计算方法,误差最大为4.46%。论文采用MATLAB进行信号建模,在不同噪声环境中仿真,使用实际超声导波信号在FPGA上进行验证。利用ModelSim对各模块进行功能仿真,最后在DE2-115开发板上进行了算法验证。结果与仿真相比,改进EMD方法可以有效地实现信号滤波;断轨计算方法的误差较低,有一定实际应用价值。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U216.3;TB559

【参考文献】

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5 孙凌逸;黄先祥;蔡伟;杨志勇;;基于经验模态分解的超声波管外测压信号去噪[J];声学技术;2011年05期

6 吕建新;吴虎胜;田杰;;EEMD的非平稳信号降噪及其故障诊断应用[J];计算机工程与应用;2011年28期

7 谢维达;周宇恒;寇若岚;;一种改进的快速归一化互相关算法[J];同济大学学报(自然科学版);2011年08期

8 周西峰;朱文文;郭前岗;;基于渐近半软阈值函数的超声信号去噪方法[J];探测与控制学报;2011年02期

9 史宏章;任远;张友鹏;田铭兴;;国内外断轨检测技术发展的现状与研究[J];铁道运营技术;2010年04期

10 孙伟峰;彭玉华;许建华;;基于EMD的激光超声信号去噪方法[J];山东大学学报(工学版);2008年05期

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本文编号：2691974