本發(fā)明涉及城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測，尤其是涉及混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測變得尤為重要。傳統(tǒng)的檢測方法如超聲波檢測、射線檢測等存在一定的局限性，如對環(huán)境和人體健康有影響、成本高、操作復(fù)雜等。磁記憶檢測技術(shù)作為一種新型的無損檢測技術(shù)，因其非侵入性、高靈敏度和操作簡便等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域顯示出巨大潛力。

2、當前，磁記憶檢測方法是采用接觸式且多采用大地磁場(被動源)，效率和信噪比較低，存在較大的多解性和不確定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法及裝置。采用如下的技術(shù)方案：

2、混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法，包括以下步驟：

3、步驟1，使用磁記憶感知器沿城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面移動，采集混合源漏磁場信號；

4、步驟2，對采集到的混合源漏磁場信號進行濾波、放大和數(shù)字化處理，提取混合源漏磁場信號特征參數(shù)；

5、步驟3，基于混合源漏磁場信號的特征參數(shù)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中區(qū)域進行損傷識別和定位，輸出損傷識別結(jié)果；

6、步驟4，根據(jù)損傷識別結(jié)果評估城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。

7、通過采用上述技術(shù)方案，采用磁記憶檢測原理來對軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康進行自動化檢測；

8、磁記憶檢測原理：利用鐵磁性材料在磁場和外加應(yīng)力作用下，應(yīng)力集中區(qū)域會發(fā)生磁疇組織的不可逆重取向，導(dǎo)致該區(qū)域漏磁場的變化。通過測量這些變化，可以確定結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中和損傷位置。

9、磁記憶檢測技術(shù)的原理涉及磁疇在應(yīng)力作用下的重新取向以及由此產(chǎn)生的漏磁場變化。我們構(gòu)造一個簡化的公式來表達磁記憶信號與應(yīng)力集中之間的關(guān)系。以下是一個基于物理原理的公式：

10、δb＝μ0·δm＝μ0.α·σ；

11、δb是漏磁場的變化量，單位是特斯拉(t)。這是由于磁疇重新取向而在材料表面產(chǎn)生的磁場變化，可以通過磁記憶傳感器測量得到。

12、μ0是真空的磁導(dǎo)率，其值為4π×10-7h/m(亨利每米)，是一個物理常數(shù)。

13、δm是磁化強度的變化量，單位是安培每米(a/m)。它表示由于應(yīng)力作用導(dǎo)致的磁疇重新取向所產(chǎn)生的磁化強度變化。

14、α是磁致伸縮系數(shù)，單位是米每米(m/m)。這是一個材料常數(shù)，表示材料在單位應(yīng)力作用下磁化強度變化的程度。不同的鐵磁性材料有不同的磁致伸縮系數(shù)。

15、σ是應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力，單位是帕斯卡(pa)。這是作用在材料上的外部載荷導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力，特別是在應(yīng)力集中區(qū)域，如裂紋尖端或幾何不連續(xù)處。

16、在這個公式中，假設(shè)磁化強度的變化量δm與應(yīng)力σ成正比，比例系數(shù)為磁致伸縮系數(shù)α。這意味著，當材料受到應(yīng)力作用時，磁疇會重新取向，導(dǎo)致磁化強度發(fā)生變化，從而在材料表面產(chǎn)生漏磁場的變化δb。通過測量這個漏磁場的變化，可以推斷出材料內(nèi)部的應(yīng)力集中情況。

17、用磁記憶感知器沿城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面移動，感知采集漏磁場信號。磁記憶感知器可以是采用行走機構(gòu)配合金屬磁記憶診斷儀形成的檢測設(shè)備，對采集到的混合源漏磁場信號進行濾波、放大和數(shù)字化處理，提取特征參數(shù)?；诨旌显绰┐艌鲂盘柕奶卣鲄?shù)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，對結(jié)構(gòu)的損傷和應(yīng)力集中區(qū)域進行識別和定位，最終根據(jù)損傷識別結(jié)果，可以評估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，并提出相應(yīng)的維護建議。

18、能夠準確、高效地檢測城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的損傷和應(yīng)力集中區(qū)域，磁記憶檢測技術(shù)對微小的磁狀態(tài)變化具有高靈敏度，能夠檢測到早期損傷和應(yīng)力集中。采用混合源，提高信號強度，信息更加豐富，降低外磁場干擾。無需復(fù)雜的操作，易于在現(xiàn)場進行快速檢測。裝置可實現(xiàn)對城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷；相比于傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)，混合源磁記憶遙感技術(shù)具有更經(jīng)濟的成本、精度和更高的效率。

19、可選的，步驟1中，控制磁記憶感知器的行走機構(gòu)的移動速度為勻速，速度在0.05-0.1米每秒。

20、通過采用上述技術(shù)方案，磁記憶感知器以0.05-0.1米每秒的勻速沿著城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面移動，城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)一般是指軌道結(jié)構(gòu)、高架橋結(jié)構(gòu)。

21、可選的，步驟2中，從漏磁場變化量中提取特征參數(shù)的公式是：

22、

23、其中f是提取的特征參數(shù)；δbtotal是總漏磁場的變化量；δbref是參考漏磁場變化量；e-λf是頻率衰減因子，用于模擬信號在傳輸過程中的衰減；λ是衰減系數(shù)；f是信號的頻率；β是激勵場影響因子；δbexcite是由人工激勵磁場引起的漏磁場變化量。

24、通過采用上述技術(shù)方案，混合源磁記憶檢測方法：保護基于混合源的磁記憶檢測方法，包括人工激勵磁場、大地磁場以及外部應(yīng)力作用的結(jié)合使用。

25、保護對磁記憶信號進行濾波、放大和數(shù)字化處理的算法，以及特征參數(shù)提取的方法。信號處理與特征提取算法，漏磁場變化量中提取特征參數(shù)的公式旨在描述從漏磁場變化量中提取特征參數(shù)的過程：

26、f是提取的特征參數(shù)，它是一個無量綱的指標，用于表征材料的損傷程度和應(yīng)力集中情況；

27、δbtotal是總漏磁場的變化量，單位是特斯拉(t)，它是由于應(yīng)力、地磁場和人工激勵磁場共同作用下在材料表面產(chǎn)生的總磁場變化；

28、δbref是參考漏磁場變化量，單位也是特斯拉(t)，它通常是在已知應(yīng)力狀態(tài)下的漏磁場變化量，用于標準化測量結(jié)果；

29、e-λf是頻率衰減因子，用于模擬信號在傳輸過程中的衰減；

30、λ是衰減系數(shù)，它與材料的磁導(dǎo)率、傳感器的特性以及檢測系統(tǒng)的配置有關(guān)；

31、f是信號的頻率，單位是赫茲(hz)，它與信號處理中的濾波操作有關(guān)；

32、β是激勵場影響因子，它是一個無量綱的系數(shù)，用于調(diào)整人工激勵磁場對

33、總漏磁場變化量的影響；

34、δbexcite是由人工激勵磁場引起的漏磁場變化量，單位是特斯拉(t)；

35、在這個公式中，通過將總漏磁場變化量δbtotal與參考漏磁場變化量δbref的比值來標準化信號，以消除不同測量條件下的差異。然后，引入頻率衰減因子e-λf來模擬和校正信號在傳輸過程中的衰減效應(yīng)。最后，通過激勵場影響因子β來調(diào)整人工激勵磁場對總漏磁場變化量的影響，從而更準確地提取特征參數(shù)f。特征參數(shù)f可以用來評估材料的損傷程度和應(yīng)力集中情況。

36、可選的，總漏磁場變化量δbtotal的計算方法是：

37、δbtotal＝δbstress+δbearth+δbexcite；

38、其中δbstress是由應(yīng)力引起的漏磁場變化量，δbearth是由地磁場引起的漏磁場變化。

39、可選的，δbstress＝μ0·α·σ；

40、其中μ0是真空的磁導(dǎo)率，α是磁致伸縮系數(shù)，σ是應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力。

41、可選的，δbearth＝μ0·mearth；其中μ0是真空的磁導(dǎo)率；mearth是地磁場引起的磁化強度變化量。

42、可選的，δbexcite＝μ0·mexcite；mexcite是人工激勵磁場引起的磁化強度變化量。

43、可選的，步驟4中，根據(jù)損傷識別結(jié)果評估城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的方法是：

44、步驟41，分析提取的混合源漏磁場信號特征參數(shù)與城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)損傷之間的相關(guān)性，選擇與損傷識別最相關(guān)的特征；

45、步驟42，使用主成分分析方法(pca)減少特征維度；

46、步驟43，根據(jù)已知城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)損傷情況的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練樣本包括正常狀態(tài)和不同損傷程度的樣本；

47、步驟44，使用訓(xùn)練樣本訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)算法得到損傷識別模型，機器學(xué)習(xí)算法是支持向量機(svm)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

48、步驟45，將訓(xùn)練好的損傷識別模型應(yīng)用于實時采集的磁場信號，進行損傷識別，通過分析損傷特征參數(shù)的空間分布，確定損傷的具體位置；

49、步驟46，輸出結(jié)構(gòu)損傷的損傷程度和損傷位置信息。

50、通過采用上述技術(shù)方案，能夠有效地提高城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的智能化水平，為保障城市軌道交通安全運行提供技術(shù)支持。

51、混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測裝置，用于實現(xiàn)混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法，檢測裝置包括行走機構(gòu)、伸縮機構(gòu)、磁記憶感知器和基于芯片的檢測控制器，所述行走機構(gòu)的底部位于城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面移動，所述伸縮機構(gòu)的底座可拆卸安裝在行走機構(gòu)底部，伸縮部朝下伸縮；

52、磁記憶感知器包括磁記憶檢測殼體、金屬磁記憶診斷儀、基于芯片的邊端數(shù)據(jù)分析模塊和無線傳輸模塊，所述磁記憶檢測殼體的頂部可拆卸安裝在伸縮機構(gòu)的伸縮部上，所述金屬磁記憶診斷儀安裝在磁記憶檢測殼體內(nèi)，當伸縮機構(gòu)的伸縮部伸出時，金屬磁記憶診斷儀的探測頭貼在城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面，所述邊端數(shù)據(jù)分析模塊安裝在磁記憶檢測殼體內(nèi)，邊端數(shù)據(jù)分析模塊的數(shù)據(jù)輸入口與金屬磁記憶診斷儀的數(shù)據(jù)輸出口通信連接，基于異常閾值對金屬磁記憶診斷儀的檢測數(shù)據(jù)進行邊端分析，無線傳輸模塊與邊端數(shù)據(jù)分析模塊通信連接，將邊端分析結(jié)果為超過異常閾值的檢測數(shù)據(jù)打包，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠端計算機，所述遠端計算機采用混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法的步驟2到步驟4的方法對軌道交通工程結(jié)構(gòu)進行健康檢測，輸出健康檢測結(jié)果；

53、檢測控制器分別控制行走機構(gòu)、伸縮機構(gòu)、金屬磁記憶診斷儀、邊端數(shù)據(jù)分析模塊和無線傳輸模塊的執(zhí)行動作。

54、可選的，行走機構(gòu)是agv電動小車，agv電動小車的電池組分別為伸縮機構(gòu)、磁記憶感知器和檢測控制器供電；

55、伸縮機構(gòu)包括伺服電缸和距離傳感器，所述距離傳感器安裝在磁記憶檢測殼體上，距離傳感器與檢測控制器通信連接，檢測控制器基于距離傳感器的檢測距離參數(shù)控制伺服電缸的伸縮部行程；

56、金屬磁記憶診斷儀是多通道金屬磁記憶診斷儀。

57、通過采用上述技術(shù)方案，距離傳感器的作用為伺服電缸的伸縮部行程控制提供參考，使金屬磁記憶診斷儀的檢測頭與軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面間隙為設(shè)定值，例如1mm-3mm，實現(xiàn)無接觸的移動式遙感檢測。

58、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

59、本發(fā)明能提供混合源磁記憶遙感軌道交通工程結(jié)構(gòu)健康檢測方法及裝置，用磁記憶感知器沿城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)表面移動，感知采集漏磁場信號。磁記憶感知器可以是采用行走機構(gòu)配合金屬磁記憶診斷儀形成的檢測設(shè)備，基于混合源漏磁場信號的特征參數(shù)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，對結(jié)構(gòu)的損傷和應(yīng)力集中區(qū)域進行識別和定位，最終根據(jù)損傷識別結(jié)果，可以評估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，并提出相應(yīng)的維護建議；

60、能夠準確、高效地檢測城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的損傷和應(yīng)力集中區(qū)域，磁記憶檢測技術(shù)對微小的磁狀態(tài)變化具有高靈敏度，能夠檢測到早期損傷和應(yīng)力集中。采用混合源，提高信號強度，信息更加豐富，降低外磁場干擾。無需復(fù)雜的操作，易于在現(xiàn)場進行快速檢測。裝置可實現(xiàn)對城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷；相比于傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)，混合源磁記憶遙感技術(shù)具有更經(jīng)濟的成本、精度和更高的效率。