Алгоритмы и радиоэлектронное устройство обработки сигналов для обнаружения, классификации и отображения информации в дефектоскопии железнодорожных путей

• Автор: Матюнин, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 275 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Анализ сигналов, записанных регистрирующей аппаратурой магнитного вагона-дефектоскопа
1.1 Назначение и принцип работы магнитного вагона-дефектоскопа
1.2 Дефекты рельсов, обнаруживаемые аппаратурой магнитного вагона-дефектоскопа
1.3 Факторы, влияющие на форму фрагментов сигнала дефектограммы
1.4 Визуальный анализ фрагментов сигнала дефектограммы магнитного вагона-дефектоскопа
1.5 Краткий обзор аппаратуры существующих вагонов дефектоскопов и комплексов для магнитного неразрушающего контроля рельсов
1.6 Структура алгоритма автоматизированного обнаружения дефектов, используемого в комплексе автоматизированном дефектоскопном магнитном
1.7 Постановка и структура решения задачи распознавания фрагментов сигнала многоканальной дефектограммы
1.8 Выводы
2 Выбор и обоснование моделей подмножеств фрагментов сигнала от дефектов для реализации алгоритмов распознавания
2.1 Экспериментальные д анн ые
2.2 Структура экспериментальных данных
2.3 Спектральный анализ экспериментальных данных
2.4 Плотность вероятности произвольного сечения подмножества фрагментов сигнала от дефекта
2.5 Размерность признакового пространства фрагментов сигналов дефектограммы
2.6 Разбиение априорных подмножеств методами кластеризации с помощью функционала
2.7 Пороговые признаки фрагментов сигнала от дефекта
2.8 Выводы
3 Алгоритмы обнаружения и классификации фрагментов сигнала от дефектов железнодорожного пути

3.1 Алгоритм обнаружения регулярных и нерегулярных фрагментов сигнала дефектограммы
3.2 Алгоритмы распознавания фрагментов сигнала дефектограммы
3.3 Многоканальный автоматизированный магнитный дефектоскоп рельсов

3.4 Анализ оценок параметров нормальных распределений подмножеств фрагментов сигнала
3.5 Метод расширения множества пространственно-временных фрагментов сигнала от дефектов многоканальной дефектограммы
3.6 Алгоритмы определения местоположения дефекта в плоскости поперечного сечения рельса
3.8 Выводы
4. Статистические испытания алгоритмов обнаружения и классифиации регулярных и нерегулярных фрагментов сигнала дефектограммы
4.1 Статистические испытания алгоритма обнаружения регулярных и нерегулярных фрагментов сигнала дефектограммы
4.2 Статистические испытания алгоритмов распознавания для априорных классов подмножеств регулярных и нерегулярных фрагментов сигнала..
4.3 Статистические испытания алгоритмов распознавания фрагментов сигнала для классов подмножеств, полученных в результате кластеризации
4.4 Применение метода расширения множества в алгоритме распознавания на основе байесовского решающего правила по временным отсчетам
4.5 Статистические испытания алгоритмов распознавания регулярных и нерегулярных фрагментов сигнала для всех подмножеств
4.6 Статистические испытания алгоритмов определения местоположения дефекта в плоскости поперечного сечения рельса
4.7 Устройство обнаружения нерегулярных фрагментов сигнала
4.8 Программное обеспечение проекта
4.9 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.
Ежегодно на железных дорогах демонтируют с пути несколько десятков тысяч поврежденных и дефектных рельсов. Замена и ремонт рельсов приводит к большим экономическим затратам. Очевидно, что каждое исследование, повышающее долговечность рельсов, дает большой экономический эффект. Однако значение этой «рельсовой проблемы» не ограничивается значительной экономией за счет увеличения срока службы рельсов. Главное здесь заключается в том, что надежность рельсов в основном определяет безопасность движения подвижного состава (поездов), а внезапные разрушения рельсов под поездами могут стать причиной катастрофы, крушений (аварий), которые могут вызвать человеческие жертвы.
Неразрушающий контроль при диагностике объектов обеспечивает безопасность и возможность эксплуатации объектов по их фактическому состоянию, а не по расчетному ресурсу. Диагностика рельсов посредством ультразвуковых и магнитных дефектоскопов позволяет продлить их срок, эксплуатации и выявлять рельсы с дефектами, предотвращая этим возможные изломы под поездами. Высокие достоверность и надежность неразрушающего контроля можно обеспечить только путем его автоматизации, включая обработку информации посредством вычислительной техники. Однако для любой ступени автоматизации системы неразрушающего контроля достоверность и надежность результатов в той или иной степени будут определяться надежностью оператора, эксплуатирующего систему. Увеличение числа каналов диагностики, с одной стороны дает больше объективной информации об объекте, а с другой стороны увеличивает нагрузку на оператора. Поэтому необходимо создавать многоканальные системы диагностики с автоматической расшифровкой дефектограмм.

На рис. 1.8 иллюстрируется изменение формы сигналов от внутреннего дефекта типа 21 в зависимости от скорости движения магнитного вагона-дефектоскопа. Как следует из визуального анализа рисунка, относительная амплитуда сигнала растет с увеличением скорости. Зависимость величины амплитуды фрагментов сигнала от дефекта типа 21 от скорости^ носит нелинейный характер.
Рис. 1.8 Изменение формы сигналов в индукционной катушке от внутреннего дефекта типа 21 в зависимости от скорости движения магнитного вагона-
дефектоскопа:-а) V = 20км/ч; б) V = ЗОкм/ч; в) V = 40км/ч; г) V = 50км/ч
Изменение величины сигналов в индукционном искателе от скорости движения магнитного вагона-дефектоскопа показано на рис. 1.9 [3]. Кривые отражают эту зависимость в режиме намагничивания рельсов максимальным рабочим током. Характерная особенность этой зависимости - сигналы от большого внутреннего дефекта типа 21 от скорости (кривая 1), амплитуда выбоксовины (кривая 2) и подкладки (кривая 5) с ростом скорости возрастает линейно, в то время как от малого внутреннего дефекта типа 21 (кривая 3) рост амплитуды наблюдается лишь до скорости 45 - 50 км/ч.
Итак, для внутренних дефектов типа 21 закономерностью является рост амплитуды сигнала при увеличении скорости до некоторого значения с