姬冠妮 王 菲 肖蕾蕾

（1.西安交通工程学院中兴通信学院 西安 710300）（2.西安交通工程学院电气工程学院 西安 710300）

1 引言

铁路运输是我国不可或缺的一种运输方式，其运输的安全性是非常重要的［1］。城市轨道交通中钢轨是线路上部建筑中直接承受机车车辆各种荷载的部分。钢轨的质量、工作状态对整个线路的质量以及行车安全有着直接的影响。

列车运行过程中会不断与钢轨发生冲击、弯曲、挤压与摩擦作用，钢轨在这些应力的重复作用下，极易出现疲劳裂纹，而疲劳裂纹但凡出现后便会快速的扩展，进而引发钢轨断裂和交通事故［2］。所以保证钢轨安全运输的主要措施就是开展钢轨探伤及应力检测，因而及时发现并处理所存在的安全隐患就显得至关重要。

目前用于铁路钢轨在线应力检测还没有好的方法，本文提出高速轨道应力的超声监测，可长时间在线监测高速轨道应力的变化［3］。系统具有算法便捷、硬件设计简单、小型实用、性价比高。

2 轨道中超声波传播特性分析

2.1 轨道中超声波传播

假定：平面声波，沿x方向传播，钢轨上传播超声波符合以下波动方程［4］：

其中：p为声压，v为质点振动速度，t为时间，c为速度常量（与钢轨密度及弹性系数有关）。

由于超声波从轨腰馈入，近似成简谐平面波可写为

式中：k=ω/c=2π/λ为波数；ω=2πf为角频。

式（4）中，第一项x同向波，第二项x反向波。

本文中的监测系统不用反向波（反射波），则令A2=0。

该式表明：在离声源x处的振动，要在声源振动的一个时延x/c后才发生，式（5）为本研究提供了理论依据。……