[實(shí)用新型]一種基于表面波法測(cè)量鋼軌裂紋磨損系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320098479.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203275369U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇曉東;張秀峰;姚廷;楊壽堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連民族學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種鋼軌裂紋的檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是一種基于DSP處理器單片機(jī)和超聲波換能器的測(cè)量鋼軌裂紋磨損系統(tǒng)。

背景技術(shù)最近幾年，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸通過(guò)不斷提速來(lái)增加運(yùn)輸能力，然而這對(duì)列車的安全運(yùn)行也提出了更高的要求，繁重的運(yùn)輸任務(wù)中難免會(huì)對(duì)鋼軌產(chǎn)生各種損傷，嚴(yán)重威脅著列車的運(yùn)行安全，因此鋼軌的磨損檢測(cè)受到非常高的重視。

目前國(guó)內(nèi)外主要采用檢測(cè)方式有：脈沖渦流檢測(cè)，激光線光源檢測(cè)，漏磁檢測(cè)，圖像處理檢測(cè)等，這些檢測(cè)方法效率低、操作復(fù)雜、容易漏檢和誤檢，而目前傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)法主要是利用脈沖回波和反射法，這種檢測(cè)方法對(duì)表面損傷存在盲區(qū)，漏檢率亦較高。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存有的不足，提供了一種基于表面波法測(cè)量鋼軌裂紋磨損系統(tǒng)，采用超聲波換能器以非接觸方式產(chǎn)生低頻表面波進(jìn)行鋼軌裂紋的檢測(cè)，其較高的靈敏度彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的不足。

本實(shí)用新型由波形發(fā)射控制電路、信號(hào)調(diào)理電路、DSP信號(hào)處理電路、單片機(jī)控制電路、表面波數(shù)據(jù)采集電路和超聲波換能器組成，單片機(jī)通過(guò)調(diào)頻經(jīng)波形發(fā)射電路控制超聲波發(fā)射頻率，由第一超聲波探頭發(fā)射低頻超聲波形成表面波沿鋼軌傳播；低頻超聲波沿鋼軌向前傳播時(shí)采用平行模式是第二和第三超聲波換能器探頭進(jìn)行接收，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路的濾波提取后傳給DSP處理器進(jìn)行信號(hào)的處理運(yùn)算，并判斷信號(hào)報(bào)警的有效性；單片機(jī)控制電路采用MSP430系列單片機(jī)；DSP信號(hào)處理電路進(jìn)行實(shí)時(shí)處理聲波信號(hào)時(shí)，將判斷是否達(dá)到閾值，輸出信息變化同時(shí)在液晶屏上以數(shù)字形式顯示，并且將數(shù)據(jù)保存磁盤(pán)；報(bào)警部分采用蜂鳴器長(zhǎng)鳴的形式，并能夠外擴(kuò)人性化語(yǔ)音模式。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、采用超聲波換能器以非接觸方式產(chǎn)生低頻表面波進(jìn)行裂紋的檢測(cè)，其較高的靈敏度擬補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的不足。

2、采用MSP430系列單片機(jī)，具有低功耗、精度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)保存?zhèn)溆?，為后續(xù)安全和維護(hù)問(wèn)題提供資料支持。

3、單片機(jī)通過(guò)變頻技術(shù)控制超聲波換能器的輸出功率，通過(guò)設(shè)置脈寬調(diào)制輸出模式(PWM)改變占空比，作為換能器的振動(dòng)信號(hào)源，同時(shí)，反饋電流經(jīng)運(yùn)放電路傳回給單片機(jī)，形成閉環(huán)反饋回路。

4、接收信號(hào)部分采用對(duì)稱方式，簡(jiǎn)化信號(hào)分析中雜波信號(hào)的影響，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明圖1為實(shí)用新型的工作原理框圖。

具體實(shí)施方式如圖1所示，一種基于表面波法測(cè)量鋼軌裂紋磨損系統(tǒng)，由波形發(fā)射控制電路1、信號(hào)調(diào)理電路2、DSP信號(hào)處理電路3、單片機(jī)控制電路4、表面波數(shù)據(jù)采集電路5和超聲波換能器6組成，單片機(jī)通過(guò)調(diào)頻經(jīng)波形發(fā)射電路控制超聲波發(fā)射頻率，由第一超聲波換能器7-1探頭發(fā)射低頻超聲波形成表面波沿鋼軌傳播；低頻超聲波沿鋼軌向前傳播時(shí)采用平行模式是第二超聲波換能器7-2和第三超聲波換能器7-3探頭進(jìn)行接收，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路的濾波提取后傳給DSP處理器進(jìn)行信號(hào)的處理運(yùn)算，并判斷信號(hào)報(bào)警的有效性；單片機(jī)控制電路采用MSP430系列單片機(jī)；DSP信號(hào)處理電路進(jìn)行實(shí)時(shí)處理聲波信號(hào)時(shí)，將判斷是否達(dá)到閾值，輸出信息變化同時(shí)在液晶屏上以數(shù)字形式顯示，并且將數(shù)據(jù)保存磁盤(pán)；報(bào)警部分采用蜂鳴器長(zhǎng)鳴的形式，并能夠外擴(kuò)人性化語(yǔ)音模式。

在一條鋼軌上，通過(guò)一支超聲波換能器在軌道上表面以一定角度產(chǎn)生低頻表面超聲波，將另外兩支用于接收散射信號(hào)的相同類型的超聲波換能傳感器，在沿聲波傳播及軌道運(yùn)行前方，平行于其中一條鋼軌兩側(cè)放置，系統(tǒng)傳感器采用壓電陶瓷式，用于接收裂紋阻礙表面波傳播而產(chǎn)生的漏波，第二條鋼軌采用相同的結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

檢測(cè)時(shí)傳感器沿軌道方向前進(jìn)，控制電路采用單片機(jī)變頻技術(shù)，反饋控制壓電陶瓷超聲波換能器的諧振頻率，單片機(jī)采用MSP430G2553通過(guò)調(diào)整PWM脈沖頻率和脈沖寬度輸出來(lái)控制換能器的振蕩信號(hào)輸出，輸出信號(hào)經(jīng)功率管驅(qū)動(dòng)，由高頻變壓器輸出高頻電壓，加載在超聲波換能器上，使換能器產(chǎn)生振蕩，當(dāng)換能器工作在共振頻率時(shí)，反饋電流經(jīng)運(yùn)放電路返回給單片機(jī)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制電路，驅(qū)動(dòng)與軌道有一定傾角的第一支傳感器產(chǎn)生低頻超聲表面波向前傳播，聲波傳播中，如遇到裂紋，根據(jù)發(fā)散原理接收端將會(huì)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路傳給DSP進(jìn)行信號(hào)的濾波和分析處理。

DSP處理器通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)換信號(hào)的檢測(cè)，判別采集信號(hào)是否為裂紋損傷信號(hào)，系統(tǒng)采用16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器DSP2407，處理能力可達(dá)30MIPS，當(dāng)系統(tǒng)沿鋼軌行進(jìn)檢測(cè)時(shí)，超聲波換能器產(chǎn)生的表面波也將沿著鋼軌表面?zhèn)鞑ィ?dāng)鋼軌表面有裂紋時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生散射，經(jīng)鋼軌兩側(cè)的換能器接收后做濾波處理傳送給信號(hào)處理器，信號(hào)處理器通過(guò)FFT變換和加窗分析，確定裂紋產(chǎn)生的峰值電壓信號(hào)并傳給單片機(jī)顯示、存儲(chǔ)，顯示鋼軌存在裂紋損傷，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄和報(bào)警。如果鋼軌沒(méi)有裂紋時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)明顯的峰值電信號(hào)，表明鋼軌完好。