我國鐵路系統(tǒng)規(guī)模龐大,自改革開放以來,經四十余年的發(fā)展,鐵路營運里程大幅度增加,由此帶來的鐵路維檢任務日益艱巨的問題不容忽視。近年來,主管部門多次強調保證鐵路運輸的安全的重要性。本課題從實際需求出發(fā),設計了一套適用于鋼軌探傷的高速超聲檢測系統(tǒng)。首先,論文從超聲檢測的原理入手,選擇脈沖反射法作為作為本系統(tǒng)的檢測方法。其次,根據實際需要,制定系統(tǒng)總體方案,確定系統(tǒng)性能指標。從硬件和軟件兩個方面進行設計工作。硬件方面,設計了超聲波激勵模塊、信號調理模塊、人機交互模塊、采樣模塊和以太網接口模塊。其中信號調理模塊設計了前置放大電路、程控增益電路、帶通濾波電路和衰減電路的拓撲結構來調理回波信號。超聲波激勵模塊最大能發(fā)射重復頻率為3kHz的超聲波,滿足高速探傷對重復頻率的需求,信號調理模塊能夠在0～80dB增益范圍內實現波形調節(jié)。軟件方面,利用ARM主控芯片設計了人機交互模塊控制程序,利用FPGA器件XC7A100T實現了高速模數轉換器驅動、數據緩存、數字濾波、數據傳輸等功能,65MHz的采樣率使本系統(tǒng)能夠識別更高頻率的噪聲信號,從硬件和軟件上均對超聲回波的進行濾波處理。設計了基于UDP的以太網幀通信協議,用于硬件系統(tǒng)和上位機軟件之間的數據交互。編寫了上位機界面,實現數據保存和波形顯示功能。最后,本課題開發(fā)了超聲數據采集系統(tǒng)的樣機,并對硬件和軟件系統(tǒng)分別按模塊進行了測試,實驗結果表明,本系統(tǒng)各個模塊工作正常,性能指標能夠達到設計要求,硬件系統(tǒng)和上位機通訊正常,符合設計初衷。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TP274.2;TN791
【部分圖文】：

西安理工大學工程碩士專業(yè)學位論文4圖1-1手推式單軌探傷儀Fig.1-1TheHandPushTypeFlawDetectorforMonorail由于手推式單軌探傷儀在價格、靈敏度及靈活性等方面優(yōu)勢較為明顯，因此被廣泛地應用于鋼軌傷損的檢測工作之中，但也存在諸多缺點。首先，該類設備超聲波發(fā)射頻率低，探傷速度2~3km/h，僅支持手推作業(yè)，效率較低；其次，該類設備檢出傷損僅僅依靠A型顯示和B型顯示，受人為因素影響較大，檢驗結果依賴檢測人員多年的工作經驗和工作態(tài)度；最后，手推式單軌探傷儀存儲空間有限，難以長距離工作。隨著我國鐵路營運里程逐年增加，該類設備檢測速度慢、效率低、消耗大量人力和物力、占軌時間長等缺點愈加明顯。（2）鋼軌探傷車，由歐美一些發(fā)達國家率先應用，距今已有五六十年的發(fā)展歷程。檢測速度從最初的20km/h~30km/h，發(fā)展到現在的70km/h~80km/h。檢測速度的提升伴隨著硬件、軟件系統(tǒng)全方位的升級。在國外，鋼軌探傷工作大都是以鋼軌探傷車為主，手推式單軌探傷儀為輔的模式。鋼軌探傷車先快速地對線路進行粗略檢測，手推式單軌探傷儀對報警路段進行復檢工作。我國自八十年代末起，先后從澳大利亞的GEMCO、美國的Sperry等廠商進口一些鋼軌探傷車，截止2010年我國在役鋼軌探傷車僅僅26臺。鋼軌探傷車如圖1-2所示。圖1-2鋼軌探傷車Fig.1-2RailInspectionCar高速探傷已經成為探傷設備的未來發(fā)展方向之一，因此鋼軌探傷車憑借其探傷速度快的優(yōu)勢在我國鋼軌探傷領域占據一席之地。但結合我國國情，該類設備也存在許多局限性。

西安理工大學工程碩士專業(yè)學位論文4圖1-1手推式單軌探傷儀Fig.1-1TheHandPushTypeFlawDetectorforMonorail由于手推式單軌探傷儀在價格、靈敏度及靈活性等方面優(yōu)勢較為明顯，因此被廣泛地應用于鋼軌傷損的檢測工作之中，但也存在諸多缺點。首先，該類設備超聲波發(fā)射頻率低，探傷速度2~3km/h，僅支持手推作業(yè)，效率較低；其次，該類設備檢出傷損僅僅依靠A型顯示和B型顯示，受人為因素影響較大，檢驗結果依賴檢測人員多年的工作經驗和工作態(tài)度；最后，手推式單軌探傷儀存儲空間有限，難以長距離工作。隨著我國鐵路營運里程逐年增加，該類設備檢測速度慢、效率低、消耗大量人力和物力、占軌時間長等缺點愈加明顯。（2）鋼軌探傷車，由歐美一些發(fā)達國家率先應用，距今已有五六十年的發(fā)展歷程。檢測速度從最初的20km/h~30km/h，發(fā)展到現在的70km/h~80km/h。檢測速度的提升伴隨著硬件、軟件系統(tǒng)全方位的升級。在國外，鋼軌探傷工作大都是以鋼軌探傷車為主，手推式單軌探傷儀為輔的模式。鋼軌探傷車先快速地對線路進行粗略檢測，手推式單軌探傷儀對報警路段進行復檢工作。我國自八十年代末起，先后從澳大利亞的GEMCO、美國的Sperry等廠商進口一些鋼軌探傷車，截止2010年我國在役鋼軌探傷車僅僅26臺。鋼軌探傷車如圖1-2所示。圖1-2鋼軌探傷車Fig.1-2RailInspectionCar高速探傷已經成為探傷設備的未來發(fā)展方向之一，因此鋼軌探傷車憑借其探傷速度快的優(yōu)勢在我國鋼軌探傷領域占據一席之地。但結合我國國情，該類設備也存在許多局限性。

。（3）雙軌式探傷小車是近年出現的新型鋼軌探傷設備，該類設備采用模塊化設計，各個部分可獨立拆卸和運輸，采用輪式探頭設計和電瓶驅動。雙軌式探傷小車由中國中車集團在2015年的中國無損檢測大會上正式提出，由中方和以色列的ScanMaster公司聯合研制，檢測系統(tǒng)由以方提供，中方負責雙軌式探傷小車的機械結構。雙軌式探傷小車在我國起步較晚，中國鐵路總公司于2017年初提出《雙軌式鋼軌超聲波探傷儀暫行技術條件》對該類設備的性能指標提出要求，其中核心指標為檢測速度不小于15km/h，檢測精度不大于3mm。雙軌式探傷小車如圖1-3所示。圖1-3雙軌式探傷小車Fig.1-3FlawDetectionCarforDoubleTrack雙軌式探傷小車作為鋼軌探傷領域的創(chuàng)新產品，大大提高了一線作業(yè)人員的工作效率并減輕勞動強度，具備現場復查的功能，其結合了手推式單軌探傷儀精度高和鋼軌探傷車速度快的優(yōu)勢，可以取代鋼軌探傷車和手推式單軌探傷儀的作用，符合我國鐵路運輸的國情。目前，國內正在研發(fā)的組織和機構主要有中國中車、合肥超科電子有限公司和汕頭超聲電子股份有限公司。對比各組織和機構的產品的核心性能指標可得，該類設備的探傷速度基本為15km/h，僅僅達到鐵路總公司提出的《雙軌式鋼軌超聲波探傷儀暫行技術條件》對該類設備檢測速度的最低要求。限制檢測速度的核心要素主要有三點。第一，硬件系統(tǒng)中超聲波發(fā)射頻率較低、采樣率較低、數據處理能力不足、數據傳輸速度較低等原因；第二，超聲波探輪對中系統(tǒng)的不完善；第三，高速行駛下，探傷小車的穩(wěn)定性不足。因此雙軌式探傷小車仍在不斷的摸索之中，任重而道遠。1.2.2發(fā)展趨勢隨著學科交叉的不斷深入，多學科與超聲波檢測技術融合層次不斷加深，以及我國鐵路營運里程不斷增加帶來的新挑戰(zhàn)和新要求，超聲波檢測設備
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本文編號：2892345