我國(guó)鐵路系統(tǒng)規(guī)模龐大,自改革開(kāi)放以來(lái),經(jīng)四十余年的發(fā)展,鐵路營(yíng)運(yùn)里程大幅度增加,由此帶來(lái)的鐵路維檢任務(wù)日益艱巨的問(wèn)題不容忽視。近年來(lái),主管部門(mén)多次強(qiáng)調(diào)保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩闹匾�。本課題從實(shí)際需求出發(fā),設(shè)計(jì)了一套適用于鋼軌探傷的高速超聲檢測(cè)系統(tǒng)。首先,論文從超聲檢測(cè)的原理入手,選擇脈沖反射法作為作為本系統(tǒng)的檢測(cè)方法。其次,根據(jù)實(shí)際需要,制定系統(tǒng)總體方案,確定系統(tǒng)性能指標(biāo)。從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。硬件方面,設(shè)計(jì)了超聲波激勵(lì)模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、人機(jī)交互模塊、采樣模塊和以太網(wǎng)接口模塊。其中信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)理回波信號(hào)。超聲波激勵(lì)模塊最大能發(fā)射重復(fù)頻率為3kHz的超聲波,滿(mǎn)足高速探傷對(duì)重復(fù)頻率的需求,信號(hào)調(diào)理模塊能夠在0～80dB增益范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波形調(diào)節(jié)。軟件方面,利用ARM主控芯片設(shè)計(jì)了人機(jī)交互模塊控制程序,利用FPGA器件XC7A100T實(shí)現(xiàn)了高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?65MHz的采樣率使本系統(tǒng)能夠識(shí)別更高頻率的噪聲信號(hào),從硬件和軟件上均對(duì)超聲回波的進(jìn)行濾波處理。設(shè)計(jì)了基于UDP的以太網(wǎng)幀通信協(xié)議,用于硬件系統(tǒng)和上位機(jī)軟件之間的數(shù)據(jù)交互。編寫(xiě)了上位機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存和波形顯示功能。最后,本課題開(kāi)發(fā)了超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的樣機(jī),并對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)分別按模塊進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本系統(tǒng)各個(gè)模塊工作正常,性能指標(biāo)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求,硬件系統(tǒng)和上位機(jī)通訊正常,符合設(shè)計(jì)初衷。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：TP274.2;TN791
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)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(jià)格、靈敏度及靈活性等方面優(yōu)勢(shì)較為明顯，因此被廣泛地應(yīng)用于鋼軌傷損的檢測(cè)工作之中，但也存在諸多缺點(diǎn)。首先，該類(lèi)設(shè)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(lèi)設(shè)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(yàn)結(jié)果依賴(lài)檢測(cè)人員多年的工作經(jīng)驗(yàn)和工作態(tài)度；最后，手推式單軌探傷儀存儲(chǔ)空間有限，難以長(zhǎng)距離工作。隨著我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程逐年增加，該類(lèi)設(shè)備檢測(cè)速度慢、效率低、消耗大量人力和物力、占軌時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)愈加明顯。（2）鋼軌探傷車(chē)，由歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家率先應(yīng)用，距今已有五六十年的發(fā)展歷程。檢測(cè)速度從最初的20km/h~30km/h，發(fā)展到現(xiàn)在的70km/h~80km/h。檢測(cè)速度的提升伴隨著硬件、軟件系統(tǒng)全方位的升級(jí)。在國(guó)外，鋼軌探傷工作大都是以鋼軌探傷車(chē)為主，手推式單軌探傷儀為輔的模式。鋼軌探傷車(chē)先快速地對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行粗略檢測(cè)，手推式單軌探傷儀對(duì)報(bào)警路段進(jìn)行復(fù)檢工作。我國(guó)自八十年代末起，先后從澳大利亞的GEMCO、美國(guó)的Sperry等廠商進(jìn)口一些鋼軌探傷車(chē)，截止2010年我國(guó)在役鋼軌探傷車(chē)僅僅26臺(tái)。鋼軌探傷車(chē)如圖1-2所示。圖1-2鋼軌探傷車(chē)Fig.1-2RailInspectionCar高速探傷已經(jīng)成為探傷設(shè)備的未來(lái)發(fā)展方向之一，因此鋼軌探傷車(chē)憑借其探傷速度快的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)鋼軌探傷領(lǐng)域占據(jù)一席之地。但結(jié)合我國(guó)國(guó)情，該類(lèi)設(shè)備也存在許多局限性。

西安理工大學(xué)工程碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)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(jià)格、靈敏度及靈活性等方面優(yōu)勢(shì)較為明顯，因此被廣泛地應(yīng)用于鋼軌傷損的檢測(cè)工作之中，但也存在諸多缺點(diǎn)。首先，該類(lèi)設(shè)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(lèi)設(shè)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(yàn)結(jié)果依賴(lài)檢測(cè)人員多年的工作經(jīng)驗(yàn)和工作態(tài)度；最后，手推式單軌探傷儀存儲(chǔ)空間有限，難以長(zhǎng)距離工作。隨著我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程逐年增加，該類(lèi)設(shè)備檢測(cè)速度慢、效率低、消耗大量人力和物力、占軌時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)愈加明顯。（2）鋼軌探傷車(chē)，由歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家率先應(yīng)用，距今已有五六十年的發(fā)展歷程。檢測(cè)速度從最初的20km/h~30km/h，發(fā)展到現(xiàn)在的70km/h~80km/h。檢測(cè)速度的提升伴隨著硬件、軟件系統(tǒng)全方位的升級(jí)。在國(guó)外，鋼軌探傷工作大都是以鋼軌探傷車(chē)為主，手推式單軌探傷儀為輔的模式。鋼軌探傷車(chē)先快速地對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行粗略檢測(cè)，手推式單軌探傷儀對(duì)報(bào)警路段進(jìn)行復(fù)檢工作。我國(guó)自八十年代末起，先后從澳大利亞的GEMCO、美國(guó)的Sperry等廠商進(jìn)口一些鋼軌探傷車(chē)，截止2010年我國(guó)在役鋼軌探傷車(chē)僅僅26臺(tái)。鋼軌探傷車(chē)如圖1-2所示。圖1-2鋼軌探傷車(chē)Fig.1-2RailInspectionCar高速探傷已經(jīng)成為探傷設(shè)備的未來(lái)發(fā)展方向之一，因此鋼軌探傷車(chē)憑借其探傷速度快的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)鋼軌探傷領(lǐng)域占據(jù)一席之地。但結(jié)合我國(guó)國(guó)情，該類(lèi)設(shè)備也存在許多局限性。

。（3）雙軌式探傷小車(chē)是近年出現(xiàn)的新型鋼軌探傷設(shè)備，該類(lèi)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)部分可獨(dú)立拆卸和運(yùn)輸，采用輪式探頭設(shè)計(jì)和電瓶驅(qū)動(dòng)。雙軌式探傷小車(chē)由中國(guó)中車(chē)集團(tuán)在2015年的中國(guó)無(wú)損檢測(cè)大會(huì)上正式提出，由中方和以色列的ScanMaster公司聯(lián)合研制，檢測(cè)系統(tǒng)由以方提供，中方負(fù)責(zé)雙軌式探傷小車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。雙軌式探傷小車(chē)在我國(guó)起步較晚，中國(guó)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(shù)條件》對(duì)該類(lèi)設(shè)備的性能指標(biāo)提出要求，其中核心指標(biāo)為檢測(cè)速度不小于15km/h，檢測(cè)精度不大于3mm。雙軌式探傷小車(chē)如圖1-3所示。圖1-3雙軌式探傷小車(chē)Fig.1-3FlawDetectionCarforDoubleTrack雙軌式探傷小車(chē)作為鋼軌探傷領(lǐng)域的創(chuàng)新產(chǎn)品，大大提高了一線(xiàn)作業(yè)人員的工作效率并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，具備現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查的功能，其結(jié)合了手推式單軌探傷儀精度高和鋼軌探傷車(chē)速度快的優(yōu)勢(shì)，可以取代鋼軌探傷車(chē)和手推式單軌探傷儀的作用，符合我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)膰?guó)情。目前，國(guó)內(nèi)正在研發(fā)的組織和機(jī)構(gòu)主要有中國(guó)中車(chē)、合肥超科電子有限公司和汕頭超聲電子股份有限公司。對(duì)比各組織和機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品的核心性能指標(biāo)可得，該類(lèi)設(shè)備的探傷速度基本為15km/h，僅僅達(dá)到鐵路總公司提出的《雙軌式鋼軌超聲波探傷儀暫行技術(shù)條件》對(duì)該類(lèi)設(shè)備檢測(cè)速度的最低要求。限制檢測(cè)速度的核心要素主要有三點(diǎn)。第一，硬件系統(tǒng)中超聲波發(fā)射頻率較低、采樣率較低、數(shù)據(jù)處理能力不足、數(shù)據(jù)傳輸速度較低等原因；第二，超聲波探輪對(duì)中系統(tǒng)的不完善；第三，高速行駛下，探傷小車(chē)的穩(wěn)定性不足。因此雙軌式探傷小車(chē)仍在不斷的摸索之中，任重而道遠(yuǎn)。1.2.2發(fā)展趨勢(shì)隨著學(xué)科交叉的不斷深入，多學(xué)科與超聲波檢測(cè)技術(shù)融合層次不斷加深，以及我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程不斷增加帶來(lái)的新挑戰(zhàn)和新要求，超聲波檢測(cè)設(shè)備
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖高華;彭聰;黃良兵;;基于ARM的便攜超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研制[J];無(wú)損檢測(cè);2009年05期

2 衛(wèi)克晶;楊長(zhǎng)業(yè);李浩;;基于ARM的地面氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2011年12期

3 孟會(huì)玲;;基于ARM的車(chē)載信息采集及大容量存儲(chǔ)[J];硅谷;2009年21期

4 占林松;夏應(yīng)清;袁泉;;基于ARM的高速數(shù)據(jù)采集卡[J];國(guó)外電子元器件;2007年07期

5 楊志杰;石驥碩;徐寧;王財(cái)進(jìn);;基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2012年07期

6 郎東革;黨元一;;基于ARM的煙氣分析儀的研制與開(kāi)發(fā)[J];硅谷;2011年15期

7 孫富康;方潛生;張毅;高武雙;陳燕;張紅艷;;基于ARM的建筑能效數(shù)據(jù)采集機(jī)器人設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2012年07期

8 劉穎;梁玉;張曉光;;基于ARM的液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];礦山機(jī)械;2010年11期

9 李宏宇,樊留群,趙榮泳,陳德竑,馮一東,蔡英;基于ARM的嵌入式系統(tǒng)在數(shù)控設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2004年08期

10 闞亮;;基于ARM氣象信息采集裝置研究與設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)試;2019年22期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王秀芳;基于ARM和WLAN的油田配電網(wǎng)終端數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳關(guān)鍵技術(shù)研究[D];大慶石油學(xué)院;2008年

2 朱瑞瑾;ARM設(shè)備固件裝載基址定位的研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 王哲;考慮表面粗糙度的鋼管和鋼球超聲檢測(cè)工藝與系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2019年

4 陳丹;鋼中夾雜物的高頻水浸超聲檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法研究[D];北京科技大學(xué);2019年

5 周廣浩;不銹鋼搭接激光焊接頭超聲波定量檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)估研究[D];吉林大學(xué);2018年

6 楊光;基于ARM的掃描探針顯微鏡系統(tǒng)的研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2016年

7 楊新聰;隱性施工的數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

8 張紅兵;基于ARM的雙絲脈沖MIG高速焊分布式控制系統(tǒng)的研究[D];華南理工大學(xué);2010年

9 李外云;基于ARM架構(gòu)的嵌入式人臉識(shí)別技術(shù)研究[D];華東師范大學(xué);2008年

10 馬英杰;基于3GS的核勘查數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)研究[D];成都理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張東旭;基于FPGA和ARM的超聲波高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)[D];西安理工大學(xué);2020年

2 畢韜;基于ARM和FPGA的高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2010年

3 樊永順;基于ARM處理器的超聲波壓力容器檢測(cè)系統(tǒng)[D];天津科技大學(xué);2015年

4 張玉華;基于ARM的虛擬示波器的設(shè)計(jì)[D];江西理工大學(xué);2009年

5 劉曉萍;基于ARM的換熱站數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 柯新宇;基于ARM的數(shù)據(jù)采集卡研制[D];華中科技大學(xué);2008年

7 張偉;基于ARM的雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 阮雙喜;基于ARM的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[D];吉林大學(xué);2005年

9 郭魯皓;基于ARM的原子力顯微鏡數(shù)據(jù)采集與輸出控制系統(tǒng)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

10 何志國(guó);基于ARM的機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[D];西安科技大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2892345