鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統(tǒng)與掃查系統(tǒng)介紹

鐵路無(wú)縫線路的接頭少，節(jié)省了大量的接頭零件和線路維修工作量，減少了列車(chē)在接縫處的震動(dòng)，降低了噪聲，使列車(chē)運(yùn)行更加平穩(wěn)，同時(shí)增加了列車(chē)的使用年限。然而鋼軌在焊接過(guò)程中由于設(shè)備的不穩(wěn)定和焊接工 藝參數(shù)的變化，以及鋼軌化學(xué)成分偏離等原因，在焊縫內(nèi)部容易產(chǎn)生灰斑、光斑、過(guò)燒、裂紋和晶粒粗大等 危險(xiǎn)性缺陷，這些缺陷降低了焊縫的強(qiáng)度和韌性，容易造成斷軌事故。因此對(duì)鋼軌焊縫部位進(jìn)行定期檢測(cè)是保證行車(chē)安全最直接、最有效的技術(shù)方法。

雷納為大家介紹一款鋼軌焊縫超聲波探傷儀，利用自動(dòng)掃查裝置替代傳統(tǒng)的人工掃查，利用FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理及模擬信號(hào)控制，采用嵌入式計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互。采用USB技術(shù)使得超聲波電路板與上位機(jī)通信更加方便，數(shù)據(jù)傳輸速度更快。探傷過(guò)程中利用門(mén)內(nèi)展寬、深度補(bǔ)償、報(bào)警燈等功能幫助用戶更加準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行判斷。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀掃查系統(tǒng)

掃查系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)控制器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、探頭組、編碼器、探頭信號(hào)分配器。

驅(qū)動(dòng)控制器包含電機(jī)、編碼器、控制板卡、開(kāi)關(guān)和電池。電池為驅(qū)動(dòng)控制器供電，電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)探頭組的移動(dòng)，編碼器通過(guò)齒輪與電機(jī)連接，開(kāi)關(guān)與電機(jī)和控制板卡連接。

探頭組由三對(duì)雙探頭和兩個(gè)單探頭共8個(gè)探頭組成。分別檢測(cè)軌頭、軌腰、軌底，對(duì)整個(gè)焊縫進(jìn)行全方位掃查。雙探頭掃查：從踏面對(duì)焊縫進(jìn)行串列式掃查，從軌頭兩側(cè)面對(duì)軌頭進(jìn)行Ｋ型掃查和從軌底兩側(cè)面對(duì)軌底 部位進(jìn)行Ｋ型掃查。單探頭掃查：從軌底斜面對(duì)軌底腳進(jìn)行單探頭掃查，用一次波掃查軌底腳下部，二次波掃查軌底腳上部。

編碼器安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，實(shí)時(shí)獲取傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并傳送到超聲電路板。

探頭組安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，實(shí)時(shí)產(chǎn)生超聲信號(hào)并通過(guò)多芯信號(hào)線傳送到超聲電路板，隨著探頭組的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生各個(gè)位置的超聲信號(hào)。

超聲電路板將編碼器傳來(lái)的位置信號(hào)與探頭組傳來(lái)的超聲信號(hào)相整合，通過(guò)信號(hào)傳輸總線傳送到上位機(jī)在屏幕上進(jìn)行成像。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統(tǒng)

探傷系統(tǒng)為超聲波探傷儀一體機(jī)，采用“嵌入式主機(jī)＋超聲電路板”的硬件架構(gòu)，內(nèi)部總線方式為USB總線。嵌入式主機(jī)選用低功耗嵌入式X86主板，與存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)、顯示屏、電源構(gòu)成完整嵌入式系統(tǒng)，作為整個(gè)系 統(tǒng)的上位機(jī)。上位機(jī)安裝嵌入式windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序運(yùn)行在操作系統(tǒng)中。超聲電路板為自主研發(fā)的 專業(yè)8通道超聲電路板，具備超聲發(fā)射、超聲接收、模擬信號(hào)處理、信號(hào)采集、時(shí)序邏輯控制、電源管理、USB總線通訊等功能。

上位機(jī)主要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制、執(zhí)行探傷操作、缺陷判斷報(bào)警程序、波形繪制及圖象處理等主要工作。而大量的數(shù)據(jù)采集、中間處理和實(shí)時(shí)控制等繁忙事務(wù)交由超聲電路板去完成，這樣有利于提高系統(tǒng)探傷速 度，也為開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序留出充足的時(shí)間余量。

整個(gè)探傷系統(tǒng)流程：系統(tǒng)上電初始化后，用戶通過(guò)操作應(yīng)用程序確定工作狀態(tài)，并將操作指令通過(guò)USB總線傳送到超聲電路板中，F(xiàn)PGA產(chǎn)生一定頻率的脈沖觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過(guò)MOS管驅(qū)動(dòng)電路后輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOS管開(kāi)關(guān)動(dòng)作，再配合電容、電阻生成高壓脈沖信號(hào)，施加至前端的超聲探頭，激勵(lì)壓電晶片震動(dòng)產(chǎn)生超聲波。超聲波在焊縫傳播過(guò)程中遇到缺陷時(shí)產(chǎn)生反射回波并返回至探頭，壓電晶片將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入接收電路，通過(guò)增益調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換為適合A/D采樣電路的電壓信號(hào)，經(jīng)A/D采樣電路后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再通過(guò)FPGA核心處理單元對(duì)數(shù)字信號(hào)作進(jìn)一步處理，最后將數(shù)字化的超聲信號(hào)通過(guò)USB總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)并在屏幕以Ａ掃和Ｂ掃的形式顯示出來(lái)。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀設(shè)計(jì)了超聲波發(fā)射與接收模塊和FPGA數(shù)字信號(hào)處理及邏輯控制模塊。采用USB技術(shù)使得 超聲波電路板能快速方便地與上位機(jī)進(jìn)行通訊，F(xiàn)PGA豐富的接口資源和可編程特性，提高了數(shù)據(jù)的處理能力。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和使用過(guò)程中表明，具有檢出效率高、缺陷識(shí)別精度高、可靠性高、界面友好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。