[发明专利]铁路供电触网销钉的便携式超声检测仪

说明书

技术领域

本发明是用于铁路供电线路受力销钉的在线无损检测的便携式超声检测仪， 属于仪器仪表，无损检测领域。

背景技术

近年来，铁路系统发生过多起因供电接触网零部件质量缺陷引发的事故，严 重影响了供电行车安全。目前电气化铁路供电接触网设备日常巡视检修，在螺栓、 螺母、销钉等零部件无损探伤技术方面存在盲区，没有专用工具、仪器对接触网 重要受力零部件进行探伤。日常对接触网零部件检查仅限于外观检查，只能发现 裂纹明显的缺陷，且高铁客专线天窗时间为夜间，受视线影响更难发现缺陷，特 别对裂纹不明显或内部有瑕疵的零部件缺陷难以发现，往往在造成严重影响供电 行车安全的事故时才得以发现问题。目前，亟需一种针对触网零部件的专用检测 仪器，用以在日常巡检中及时发现零部件存在的缺陷，从而保证铁路运营安全。

发明内容

本发明基于超声无损探伤技术，设计了一种用于接触网零部件检测的便携式 超声检测仪，用于铁路供电线路受力销钉的在役检测。仪器具有自动判断销钉是 否存在缺陷的功能，操作人员无需专业培训即可操作。此外，本专利还具有体积 小，成本低，集成度高，携带方便等优势，满足工作现场的快速检测需求。

本发明所采用的技术方案为：该检测仪由主控制器、超声信号激励接收模块、 输入/输出设备、电源模块四部分组成。其结构特点是：主控制器由单片FPGA 构成；超声信号激励接收模块的超声激励接电路在FPGA的控制下发射高压脉冲 激励超声换能器，电源模块通过直流升压的方式利用电池产生高压直流电源。超 声换能器与销钉连接，超声换能器产生超声波并通过耦合剂传入销钉；超声波经 由销钉端面或裂纹反射，再由同一换能器接收；回波信号通过限幅器、前置放大 器、程控增益放大器以及无源滤波网络调理后，经高速模数转换器转换为数字信 号并被主控制器采集，经运算处理后将回波波形显示在屏幕上，并自动识别出是 否存在缺陷及缺陷的位置，回波信号数据写入SD存储卡保存，用于进一步分析。

基于FPGA编写的主控程序由硬件逻辑程序和操作系统软件两部分组成。硬 件逻辑程序由Verilog语言编写，用于脉冲信号控制，高速数模转换，显示屏驱 动功能。操作系统由C语言编写，运行在基于软核技术构建的CPU中，用于控 制输入输出操作及实现缺陷的自动识别算法。程序具有两种操作模式，既能够通 过键盘人工调节检测参数，通过回波波形判断缺陷，也能够通过程序自动调节参 数并自动识别缺陷。

高压脉冲激励信号的幅值为-300V，脉冲宽度为100ns，所用超声换能器中 心频率为5MHz；

程控增益放大器的放大倍数由参考电压控制，参考电压FPGA控制的数模转 换芯片给出；

彩色显示屏分辨率为800x480像素，其驱动方式为：由SRAM高速静态随 机寄存器芯片作为数据缓存，操作系统程序首先将屏幕像素点的颜色值写入 SRAM，然后硬件逻辑程序以25MHz的时钟频率将像素值读出并送入显示屏， 屏幕刷新率为每秒30帧；

缺陷自动识别程序解决了不同材质和工艺的销钉回波幅值不同的问题，可以 在检测中，针对每一枚销钉自动设置最佳检测参数；

SD卡存储功能由专用FAT32磁盘管理芯片实现，通过FPGA软核CPU内 嵌的SPI总线进行读写操作；

仪器显示屏可以显示回波波形，当前工作模式，放大器增益，被测销钉信息， 检测人员工号等信息。

本发明优点在于：(1)所发明仪器是用于铁路供电线路受力销钉的在役检测 的专用仪器，操作简单，检测速度快，检测精度高。(2)具有高集成度的优点， 体积小，重量轻，内置电池可连续供电5小时以上，满足现场检测需求。(3)仪 器基于单片FPGA实现，较其他同类仪器相比，无需其他处理器，故成本更低， 结构更紧凑，功耗更小。

附图说明

图1为检测仪总体结构及检测原理示意图；

图2主控模块与外围电路结构示意图；

图3超声激励与接收电路结构示意图；

图4程序结构示意图与程序流程图；

具体实施方式

参照附图说明，本发明具体实现方式如下：