[发明专利]一种高铁车轮电磁层析成像探伤方法及装置

权利要求书

1.一种高铁车轮电磁层析成像探伤装置，其特征在于，包括：信号发生装置和信号发射处理装置；

所述的信号发生装置包括U型电磁层析成像传感器支架和电磁线圈，所述的电磁线圈均匀的安装于所述U型电磁层析成像传感器支架中，用于根据所述信号发射处理装置发射的信号，对高铁车轮进行感应电压信号采集；

所述的信号发射处理装置包括通过电路连接的激励信号发生模块、功率放大模块、通道切换模块、信号调理模块、数据采集模块和数据处理显示模块；

所述的激励信号发生模块，用于产生固定频率相位的交变正弦激励信号；

所述的功率放大模块，用于对所述的激励信号进行放大；

所述的通道切换模块，用于对所述的电磁线圈进行选通切换；

所述的信号调理模块，用于对电磁线圈输出的感应电压信号进行放大和滤波；

所述的数据采集模块，用于采集所述信号调理模块处理后的感应电压信号，并将采集到的信号数据上传至数据处理显示模块进行处理；

所述的数据处理显示模块，用于对所述的感应电压信号进行处理，并以数据或图像的形式显示。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的激励信号发生模块包括信号发生器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的功率放大模块包括电流反馈型功率放大器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的通道切换模块包括通道切换芯片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的信号调理模块包括可编程放大芯片和滤波芯片。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的数据采集模块包括数据采集板。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的数据处理显示模块包括图像重建计算机。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的电磁线圈由2n个线圈构成，其中，n为大于或等于3的整数，每个电磁线圈均由绝缘铜导线绕制于线圈骨架而成，导线的直径为0.1mm-1mm，导线匝数为100-1000匝。

9.一种应用权利要求1-8任一所述装置的高铁车轮电磁层析成像探伤方法，其特征在于，包括：

1)将信号发生装置安装在高铁车轮踏面的上方，并且距离高铁的踏面和两侧面5mm以内；

2)通过信号发射处理装置的激励信号发生模块产生固定频率相位的交变正弦激励信号，功率放大模块对所述的激励信号进行放大，然后经过通道切换模块选通电磁线圈中的一个线圈作为激励线圈，剩余线圈中的每一个线圈作为检测线圈依次选通进行数据采集，每一次采集的数据都要经过信号调理模块进行信号放大和滤波，并通过数据采集模块传输至数据处理显示模块，通过数据处理显示模块对接收到的数据进行数据解调，解调出幅值和相位数据；

3)重复上述步骤，直到所有的线圈均被用作激励线圈为止；

4)数据处理显示模块根据测量得到的各个方向的投影数据和灵敏度矩阵，采用图像重建算法重建出高铁车轮横截面的电导率分布，并且进行缺陷分析，提取出缺陷的位置和尺寸。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的图像重建算法包括：

(1)利用有限元方法求解电磁层析成像正问题，得到求解逆问题所需的先验信息，即灵敏度矩阵S(M×N)，其中M是测量数据个数，N是剖分单元数，通过从U＝SG中逆推求得G，其中U是归一化的测量值向量，G是归一化的电导率分布向量；

(2)根据Landweber迭代图像重建算法进行图像重建，求得高铁车轮横截面电导率分布向量，所述的Landweber迭代图像重建算法如下式(1)所示：

G_k+1＝G_k－αS^T(SG_k－U) (1)

其中，α是松弛因子，决定了迭代步长。