[发明专利]一种钢轨探伤信号发生及处理装置

说明书

本发明公开了一种钢轨探伤信号发生及处理装置，包括：上位机参数设置模块、实时控制器、发射脉冲时序控制模块及超声激励产生模块。通过上位机参数设置模块设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器。实时控制器通过总线控制发射脉冲时序控制模块产生相应的控制脉冲，该控制脉冲控制超声激励产生模块输出高压激励信号的脉冲个数及周期，该高压激励信号作用于超声晶片并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨。本发明能够解决现有钢轨探伤信号发生及处理装置可能由于噪声导致误判，伤损检测精度和效率不高的技术问题。

技术领域

本发明涉及超声波无损探伤技术领域，尤其是涉及一种带标志信号的钢轨探伤信号发生及处理装置，能够应用于包括钢轨探伤、船舶探伤、航空探伤等在内的技术领域。

背景技术

大型超声波钢轨探伤车是用于检测钢轨内部伤损的常用检测工具，大型轮式钢轨探伤车基于超声反射原理，利用高压激励脉冲激发探轮300中的超声波晶片，产生的超声信号经过探轮液、轮膜、耦合液层入射至钢轨400，不同角度的超声晶片在钢轨中的传播路径不同，如附图1所示。超声信号在钢轨内传播，遇到伤损或者轨底则返回，返回的超声回波信号经过数字信号处理形成伤损图形信息。

钢轨探伤车100的钢轨探伤检测系统200一般都有A型显示和B型显示两个图形窗口用以判伤。其中，A型显示通过示波器显示超声回波模拟信号，而B型显示通过图像直观地显示钢轨内部超声信号反射点信息，如附图2所示。目前，国内钢轨探伤车100的A型显示与B型显示分开，A型显示因为通道多(超声晶片通常有八种入射角度)、数据量大，只显示不保存。而A型显示包含很多有用的信息，例如：回波信号的幅值，激励信号是否有拖尾，激励信号距离界面反射信号的时域值对探伤人员判定轨面状况、对中是否良好、探轮充液是否充足、是否破轮等具有重要意义。如果不能保存这些有用信息，A型显示数据将只能作为检测作业时的参考，而不能作为工作人员进行钢轨伤损B型显示数据回放时的参考，将影响伤损判定的精度，增加误报率，从而直接影响探伤效果。

超声波高压激励的形式多种多样，目前超声探伤检测系统使用的激励波形主要有负尖脉冲(如附图3中Ⅰ所示)、方波脉冲(如附图3中Ⅱ所示)、双极性调谐脉冲(如附图3中Ⅲ所示)、阶跃脉冲(如附图3中Ⅳ所示)。其中，负尖脉冲电路超声波激励在高速钢轨探伤检测使用中有如下不足：(1)激励电压的幅值取决于电容的充电电压，受各种因素影响，激励电压的幅值不稳定，重复性不好。(2)受到电容充放电速度的影响，测量的重复频率受到限制，当测量重复频率增大时，激励电压的幅值会下降。相较于负尖脉冲，方波脉冲激发超声探头产生的超声能量是相同条件下两个尖脉冲激励所得到的超声能量的叠加，因而相同电压及脉冲重复频率下方波脉冲激励得到的检测信号幅度比尖脉冲大。

以钢轨探伤车为例，单次超声高压激励脉冲激发晶片后，接收到的反射回波经过处理，A显波形(如附图4所示)必然是单束尖脉冲信号。由于实际检测中存在大量的干扰噪声波，有些噪声可以通过滤波器有效去除，而有些噪声信号，比如：轮轨接触噪声等，这些干扰波频率在回波的频谱范围内，滤波器难以有效滤除，干扰信号被探伤系统接收处理后，最终也为单束脉冲波形信号。这样的话，实际有效的回波信号易与干扰波相混淆，探伤系统难以有效识别出有效回波信号，容易造成漏伤、误判等情况。目前的钢轨探伤检测系统200通过在超声回波信号中叠加闸门的形式进行钢轨全断面探伤检测，每个闸门对应于钢轨内部检测区域，各个闸门可独立调节控制。但考虑钢轨检测范围，此闸门不宜过小，因此系统引入的噪声干扰信号(例如：轮轨噪声信号)易落入闸门范围内。在实际探伤检测中，B型图上的信号对应于A显回波信号相应闸门内的有效信号。闸门内为有效信号区间，区间内如果有存在超过阈值电平的多个单束脉冲，则以监视闸门内第一个超过阈值电平的单束脉冲(即附图4中的监视闸门区域)为超声回波传播时间计算基准点，不管其是有效的超声回波信号还是噪声干扰信号。这样B型显示会产生很多的无效噪声干扰信号点，而有效回波信号有可能湮没在噪声中，无法被系统有效识别出，易造成漏伤和误判。同时，也增加了B型显示的数据量，给系统带来了可能的数据拥塞隐患。