CN111505122A - 一种多通道超声波探伤信号处理***及探伤车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道超声波探伤信号处理***及探伤车，该***包括：控制显示子***、位移测量传感器、多个超声波信号处理子***以及若干探头；多个超声波信号处理子***均衡分配处理若干探头的信号，多个超声波信号处理子***响应于控制显示子***发送的控制信号，分别激发对应的探头进行超声波探伤，并接收探头的探伤回波信号，其中，超声波信号处理子***设有多路接收采样电路进行探伤回波信号的接收；位移测量传感器用于测量超声波探伤位置的位移信号；控制显示子***用于显示并存储超声波探伤结果，解决了探伤车实际探伤效率不高、探伤能力受限、不易维修的技术问题，不仅提高了探伤效率、探伤能力，而且降低了***的应急检修难度。
Description
技术领域
本发明属于钢轨探伤技术领域，尤其涉及一种多通道超声波探伤信号处理***及探伤车。
背景技术
列车在加速和制动过程中以及通过钢轨接缝、弯道和道岔时，对钢轨造成摩擦、挤压、弯曲和冲击作用，在这些反复的作用下，钢轨极易产生损伤。而中国铁路发展迅速，传统的钢轨探伤仪工作效率低，运营成本高，逐渐难以满足铁路钢轨探伤的要求。基于这种情况，双轨式钢轨超声波探伤仪被研制出来，并得到了铁路***的认可。双轨式钢轨超声波探伤仪使用两个探伤轮，一般每个探伤轮内部有9个探头，探伤仪要同时控制18个探头进行超声检测。
现有技术中，公开一种名称为“一种地铁双轨钢轨探伤车”的技术方案，该探伤车包括：
车架、行走子***、探伤子***、对中子***和控制子***；所述行走子***，响应所述控制子***的控制，驱动实现探伤车沿着地铁双轨的行走；所述探伤子***至少包括检测时位于所述钢轨两侧的用以超声波探测的探伤轮；所述对中子***响应所述控制子***的控制对所述探伤轮的位置和角度进行调节；所述控制子***响应外部输入或自动对所述行走子***、对中子***进行控制。
但是上述现有的探伤***存在着实际探伤效率不高的技术问题，如采用上述探伤***对双轨式钢轨进行探伤，每一侧钢轨由一个探轮(9个探头)负责超声检测，经测试，在钢轨上的有效检测速度最高只有15km/h，如此，铁路上能探伤作业的时间一般只有2小时，故而检测速度严重限制了当下钢轨探伤的效率，同时，若想获取更多探伤信息，则需要增加探头的数量，但是如此又会大大限制钢轨的探伤效率，此外，由于探伤车都一般是在铁路或地铁上进行探伤作业，并且每次探伤一般需要运行较长的距离，若探伤***发生宕机或其他异常而无法继续探伤时，则需要返回到附近的维修地点进行检修，如此，对于地铁等探伤时间十分有限的应用场景，不仅影响探伤作业的整体进度，而且工作人员检修探伤车十分麻烦。
发明内容
本发明为解决探伤车实际探伤效率不高、探伤能力受限、不易维修的技术问题，提供一种多通道超声波探伤信号处理***及探伤车。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种多通道超声波探伤信号处理***，包括：控制显示子***、位移测量传感器、多个超声波信号处理子***以及若干探头；
控制显示子***分别与多个超声波信号处理子***信号连接，多个超声波信号处理子***均与同一位移测量传感器信号连接；
多个超声波信号处理子***均衡分配处理若干探头的信号，多个超声波信号处理子***响应于控制显示子***发送的控制信号，分别激发对应的探头进行超声波探伤，并接收探头的探伤回波信号；
位移测量传感器用于测量超声波探伤位置的位移信号，超声波信号处理子***还用于根据位移信号和探伤回波信号处理得到超声波探伤结果；
控制显示子***用于显示并存储超声波探伤结果。
在其中一个实施例中，超声波信号处理子***包括处理器、发射接收控制电路、发射电路以及多路接收采样电路；
发射电路与对应的探头信号连接，处理器经发射接收控制电路与发射电路信号连接，用于控制发射电路产生电脉冲，激发指定的探头进行超声波探伤；
多路接收采样电路均衡分配接收对应的探头的信号，处理器经发射接收控制电路分别与多路接收采样电路信号连接，用于控制多路接收采样电路分别接收指定的探头的探伤回波信号。
在其中一个实施例中，处理器为FPGA处理器。
在其中一个实施例中，接收采样电路包括接收电路、采样电路，接收电路用于将探头的信号转换为模拟信号并进行放大、检波处理，采样电路用于将模拟信号转换为数字信号。
在其中一个实施例中，位移测量传感器为同步编码器，同步编码器用于测量超声波探伤位置的位移信号，各超声波信号处理子***的处理器用于根据位移信号计算超声波探伤位置的位移量。
在其中一个实施例中，控制显示子***设有多个独立网卡，分别经以太网与多个超声波信号处理子***信号连接。
在其中一个实施例中，，若干探头分为用于双轨式钢轨一侧钢轨超声波探伤的第一探头组和用于双轨式钢轨另一侧钢轨超声波探伤的第二探头组，第一探头组与一超声波探伤信号处理子***信号连接，第二探头组与另一超声波探伤信号处理子***信号连接。
一种多通道超声波探伤车，包括：运动车以及安装于运动车上的如上述任意一项实施例所述的多通道超声波探伤信号处理***。
本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明通过设置多个超声波信号处理子***均衡分配处理若干探头的信号，其中，通过均衡分配使得多个超声波信号处理子***的负载均衡，该均衡分配可以预先根据每个超声波信号处理子***的处理能力进行分配处理探头的数量，最大限度提高每个超声波信号处理子***的处理效率，同时保证每个超声波信号处理子***不会超负荷运行而导致宕机，从而大大加快整体的探伤效率，同时还可以承载更多的探头，提高了整体的探伤能力；
本发明的每一超声波信号处理子***中设置多路接收采样电路均衡分配接收对应探头的信号，其中，通过均衡分配使得多路接收采样电路负载均衡，最大限度降低了每路接收采样电路的接收处理量，从而提高了整体的探伤效率、探伤能力；
本发明可以自由配置超声波信号处理子***的数量以及该子***中接收采样电路的数量，以满足具体场景探伤的需求，同时，若多个超声波信号处理子***中的某一子***宕机，或者所述超声波信号处理子***中某一接收采样电路存在故障，现场就可以经过如接口切换、计算机控制调整等简单的操作，就能快速恢复继续进行探伤作业，如此解决了探伤车不易维修的技术问题，大大缩短了维修所需的时间，提高了探伤车易维修性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明的一种多通道超声波探伤信号处理***的结构原理图；
图2为本发明的一种多通道超声波探伤信号处理***的接线示意图。
附图标记说明：
1-控制显示子***；2-位移测量传感器；3-超声波信号处理子***；31-处理器；32-发射接收控制电路；33-发射电路；34-接收采样电路；341-接收电路；342-采样电路；4-探头。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种多通道超声波探伤信号处理***及探伤车作进一步详细说明。
参看图1，本申请提供了一种多通道超声波探伤信号处理***，包括：控制显示子***1、位移测量传感器2、多个超声波信号处理子***3以及若干探头4；
控制显示子***1分别与多个超声波信号处理子***3信号连接，多个超声波信号处理子***3均与同一位移测量传感器2信号连接；
多个超声波信号处理子***3均衡分配处理若干探头4的信号，多个超声波信号处理子***3响应于控制显示子***1发送的控制信号，分别激发对应的探头4进行超声波探伤，并接收探头4的探伤回波信号；
位移测量传感器2用于测量超声波探伤位置的位移信号，超声波信号处理子***3还用于根据位移信号和探伤回波信号处理得到超声波探伤结果；
控制显示子***1用于显示并存储超声波探伤结果。
现对本实施例的技术方案详细说明，但不仅限于此。
本实施例的控制显示子***可以为硬件控制显示设备，也可以是安装有超声波探伤控制软件的终端***，如PC机、平板、移动终端，本实施采用PC机作为本实施例的控制显示子***，与多个超声波信号处理子***信号连接，以对多个超声波信号处理子***进行控制以及显示超声波探伤结果(B超图像)。具体地，控制显示子***设有多个独立网卡，分别经以太网与多个超声波信号处理子***信号连接。
本实施例的位移测量传感器可以为同步编码器，也可以为通过如GPS信号等移动定位技术进行位移测量，优选地，本实施例采用角位移编码器，将探伤车行走轮的转动角度转换成超声波探伤位置的前进位移，以用于控制显示子***的超声波探伤结果显示，起到定位的缺陷的作用。具体地，该位移测量传感器的信号一分多分别同时传输给多个超声波信号处理子***。
本实施例的若干探头可以组装形成各种探伤组件，如现有的探伤轮，探伤轮内设有不同角度设定的探头，以覆盖钢轨所有区域，满足钢轨的轨头、轨腰(含螺孔)、轨底中部(轨腰投影部位)等部位伤损的需要。例如，本实施例的若干探头分为用于双轨式钢轨一侧钢轨超声波探伤的第一探头组和用于双轨式钢轨另一侧钢轨超声波探伤的第二探头组，第一探头组与一超声波探伤信号处理子***信号连接，第二探头组与另一超声波探伤信号处理子***信号连接，第一探头组与第二探头组可以分别封装在探头轮中，其中，内部分布有9个超声波探，共18个通道探头的信号，显然地，这仅是本实施例具体的一种实施方式，具体的探头数量可以根据需要进行自由配置。
参看图1，本实施例设置了多个超声波信号处理子***3(本实施例以两个为例进行说明)，每一超声波信号处理子***3包括处理器31、发射接收控制电路32、发射电路33以及多路接收采样电路34，优选地，本实施例的处理器采用FPGA处理器，相比于现有技术以单片机+DSP为硬件架构的探伤仪，本实施例大大提高了数据处理速度，并且减小了控制显示子***端的数据存储和显示的延迟时间，提高了探伤的效率和实时性。
本实施例中，当整个***启动后控制显示子***会发出控制信号，FPGA处理器响应并接收控制信号，然后把控制信息发送至发射接收控制电路，发射接收控制电路根据FPGA处理器给的通道选通指令，控制发射电路将产生的高压电脉冲加到指定通道探头上，以使指定的探头激发出超声波进行钢轨探伤，并且控制接收采样电路接收指定通道的探伤回波信号，其中，参看图1，在接收采样电34中，接收电路341对接收到的超声波信号转换成模拟电信号，再对模拟超声波信号进行放大、检波等处理，FPGA处理器31控制采样电路342对接收模块341传来的模拟电信号进行采样，转换成FPGA处理器31可以处理的数字信号。优选地，选用AD9697模数转换器作为采样电路，采样电路与处理器的连接示意图如图2所示。FPGA处理器配合位移传测量传感器得到的位移信号，对采样得到的回波信号进行滤波、极值查找、缺陷判断等处理，整合得到B超探伤的原始数据，处理完的数据放在存储器中，优选地，存储器保存一定量数据后，FPGA处理器将数据打包通过以太网把数据发送给计算机，以减少数据的频繁发送，从而减轻***的数据发送处理负荷，其中，存储器不仅存放超声波探伤数据，而且还存放FPGA处理器工作用的各种指令，优选地，本实施例选用的是总线宽度共为16bit的DDR3芯片，与FPGA的BANK34接口相连接，如图2所示。
结合本探伤作业过程，对本实施例进行再对上述工作过程进行说明：
在进行探伤作业时，作为控制显示子***的计算机通过以太网向FPGA处理器发送控制信号和工艺参数等信息；FPGA处理器按照顺序，将通道选通信号发送到发射接收控制电路，发射接收控制电路控制发射模块产生高电压，激励超声波探头产生超声波信号。超声波在钢轨中遇到阻碍后返回，由接收模块接收超声波回波信号，发射接收控制电路控制接收模块对其进行放大、检波，再经A/D采样模块对接收的超声波模拟信号转换成数字信号，其中，采样模块的采样频率和位置由FPGA控制。
FPGA处理器对接收到的两路超声波数字信号同时进行处理，结合编码器位移信号，整合成B超探伤的原始数据，期间将处理完的数据存在存储器中，一个工作周期结束后，FPGA再将存储器里的数据发送给计算机，计算机对数据进行解析、显示并实时存储。
本发明还提供一种多通道超声波探伤车，包括：运动车以及安装于运动车上的基于上述实施例的多通道超声波探伤信号处理***。通过该多通道超声波探伤信号处理***进行超声波探伤的信号处理，具有以下技术优势：
本实施例通过设置多个超声波信号处理子***均衡分配处理若干探头的信号，其中，通过均衡分配使得多个超声波信号处理子***的负载均衡，该均衡分配可以预先根据每个超声波信号处理子***的处理能力进行分配处理探头的数量，最大限度提高每个超声波信号处理子***的处理效率，同时保证每个超声波信号处理子***不会超负荷运行而导致宕机，从而大大加快整体的探伤效率，同时还可以承载更多的探头，提高了整体的探伤能力；
本实施例的每一超声波信号处理子***中设置多路接收采样电路均衡分配接收对应探头的信号，其中，通过均衡分配使得多路接收采样电路负载均衡，最大限度降低了每路接收采样电路的接收处理量，从而提高了整体的探伤效率、探伤能力；
本实施例可以自由配置超声波信号处理子***的数量以及该子***中接收采样电路的数量，以满足具体场景探伤的需求，同时，若多个超声波信号处理子***中的某一子***宕机，或者所述超声波信号处理子***中某一接收采样电路存在故障，现场就可以经过如接口切换、计算机控制调整等简单的操作，就能快速恢复继续进行探伤作业，如此解决了探伤车不易维修的技术问题，大大缩短了维修所需的时间，提高了探伤车易维修性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，包括：控制显示子***、位移测量传感器、多个超声波信号处理子***以及若干探头；
所述控制显示子***分别与多个所述超声波信号处理子***信号连接，多个所述超声波信号处理子***均与同一所述位移测量传感器信号连接；
多个所述超声波信号处理子***均衡分配处理若干所述探头的信号，多个所述超声波信号处理子***响应于所述控制显示子***发送的控制信号，分别激发对应的所述探头进行超声波探伤，并接收所述探头的探伤回波信号；
所述位移测量传感器用于测量超声波探伤位置的位移信号，所述超声波信号处理子***还用于根据所述位移信号和所述探伤回波信号处理得到超声波探伤结果；
所述控制显示子***用于显示并存储所述超声波探伤结果。
2.根据权利要求1所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，所述超声波信号处理子***包括处理器、发射接收控制电路、发射电路以及多路接收采样电路；
所述发射电路与对应的所述探头信号连接，所述处理器经所述发射接收控制电路与所述发射电路信号连接，用于控制所述发射电路产生电脉冲，激发指定的所述探头进行超声波探伤；
多路所述接收采样电路均衡分配接收对应的所述探头的信号，所述处理器经所述发射接收控制电路分别与多路所述接收采样电路信号连接，用于控制多路所述接收采样电路分别接收指定的所述探头的探伤回波信号。
3.根据权利要求2所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，所述处理器为FPGA处理器。
4.根据权利要求2所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，所述接收采样电路包括接收电路、采样电路，所述接收电路用于将所述探头的信号转换为模拟信号并进行放大、检波处理，所述采样电路用于将所述模拟信号转换为数字信号。
5.根据权利要求2所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，所述位移测量传感器为同步编码器，所述同步编码器用于测量超声波探伤位置的位移信号，各所述超声波信号处理子***的所述处理器用于根据所述位移信号计算所述超声波探伤位置的位移量。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，所述控制显示子***设有多个独立网卡，分别经以太网与多个所述超声波信号处理子***信号连接。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的多通道超声波探伤信号处理***，其特征在于，若干所述探头分为用于双轨式钢轨一侧钢轨超声波探伤的第一探头组和用于双轨式钢轨另一侧钢轨超声波探伤的第二探头组，所述第一探头组与一所述超声波探伤信号处理子***信号连接，所述第二探头组与另一所述超声波探伤信号处理子***信号连接。
8.一种多通道超声波探伤车，其特征在于，包括：运动车以及安装于所述运动车上的如权利要求1-7任意一项所述的多通道超声波探伤信号处理***。
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| 左林等: "基于PCI总线的高性能多通道超声波发射/接收卡", 《无损检测》, no. 04, 25 April 2003 (2003-04-25) * |
| 曹淑琴等: "基于FPGA的超声波信号处理设计与实现", 《电子技术应用》 * |
| 曹淑琴等: "基于FPGA的超声波信号处理设计与实现", 《电子技术应用》, no. 05, 6 May 2010 (2010-05-06) * |
| 谭复兴等: "《容错技术与STRATUS容错计算机》", vol. 1, 哈尔滨工业大学出版社, pages: 206 - 209 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113433224A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-09-24 | 北京世纪东方通讯设备有限公司 | 双轨式超声波探伤仪及超声波探伤方法 |
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