[实用新型]一种基于表面波法测量钢轨裂纹磨损系统

说明书

技术领域本实用新型涉及一种钢轨裂纹的检测系统，尤其是一种基于DSP处理器单片机和超声波换能器的测量钢轨裂纹磨损系统。

背景技术最近几年，由于经济的快速发展，铁路运输通过不断提速来增加运输能力，然而这对列车的安全运行也提出了更高的要求，繁重的运输任务中难免会对钢轨产生各种损伤，严重威胁着列车的运行安全，因此钢轨的磨损检测受到非常高的重视。

目前国内外主要采用检测方式有：脉冲涡流检测，激光线光源检测，漏磁检测，图像处理检测等，这些检测方法效率低、操作复杂、容易漏检和误检，而目前传统的超声波检测法主要是利用脉冲回波和反射法，这种检测方法对表面损伤存在盲区，漏检率亦较高。

发明内容本实用新型针对现有技术存有的不足，提供了一种基于表面波法测量钢轨裂纹磨损系统，采用超声波换能器以非接触方式产生低频表面波进行钢轨裂纹的检测，其较高的灵敏度弥补了传统方式的不足。

本实用新型由波形发射控制电路、信号调理电路、DSP信号处理电路、单片机控制电路、表面波数据采集电路和超声波换能器组成，单片机通过调频经波形发射电路控制超声波发射频率，由第一超声波探头发射低频超声波形成表面波沿钢轨传播；低频超声波沿钢轨向前传播时采用平行模式是第二和第三超声波换能器探头进行接收，经信号调理电路的滤波提取后传给DSP处理器进行信号的处理运算，并判断信号报警的有效性；单片机控制电路采用MSP430系列单片机；DSP信号处理电路进行实时处理声波信号时，将判断是否达到阈值，输出信息变化同时在液晶屏上以数字形式显示，并且将数据保存磁盘；报警部分采用蜂鸣器长鸣的形式，并能够外扩人性化语音模式。

本实用新型的优点是：

1、采用超声波换能器以非接触方式产生低频表面波进行裂纹的检测，其较高的灵敏度拟补了传统方式的不足。

2、采用MSP430系列单片机，具有低功耗、精度高、成本低的优点，能够进行自动实时检测，并将数据保存备用，为后续安全和维护问题提供资料支持。

3、单片机通过变频技术控制超声波换能器的输出功率，通过设置脉宽调制输出模式(PWM)改变占空比，作为换能器的振动信号源，同时，反馈电流经运放电路传回给单片机，形成闭环反馈回路。

4、接收信号部分采用对称方式，简化信号分析中杂波信号的影响，提高了系统的准确度。

附图说明图1为实用新型的工作原理框图。

具体实施方式如图1所示，一种基于表面波法测量钢轨裂纹磨损系统，由波形发射控制电路1、信号调理电路2、DSP信号处理电路3、单片机控制电路4、表面波数据采集电路5和超声波换能器6组成，单片机通过调频经波形发射电路控制超声波发射频率，由第一超声波换能器7-1探头发射低频超声波形成表面波沿钢轨传播；低频超声波沿钢轨向前传播时采用平行模式是第二超声波换能器7-2和第三超声波换能器7-3探头进行接收，经信号调理电路的滤波提取后传给DSP处理器进行信号的处理运算，并判断信号报警的有效性；单片机控制电路采用MSP430系列单片机；DSP信号处理电路进行实时处理声波信号时，将判断是否达到阈值，输出信息变化同时在液晶屏上以数字形式显示，并且将数据保存磁盘；报警部分采用蜂鸣器长鸣的形式，并能够外扩人性化语音模式。

在一条钢轨上，通过一支超声波换能器在轨道上表面以一定角度产生低频表面超声波，将另外两支用于接收散射信号的相同类型的超声波换能传感器，在沿声波传播及轨道运行前方，平行于其中一条钢轨两侧放置，系统传感器采用压电陶瓷式，用于接收裂纹阻碍表面波传播而产生的漏波，第二条钢轨采用相同的结构检测。

检测时传感器沿轨道方向前进，控制电路采用单片机变频技术，反馈控制压电陶瓷超声波换能器的谐振频率，单片机采用MSP430G2553通过调整PWM脉冲频率和脉冲宽度输出来控制换能器的振荡信号输出，输出信号经功率管驱动，由高频变压器输出高频电压，加载在超声波换能器上，使换能器产生振荡，当换能器工作在共振频率时，反馈电流经运放电路返回给单片机，从而构成闭环控制电路，驱动与轨道有一定倾角的第一支传感器产生低频超声表面波向前传播，声波传播中，如遇到裂纹，根据发散原理接收端将会把声波信号转换为电信号输出，经信号调理电路传给DSP进行信号的滤波和分析处理。

DSP处理器通过对转换信号的检测，判别采集信号是否为裂纹损伤信号，系统采用16位定点数字信号处理器DSP2407，处理能力可达30MIPS，当系统沿钢轨行进检测时，超声波换能器产生的表面波也将沿着钢轨表面传播，当钢轨表面有裂纹时，便会产生散射，经钢轨两侧的换能器接收后做滤波处理传送给信号处理器，信号处理器通过FFT变换和加窗分析，确定裂纹产生的峰值电压信号并传给单片机显示、存储，显示钢轨存在裂纹损伤，并进行相应的记录和报警。如果钢轨没有裂纹时，系统不会出现明显的峰值电信号，表明钢轨完好。