基于PC机的机车轮轴超声探伤仪实现

　　0　引　言

　　经过六次大规模提速,我国铁路线时速已经跨上了200 km/h的重要台阶,并且城际铁路也在加紧建设,京津城际铁路业已完成时速350 km试跑。为此,在加紧建设线路基础设施的同时,还必须装备满足高速列车安全可靠的、高质量的机车车辆,而车轴是保证机车车辆稳定运行的重要部件,一旦产生损伤并扩大发展将会折损而导致脱轨事故。而目前,超声检测中手工操作仍占主流,检测结果将取决于操作人员的个人技术和经验,包含的主观因素较多。因此在超声探伤中实现缺陷的自动识别、自动报警和自动记录,并提供缺陷参数和图形信息,实现探伤自动化并提高探伤精度已成为国内外普遍关心和研究的课题之一[1,2]。普遍来说,国内的探伤仪数据采集频率较低、信号处理能力差,为了克服现有探伤仪器的不足,在可行性分析及实验的基础上,本文设计了一套基于便携式PC的机车车轴探伤系统。

　　1　超声检测技术及探伤仪结构

　　1.1　A型显示脉冲反射式超声波探伤仪

　　A型显示主要利用超声波的反射特性,以荧光屏上的水平亮线为扫描线(时间基准),代表反射波的传播时间,其长度与时间成正比;以纵坐标代表反射波的幅度。由发射波、缺陷波以及底波在扫描线上的位置,可求出缺陷的位置;由缺陷的幅度,可判断缺陷大小;由缺陷的形状,可分析缺陷的性质,它的缺点是难以判断缺陷的几何形状和缺乏直观性。

　　1.2　探伤系统结构

　　基于PC机的机车轮轴超声探伤仪采用了一体化结构,探伤电路板和工控PC机放在一个机箱中,将探伤功能电路与计算机融为一体,形成了拥有液晶显示、超强数据处理、支持USB通讯和网络通讯,支持海量存储和本机刻录等一系列特点的全数字化探伤仪。这样一体化的设计思想缩小了仪器体积,提高了稳定性,方便了实际探伤操作。本系统的整体结构框图如图1所示。

　　从图1中可以看出本系统包括超声探头,由模拟的回波预处理模块和数字的回波数字处理模块组成的探伤电路板,PC机,打印机,远程网等几大部分组成。系统的结构具有以下几个特点:

　　(1)数据处理板采用FPGA芯片实现数字信号处理,使得硬件可描述、可编程,采用60 MHz时钟,设计的适应性和数据处理能力及速度大大提高;

　　(2)采用了USB控制器,提高了探伤仪的数据传输和软件升级能力,为探伤仪的便携式发展提供了前景;

　　(3)升级后的系统在用户的建议下采用了双界面的方式,即一台PC机外接两块探伤电路板,同时实现双人同时探伤;

　　(4)利用PC机的强大处理能力实现探伤工艺流程控制,报表及数据管理等,同时还有新颖的探伤波形回放功能;