鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統與掃查系統介紹

鐵路無縫線路的接頭少，節省了大量的接頭零件和線路維修工作量，減少了列車在接縫處的震動，降低了噪聲，使列車運行更加平穩，同時增加了列車的使用年限。然而鋼軌在焊接過程中由于設備的不穩定和焊接工 藝參數的變化，以及鋼軌化學成分偏離等原因，在焊縫內部容易產生灰斑、光斑、過燒、裂紋和晶粒粗大等 危險性缺陷，這些缺陷降低了焊縫的強度和韌性，容易造成斷軌事故。因此對鋼軌焊縫部位進行定期檢測是保證行車安全最直接、最有效的技術方法。

雷納為大家介紹一款鋼軌焊縫超聲波探傷儀，利用自動掃查裝置替代傳統的人工掃查，利用FPGA進行數字信號處理及模擬信號控制，采用嵌入式計算機作為上位機進行人機交互。采用USB技術使得超聲波電路板與上位機通信更加方便，數據傳輸速度更快。探傷過程中利用門內展寬、深度補償、報警燈等功能幫助用戶更加準確地對缺陷進行判斷。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀掃查系統

掃查系統包括驅動控制器、傳動機構、探頭組、編碼器、探頭信號分配器。

驅動控制器包含電機、編碼器、控制板卡、開關和電池。電池為驅動控制器供電，電機與傳動機構連接用于驅動傳動機構，傳動機構的運動帶動探頭組的移動，編碼器通過齒輪與電機連接，開關與電機和控制板卡連接。

探頭組由三對雙探頭和兩個單探頭共8個探頭組成。分別檢測軌頭、軌腰、軌底，對整個焊縫進行全方位掃查。雙探頭掃查：從踏面對焊縫進行串列式掃查，從軌頭兩側面對軌頭進行Ｋ型掃查和從軌底兩側面對軌底 部位進行Ｋ型掃查。單探頭掃查：從軌底斜面對軌底腳進行單探頭掃查，用一次波掃查軌底腳下部，二次波掃查軌底腳上部。

編碼器安裝在傳動機構上，實時獲取傳動機構的運動位置，并傳送到超聲電路板。

探頭組安裝在傳動機構上，實時產生超聲信號并通過多芯信號線傳送到超聲電路板，隨著探頭組的移動會產生各個位置的超聲信號。

超聲電路板將編碼器傳來的位置信號與探頭組傳來的超聲信號相整合，通過信號傳輸總線傳送到上位機在屏幕上進行成像。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統

探傷系統為超聲波探傷儀一體機，采用“嵌入式主機＋超聲電路板”的硬件架構，內部總線方式為USB總線。嵌入式主機選用低功耗嵌入式X86主板，與存儲器、鍵盤、顯示屏、電源構成完整嵌入式系統，作為整個系 統的上位機。上位機安裝嵌入式windows操作系統，應用程序運行在操作系統中。超聲電路板為自主研發的 專業8通道超聲電路板，具備超聲發射、超聲接收、模擬信號處理、信號采集、時序邏輯控制、電源管理、USB總線通訊等功能。

上位機主要完成對整個系統的控制、執行探傷操作、缺陷判斷報警程序、波形繪制及圖象處理等主要工作。而大量的數據采集、中間處理和實時控制等繁忙事務交由超聲電路板去完成，這樣有利于提高系統探傷速 度，也為開發應用程序留出充足的時間余量。

整個探傷系統流程：系統上電初始化后，用戶通過操作應用程序確定工作狀態，并將操作指令通過USB總線傳送到超聲電路板中，FPGA產生一定頻率的脈沖觸發信號，經過MOS管驅動電路后輸出的信號驅動MOS管開關動作，再配合電容、電阻生成高壓脈沖信號，施加至前端的超聲探頭，激勵壓電晶片震動產生超聲波。超聲波在焊縫傳播過程中遇到缺陷時產生反射回波并返回至探頭，壓電晶片將其轉換為電信號進入接收電路，通過增益調節電路轉換為適合A/D采樣電路的電壓信號，經A/D采樣電路后變為數字信號，再通過FPGA核心處理單元對數字信號作進一步處理，最后將數字化的超聲信號通過USB總線實時傳輸到上位機并在屏幕以Ａ掃和Ｂ掃的形式顯示出來。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀設計了超聲波發射與接收模塊和FPGA數字信號處理及邏輯控制模塊。采用USB技術使得 超聲波電路板能快速方便地與上位機進行通訊，FPGA豐富的接口資源和可編程特性，提高了數據的處理能力。在現場測試和使用過程中表明，具有檢出效率高、缺陷識別精度高、可靠性高、界面友好、操作方便等優點。