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基于超声导波的道岔钢轨轨头损伤实时监测系统设计
| 论文题名： | 基于超声导波的道岔钢轨轨头损伤实时监测系统设计 |
| 关键词： | 超声导波;道岔钢轨;轨头损伤识别;实时监测系统;脉冲反射法 |
| 摘要： | 铁路作为目前主要的交通运输方式之一，使人们的出行和货运更加快捷便利。然而，长期以来钢轨损伤一直是影响铁路运输安全的关键因素，其严重威胁列车的行车安全，是导致重大安全事故的重要因素之一。道岔是铁路轨道设备中最重要的组成部分，道岔钢轨的结构复杂性使其成为铁路轨道系统中最难维护、最薄弱的部分，且极易产生损伤。因此，对道岔钢轨损伤进行实时监测具有重要的意义。 本文基于超声导波检测方法，对道岔钢轨轨头损伤实时监测系统进行研究。首先对系统方案和检测算法进行了设计。为了不影响列车正常运行以及便于探头的安装固定，本文选用了PZT压电陶瓷的超声波探头并安装于钢轨轨头侧面。同时，为了减小检测盲区，采用发送与接收探头分开的布置方式，并通过实验方式确定超声波发射探头的激励频率为180kHz。系统损伤检测方法采用超声导波回波互相关算法，通过MATLAB仿真验证了算法的可行性。在此基础上，本文完成了系统的软硬件设计，系统以ARM数据处理模块为核心，其主要包括超声导波发射电路、超声导波接收电路、FPGA数据采集电路、LCD显示电路等模块。系统通过发射电路中的信号隔离、驱动以及升压电路激励超声导波探头；通过接收电路中的限幅保护、有源带通滤波电路实现对超声导波信号的调理，从而保证FPGA数据采集电路对信号的正常采集。此外，由ARM控制LCD实现波形的显示、系统参数设置以及系统调试。最后，论文完成了系统的软硬件联调，验证了系统硬件与软件功能的正确性。 实验结果表明系统能够正常工作且ARM平台与MATLAB平台下的互相关算法对数据处理的相对误差低于0.4％，符合系统设计要求。同时，通过人为引入轨头损伤的模拟实验，验证了监测系统对钢轨轨头损伤识别的可行性。 |
| 作者： | 王洋 |
| 专业： | 电路与系统 |
| 导师： | 杨媛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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