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无缝钢轨中超声导波相速度测量方法研究
| 论文题名： | 无缝钢轨中超声导波相速度测量方法研究 |
| 关键词： | 无缝钢轨;超声导波;相速度;无损测量 |
| 摘要： | 超声导波因其检测范围广、不受电气及电磁干扰、传播距离长等特点，特别适合于无缝钢轨的长距离无损检测。目前，基于超声导波的无缝钢轨裂纹检测，主要是通过在时域内测量导波的群速度来确定裂纹位置，由于超声导波的多模态特性和频散特性，会造成时域内群速度测量不准，从而导致裂纹位置定位不准确。基于相速度的超声导波检测，通过2D-FFT算法获取导波相速度值，能够有效提高超声导波波速检测的精度，从而实现钢轨裂纹的准确定位，有利于准确掌握无缝线路钢轨服役状态，对保障高速铁路行车安全具有重大的意义。 论文研究了基于2D-FFT算法的无缝钢轨中超声导波相速度测量方法，设计了超声导波信号发射模块、多通道超声信号同步采集模块、线性阵列超声探头，搭建了相速度测量系统，主要完成的工作如下: 1.通过研究超声导波的传播特性，选用了基于2D-FFT算法的超声导波相速度测量方法，设计了论文整体研究方案。 2.设计了32阵元超声导波线性阵列接收探头，工作频率为150KHz，通过实验和仿真选取了激励探头并将换能器安装于轨腰位置。 3.以STM32微处理器和FPGA为核心硬件构架，设计了超声导波发射模块和32通道超声信号同步采集模块，发射模块发射波形周期、时间间隔、发射频率均可调，能够满足导波激励源要求;信号采集模块采样率为2.4MHz，数据可以通过以太网接口传输到上位机进行保存、波形显示和后续的数据处理。 4.在实验室条件下，搭建了相速度测量系统，将包含时间—空间信息的数据矩阵进行2D-FFT处理，得到导波频率一波数图，在激励频率处提取波数值，计算出该频率下导波的相速度值，实验数据与半解析理论值有较好的一致性。 论文完成了基于2D-FFT算法的超声导波相速度测量整体方案的设计及采集系统的搭建，能够测量出无缝钢轨中超声导波相速度值，为基于超声导波无缝钢轨裂纹检测、导波模态识别研究奠定了良好的基础。 |
| 作者： | 陈源林 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 余祖俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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