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基于虚拟仪器的超声导波断轨监测系统研究
| 论文题名： | 基于虚拟仪器的超声导波断轨监测系统研究 |
| 关键词： | 铁路钢轨;断轨故障;监测系统;超声导波;虚拟仪器 |
| 摘要： | 钢轨是轨道交通中一个十分重要的组成部分，如果出现钢轨断裂就将会造成列车出轨、倾覆等重大行车安全事故。特别是随着近年来我国高速铁路的发展，对于铁路轨道的结构提出了更高的要求，铁路运输过程中的安全性也需要达到更高的标准。所以必须及时的对钢轨进行检测，并且发现钢轨中的裂缝或断裂，这样才能够确保铁路运输的安全和畅通，因此对断轨监测系统的研究很有必要。由于超声检测的特点及优势，我们可以对钢轨的健康状况进行实时的监控，从而保障列车的行驶安全。 当超声波是在有限介质内传播（如:棒，杆等），在介质边界上来回多次反射而形成了超声导波。与常见的超声波相比，超声导波具有传播距离远、频散和多模态的特性。虚拟仪器技术是在20世纪80年代由美国国家仪器公司提出的，该技术在软硬件的结合的基础上，使用图形化的编程方式。相比于传统的编程语言更加方便、直观。同时整个技术的核心在于软件设计，因此对于构建的虚拟仪器有着很好的适应性，能够根据需求方便快捷地更改软件部分，从而设计出符合要求的虚拟仪器。 本文结合课题的研究目的和方法，根据实验室的设备，搭建一套超声导波断轨监测系统。硬件部分由超声波发生器和模态力锤来产生激励，同时传入钢轨中形成导波，另一端用PCB352C33和R3α声发射探头接收导波检测信号;使用PCI9812数据采集卡接收数据同时进行导波信号的模数转换，再通过PCI总线与计算机实现数据通讯;PC机显示人机对话界面。软件部分在Windows操作系统下，利用LabVIEW平台设计基于虚拟仪器的超声导波断轨监测数据采集软件平台，该平台通过调用设计PCI9812的底层驱动程序实现对数据采集卡状态的控制以及参数设置;另外设计信号处理分析模块读取PCI9812数据采集卡缓存中的数据，进而对接收到的导波检测信号进行数据处理分析。然后处理数据的方法有:傅里叶变换，完成接收到的超声导波检测信号的频谱分析;FIR滤波，对接收到的超声导波检测信号进行有限长单位冲激响应(FIR)加窗滤波处理，并使用不同的窗函数;短时傅里叶变换，对接收到的超声导波检测信号进行时频分析;小波变换，利用小波变换(WT)对接收到的超声导波检测信号进行时频分析，然后使用阈值法（软硬阈值）对导波检测信号进行小波降噪。 最终能够搭建起一套完整的超声导波断轨监测系统，该系统基于虚拟仪器，通过硬件平台和软件系统的结合，实现对钢轨健康状况的监测。 |
| 作者： | 邓卫 |
| 专业： | 无损检测 |
| 导师： | 滕永平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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