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原文传递一种双轨式超声波探伤系统

专利名称：	一种双轨式超声波探伤系统
摘要：	本发明涉及一种双轨式超声波探伤系统，其包括运行在铁轨上的探伤小车、安装在探伤小车上的探伤装置和工控机；探伤装置安装在探伤小车的底侧且包括超声波探轮；超声波探轮安装有对中装置和预紧装置对中装置准确地对准铁轨，预紧装置使超声波探轮与铁轨之间有一定的压力，使超声波探轮正常滚动；超声波探伤轮内密封安装有用于负责检测铁轨不同位置的超声波发送与接收探头；工控机内部安装有超声波发送与接收数据采集板卡；超声波发送与接收数据采集板卡电连接超声波发送与接收探头，超声波发送与接收数据采集板卡采用PCI总线与外部PC机连接通讯。本发明可以自主行走、双轨同时检测的装置，降低探伤成本，减小铁路工人工作量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	宝鸡知为机电技术有限公司
发明人：	黄伟;焦尚彬;李玉军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910134099.7
公开号：	CN109709217A
代理机构：	西安知诚思迈知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	麦春明
分类号：	G01N29/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	721000 陕西省宝鸡市渭滨区公园路7号建工大厦1503室
主权项：	1.一种双轨式超声波探伤系统，包括运行在铁轨上的探伤小车、安装在所述探伤小车上的探伤装置和工控机；其特征在于：所述探伤装置安装在所述探伤小车的底侧且包括超声波探轮；所述超声波探轮安装有对中装置和预紧装置对中装置准确地对准铁轨，所述预紧装置使所述超声波探轮与铁轨之间有一定的压力，使所述超声波探轮正常滚动；所述超声波探伤轮内密封安装有用于负责检测铁轨不同位置的超声波发送与接收探头；所述工控机内部安装有超声波发送与接收数据采集板卡；所述超声波发送与接收数据采集板卡电连接所述超声波发送与接收探头，所述超声波发送与接收数据采集板卡采用PCI总线与外部PC机连接通讯。 2.如权利要求1所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述超声波发送与接收数据采集板卡包括DSP控制芯片、片上存储器、FPGA控制芯片、AD转换模块、时钟源、电平转换模块、D/A模块、限幅保护电路、程控放大电路、可调滤波电路、电平变换电路和电源电路；所述限幅保护电路的信号输入端电连接所述超声波探轮内的超声波发送与接收探头，以接收所述超声波发送与接收探头发出的回波信号；所述限幅保护电路的信号输出端电连接所述程控放大电路，所述程控放大电路的输出端电连接所述可调滤波电路，所述可调滤波电路的输出端电连接所述电平变换电路，所述电平变换电路的输出端电连接所述A/D转换模块并通过所述A/D转换模块与所述FPGA控制芯片双向电连接；所述FPGA控制芯片与所述时钟源电连接，同时所述FPGA控制芯片还与所述A/D转换模块双向电连接；所述DSP控制芯片分别与所述片上存储器和电平转换模块电连接，且所述DSP控制芯片还通过PCI总线与外部PC机双向电连接；所述电平转换模块电连接所述A/D转换模块，同时还电连接所述D/A模块并通过所述D/A模块电连接所述程控放大电路；所述DSP控制芯片的型号是TMS320F28335；所述FPGA控制芯片的型号是EP4CE10 NIOSALTERA；所述电源电路输入220V交流电压，输出±5V、1.5V、1.7V、3.3V电压。 3.如权利要求2所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述限幅保护电路由交流电源V10、电阻R11～R12、电容C11～C12、二极管D1A和二极管D2A连接组成；所述电阻R12一端连接所述交流电源V10的正极，另一端依次通过连接所述电容C11和C12连接至所述交流电源V10的负极；所述电阻R11一端连接所述交流电源V10的负极，另一端连接于所述电阻R12与电容C11之间；所述二极管D1A的阳极端连接于所述电容C11与电容C12之间，所述二极管D1A的阴极端连接所述交流电源V10的负极；所述二极管D2A的阴极端连接于所述电容C11与电容C12之间，所述二极管D1A的阳极端连接所述交流电源V10的负极；所述电阻R11的电阻值为1KΩ，所述电阻R12的电阻值为10KΩ，所述电容C11和C12的电容值为0.1μF。 4.如权利要求2所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述程控放大电路由交流电源V20、电阻R201～R214、电容C201～C212、运算放大器U21～U22、电压表XMM21～XMM22、示波器XSC21和0.1V电池DAinput连接组成；所述交流电源V20的正极连接所述运算放大器U21的同相输入端，所述交流电源V20的负极接地，所述运算放大器U21的反相输入端接地，所述运算放大器U21的负电源端连接-5V电源VCC_N，所述运算放大器U21的正电源端连接5V电源VCC_P，所述运算放大器U21的接地端接地，所述运算放大器U21的输出端连接所述电阻R207并通过所述电阻R207连接至所述运算放大器U22的同相输入端；所述电阻R202一端接地，另一端连接所述交流电源V20的正极；所述电压表XMM21的正极端连接于所述交流电源V20的正极；所述电容C201一端接地，另一端连接所述电阻R201并通过所述电阻R201连接所述运算放大器U21的同相输入端；所述电容C206一端接地，另一端连接所述运算放大器U21的负电源端；所述电容C210一端接地，另一端连接所述运算放大器U21的负电源端；所述电容C210一端连接接地，另一端连接所述运算放大器U21的负电源端；所述电阻R205一端连接5V电源VCC_P，另一端连接所述电阻R204并通过所述电阻R204连接于所述电容C201与电阻R201之间；所述电阻R206一端连接5V电源VCC_P，另一端连接所述电阻R203并通过所述电阻R203连接于所述电容C201与电阻R201之间；所述电容C205一端接地，另一端连接所述运算放大器U21的正电源端；所述电容C209一端接地，另一端连接所述运算放大器U21的正电源端；所述0.1V电池DAinput的负极接地，正极连接所述电阻R208并通过所述电阻R208分别连接所述运算放大器U21和U22；所述电容C204一端接地，另一端连接于所述0.1V电池DAinput的正极与所述电阻R208之间；所述电容C202一端接地，另一端连接所述运算放大器U22的同相输入端；所述运算放大器U22的反相输入端接地，所述运算放大器U22的负电源端连接-5V电源VCC_N，所述运算放大器U22的正电源端连接5V电源VCC_P，所述运算放大器U22的接地端接地，所述运算放大器U22的输出端连接所述电阻R214并通过所述电阻R214分别连接所述电压表XMM21和示波器XSC21；所述电容C208一端接地，另一端连接所述运算放大器U22的负电源端；所述电容C212一端接地，另一端连接所述运算放大器U22的负电源端；所述电阻R212一端连接5V电源VCC_P，另一端连接所述电阻R211并通过所述电阻R211连接于所述电容C203与电阻R209之间；所述电阻R213一端连接-5V电源VCC_N，另一端连接所述电阻R210并通过所述电阻R210连接于所述电容C203与电阻R209之间；所述电容C207一端接地，另一端连接5V电源VCC_P；所述电容C211一端接地，另一端连接5V电源VCC_P；所述运算放大器U21和U22采用的型号为AD603AR；所述电阻R203、电阻R204、电阻R210、电阻R211均为可调电阻且电阻值均为5KΩ；所述电阻R205、电阻R206、电阻R212、电阻R213的电阻值均为5.1KΩ；所述电阻R201、电阻R202、电阻R207、电阻R209的电阻值均为100Ω；所述电阻R208的电阻值为10KΩ；所述电阻R214的电阻值为50Ω；所述电容C201、电容C203、电容C205、电容C206、电容C207、电容C208的容量均为0.1μF；所述电容C202的容量为1PF；该电容C204的容量为1μF；所述电容C209、电容C210、电容C211、电容C212的容量均为10μF。 5.如权利要求2所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述可调滤波电路由交流电源V30、电阻R301～R312、电容C301～C313、运算放大器U31和U32、电压表XMM31和示波器XSC31连接组成；所述交流电源V30的负极接地，正极连接所述电阻R301一端；所述电阻R301另一端连接所述电容C302并通过所述电容C302连接所述运算放大器U31的同相输入端；所述电阻R305一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的反相输入端；所述电容C303一端接地，另一端依次通过串接所述电阻R306和R304连接至所述运算放大器U31；所述运算放大器U31的正电源端连接5V电源VCC，负电源端连接-5V电源VDD，接地端接地，输出端依次通过串接所述电阻R307和电容C309连接至所述运算放大器U31的同相输入端；所述电容C301一端接地，另一端连接于所述电阻R301与电容C302之间；所述电阻R302一端连接所述运算放大器U31，另一端连接于所述电阻R301与电容C302之间；所述电阻R303一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的同相输入端；所述电容C305一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的负电源端；所述电容C306一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的负电源端；所述电容C304一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的正电源端；所述电容C307一端接地，另一端连接所述运算放大器U31的正电源端；所述电容C308一端接地，另一端连接于所述电阻R307与电容C309之间；所述电阻R308一端连接所述运算放大器U31，另一端连接于所述电阻R307与电容C309之间；所述电阻R309一端接地，另一端连接所述运算放大器U32的同相输入端；所述电阻R310一端连接所述运算放大器U32的反相输入端，另一端连接所述运算放大器U32；所述运算放大器U32的正电源端连接5.0V电源VCC，负电源端连接-5.0V电源VDD，接地端接地，输出端连接所述电阻R312并通过所述电阻R312分别连接所述电压表XMM31和示波器XSC31；所述电容C311一端接地，另一端连接所述运算放大器U32的负电源端；所述电容C312一端接地，另一端连接所述运算放大器U32的负电源端；所述电容C310一端接地，另一端连接所述运算放大器U32的正电源端；所述电容C313一端接地，另一端连接所述运算放大器U32的正电源端；所述运算放大器U31和U32采用的型号为AD8000YRDZ；所述电阻R301、电阻R302、电阻R307、电阻R308的阻值均为620Ω；所述电阻R303、电阻R309、R312的阻值均为1.2KΩ；所述电阻R304和电阻R310的阻值均为240Ω；所述电阻R305和电阻R311的阻值均为500Ω；所述电阻R306的阻值为1KΩ；所述电容C301、电容C302、电容C308、电容C309的容量均为100PF；所述电容C303、电容C304、电容C305、电容C310、电容C311的容量均为0.1μF；所述电容C306、电容C307、电容C312、电容C313的容量均为10μF。 6.如权利要求1所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述探伤系统还包括安装在所述探伤小车上的水箱和蓄电池；所述水箱中盛有耦合液；所述蓄电池安装在水箱上部，其分别为小车控制台、小车制动装置、伺服装置、工控机提供电能。 7.如权利要求1所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述探伤小车包括小车本体以及安装在所述小车本体上的小车控制台、小车制动装置、伺服装置、扫石器和喷淋装置；所述小车本体包括车架、对称安装在所述车架前后底侧的行走轮、安装在所述车架上部的座椅；所述小车本体通过所述行走轮运行在所述铁轨上；所述小车控制台设置在所述车架的前侧上部，其分别通过线束电连接所述小车制动装置、伺服装置、扫石器和喷淋装置；所述伺服装置采用伺服电机且安装在所述小车本体的所述车架上；所述扫石器和喷淋耦合装置安装在所述车架的底侧，并匹配位于所述小车本体前侧的所述行走轮与所述探伤装置之间。 8.如权利要求7所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述小车控制台设置在所述小车本体的车架上部前侧，其主面板上安装有小车控制按键；所述小车控制按键采用按钮控制继电器闭合的方式控制电机启停和正反转，其包括小车制动装置控制按键、伺服装置控制按键、扫石器控制按键和喷淋装置控制按键；所述小车制动装置采用脚踩闸瓦式机械制动装置和电磁刹车制动装置；所述脚踩闸瓦式机械制动装置安装在小车司机位置，通过人工脚踩的防止进行控制；所述电磁刹车制动装置由所述小车制动装置控制按键控制启停；所述伺服装置由所述伺服装置控制按钮控制启停；所述扫石器由所述扫石器控制按钮控制启停；所述喷淋耦合装置由所述喷淋耦合装置控制按钮控制启停，其通过管道连接所述水箱；所述喷淋耦合装置通过喷头将所述水箱内的耦合液喷洒在铁轨表面，使超声波能更好的进入铁轨内部，以保证所述超声波探轮到铁轨的耦合对中和超声波的无损传播。 9.如权利要求1所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述超声波探轮具有一对且均通过探轮支架安装在所述小车本体的车架底侧；每个所述超声波探轮还安装有对中预紧装置，所述对中预紧装置安装在所述探轮支架上面；所述对中预紧装置还设有控制所述超声波探轮和钢轨之间压力的弹簧，通过调节所述弹簧来调节所述超声波探轮和钢轨之间压力。 10.如权利要求2所述的双轨式超声波探伤系统，其特征在于：所述超声波发送与接收数据采集板卡还搭载有回波和缺陷深度在线显示软件，通过所述回波和缺陷深度在线显示软件可即时对铁轨伤损进行判断；所述回波和缺陷深度在线显示软件主要包括数据采集模块、A扫绘制模块、缺陷计算模块、缺陷缓冲区模块和缺陷存储模块；所述数据采集模块用于对超声波回波信号进行数据采集，通过所述A/D转换模块将模拟回波信号转换成数字信号并进行存储和传输；所述A扫绘制模块用于将所述A/D转换模块转换后的数字信号通过图像绘制的方式，实时显示在所述回波和缺陷深度在线显示软件的面板上，图像横轴代表检测深度，纵轴代表回波波高；所述缺陷计算模块用于对回波信号与预设缺陷闸门参数对比分析，判断回波是否存在缺陷信息，如果存在，则将缺陷信息暂存缺陷缓冲区；所述缺陷缓冲区模块用于缓存回波中的缺陷信息，当缓冲区满时，发送缓冲区满标志信号；所述缺陷存储模块用于接受缓冲区满标志信号，当缺陷缓冲区满时，读取缓冲区内的缺陷信息并打包存入系统硬盘空间，刷新缓冲区，等待下一次读取。
所属类别：	发明专利