CN101504390A - 锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，能自动判定所采集的锚固螺杆超声波信号的有效性，并自动调整超声波信号采集卡增益，以保存有效的超声波信号，所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，包括超声波传感器和超声波信号采集控制系统，所述超声波信号采集控制系统包括一增益可调的超声波数据采集模块，通过信号有效性分析模块保证采集超声波信号的质量；所述采集方法包括超声波数据采集模块采集超声波信号的步骤和信号有效性分析模块分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性的步骤。

Description

锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统及采集方法

技术领域

本发明涉及一种超声波信号采集系统及方法，特别涉及一种对跨座式单轨轨道交通系统中的锚固螺杆进行缺陷检测时的超声波信号自动采集系统及采集方法。

背景技术

在轨道交通系统，特别是跨座式单轨轨道交通系统中，锚固螺杆是连接轨道梁与墩台的关键受力构件，在单轨列车运行过程中，由于冲击等多种原因锚固螺杆易出现裂纹甚至断裂，对跨座式单轨交通运营造成了严重的安全隐患，因此锚固螺杆需要定期进行安全检测，便于对出现问题的锚固螺杆及时进行更换。现今主要采用超声波技术以人工操作的方式对锚固螺杆进行裂纹或断裂检测，先将耦合剂涂抹在锚固螺杆端面，再用手工将超声波传感器对准放置在锚固螺杆上端面，这种方法费时费力，致使超声波检测效率低下。

为解决上述问题，公开号为CN101191323A的发明专利申请公布说明书公开了一种超声波传感器自适应安置装置，能够准确的自动将超声波传感器安置在锚固螺杆上端面，并在超声波传感器下表面和锚固螺杆上端面之间形成耦合液膜，提高检测效率和检测质量。

由于跨座式单轨轨道通常架设于高处，现有技术中采用上述的超声波传感器自适应安置装置时需要人工高空作业，存在安全隐患，另外，检测过程需要对多处锚固螺杆进行超声波信号采集，现有技术效率低，不能满足高效的锚固螺杆裂纹检测要求。

同时，在现有技术中，依靠人眼观察显示屏上的波形并通过人工调整波仪信号增益和/或调整超声波传感器位置，才能最终采集到有效的超声波信号，采集效率低，采集的超声波信号质量较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，能自动判定所采集的锚固螺杆超声波信号的有效性，并自动调整超声波信号采集卡增益，采集和保存有效的质量高的超声波信号。

本发明的目的是这样实现的：锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，包括超声波传感器和超声波信号采集控制系统，所述超声波信号采集控制系统包括超声波数据采集模块，所述超声波信号采集控制系统还包括：

信号有效性分析模块，分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性；

所述超声波信号有效性分析模块包括：

回波检测子模块，判断超声波信号是否存在底面回波；

增益调整子模块，根据回波检测子模块的分析结果，自动调整增益。

有效性判定子模块，判定增益调整后的超声波信号有效性。

进一步，所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统还包括轨道行进机构、升降机构和超声波传感器自适应安置装置，所述轨道行进机构可沿轨道行进，所述升降机构设置于轨道行进机构上，所述超声波传感器自适应安置装置固定设置于升降机构下端，由升降机构带动超声波传感器自适应安置装置升降，所述超声波传感器设置于超声波传感器自适应安置装置内；

进一步，所述升降机构由步进电机驱动升降，所述超声波信号采集控制系统还包括一步进电机控制模块；

进一步，所述超声波传感器自适应安置装置的底部设置有一光电开关，所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统还包括一耦合液存储装置，所述耦合液存储装置通过电磁阀与超声波传感器自适应安置装置的进液口连接，所述超声波信号采集控制系统还包括一I/O控制模块，所述I/O控制模块接收光电开关的响应信号、控制电磁阀的开闭；所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统还包括一计算机和超声波信号自动采集卡，I/O控制卡，步进电机控制卡，所述的超声波信号自动采集卡，I/O控制卡，步进电机控制卡安装在计算机插槽内。

本发明还提供一种锚固螺杆缺陷检测超声波信号的自动采集方法，包括如下步骤：

A.轨道行进机构进行到待测锚固螺杆的上方并停止，使超声波传感器正对待测锚固螺杆上端面；

B.升降机构带动超声波传感器自适应安置装置下降，并使超声波传感器与锚固螺杆的上端面耦合；

C.超声波数据采集模块采集超声波信号；

D.信号有效性分析模块分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性；

E.若信号有效，则超声波信号采集控制系统对有效信号进行保存，结束当前超锚固螺杆超声波信号采集；若信号无效，则对超声波传感器与待测锚固螺杆进行重新耦合，即转到步骤B执行；若连续Z次采集信号判断都无效，则转为人工处理，其中Z为预先设定的大于等于2的整数；

进一步，其中步骤D具体包括如下步骤：

D-1.判断信号是否存在底面回波；

D-2.有底面回波则进行自动增益调整；

D-3.自动增益调整后，判断信号的有效性；

进一步，其中步骤D-1具体包括如下步骤：

D-1-1.设置一个窗体大小为M个采样点的矩形窗；

D-1-2.设定信号分析的起始点和终止点，所述矩形窗与信号分析的起始点对齐；

D-1-3.计算矩形窗中信号的方差var1；

D-1-4.将矩形窗沿采样点轴横向移动，形成新矩形框，计算新矩形窗中信号的方差var2；

D-1-5.判断相邻矩形窗中信号的方差之差是否大于设定的阈值：设定一个阈值thr1，判断var2-var1是否大于所设定的阈值thr1，当大于时，记录该点位置，将值储存到变量K1中，并跳转执行步骤D-2；当var2-var1小于或等于thr1时，继续下一步；

D-1-6.判断矩形窗是否移动到了信号分析的终止点，当矩形窗到了信号分析的终止点时，则该信号没有底面回波，判定信号无效，跳转执行步骤E；

D-1-7.将var2的值赋给var1，并转到步骤D-1-4执行；

进一步，所述步骤D-2具体包括如下步骤：

D-2-1.在信号分析起始点与终止点间搜索信号的最大值max和最小值min；

D-2-2.判断最大值max和最小值min的大小，当最大值max大于254或最小值小于1时，将增益减小P，并转到D-2-4执行，其中P为大于0的整数；当max小于254并且min大于1时，即信号幅值在1与254间，执行下一步；

D-2-3.判断信号值是否在60与200之间，当在60与200之间时，将增益增加Q并转到D-2-4，其中Q为大于0的整数；当最大值max在200与240之间，最小值min在1与60之间，则转到步骤D-3；

进一步，所述步骤D-3具体包括如下步骤：

D-3-1.搜索回波幅值：对增益调整后的超声波信号，在K1至K1+200区间搜索最大幅度值value。

D-3-2.计算信号分析起始点到K1区间的方差var、均值mean和均方差Svar；

D-3-3.设定两个阈值thr2和thr3，其中0<thr2≦255，0<thr3<0.5；判断回波的最大幅度值value与基准线方差var之间的比值是否大于所设定的阈值thr2，并计算基准线均方差Svar与基准线均值mean的比值是否小于所设定的阈值thr3，当两个条件都满足时，判定信号有效，当两个条件中至少一个不满足时，判定信号无效；

进一步，所述步骤B具体包括如下步骤：

B-1.启动升降机构的步进电机；

B-2.超声波信号采集控制系统控制步进电机驱动升降机构垂直向下运动，从而使与升降机构下端连接的超声波传感器自适应安置装置垂直向下运动；

B-3.根据光电开关的响应信号判断超声波传感器自适应安置装置下端喇叭状孔的底部是否运动到锚固螺杆顶端处，若是，则执行步骤B-4，若否，则转到步骤B-2；

B-4.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，耦合液供给系统工作，使超声波传感器下端面与锚固螺杆上端面获得耦合液，并接触、对正；

B-5.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，使超声波传感器与锚固螺杆紧密贴合，升降机构停止运动，超声波传感器与锚固螺杆的耦合完成。

相对于现有技术，本发明的锚固螺杆缺陷检测超声波信号采集系统及采集方法能够自动判定所采集的锚固螺杆超声波信号的有效性，并自动调整超声波信号采集卡增益，以保存有效的超声波信号，利于后续的信号处理和裂纹等缺陷判别，提高超声波检测的质量和效率；在进一步的技术方案中，通过对信号回波的分析，判断信号的有效性，判断准确、且过程简单；在更进一步的技术方案中，设置了轨道行进机构、升降机构和超声波传感器自适应安置装置及相应的控制模块，可准确地自动控制锚固螺杆的端面与超声波传感器良好的耦合，进一步提高采集超声波信号的质量，并可极大地提高了检测效率。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统模块示意图；

图2为本发明锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统的结构示意图；

图3为超声波传感器自适应安置装置的结构示意图；

图4为信号采集系统工作流程示意图；

图5为超声波传感器自适应安置装置向下运动至与锚固螺杆耦合子流程图；

图6为超声波传感器自适应安置装置向下运动中供给耦合液子流程图；

图7为信号有效性分析流程图；

图8为搜索信号有无底面回波子流程框图；

图9为自动增益调整子流程框图；

图10为信号有效性判定子流程框图。

附图中：

1-压板；2-传感器套体；3-耦合装置；4-超声波传感器；5-喇叭状孔；6-凸轮；7-活塞杆；8-活塞I；9-活塞II；10-复位弹簧；11-孔道I；12-孔道II；13-挡块；14-耦合液管；15-光电开关；16-丝杠；17-联轴器；18-螺母；19-步进电机；20-轨道行进机构；21-耦合液储存箱；22-电磁水阀；23-机架；24-导杆；25-锚固螺杆：26-对中弹簧。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参见图1、图2和图3，本实施例的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，包括超声波传感器、超声波传感器自适应安置装置、升降机构、轨道行进机构和超声波信号采集控制系统。

本实施例中，超声波传感器4选用TR收发兼用型传感器，如频率为5MHZ的双晶聚焦探头，轨道行进机构20选用湘潭电机公司生产的Q2DGZ-1型跨座式单轨车，超声波信号采集控制系统的计算机选用PC机，所述PC机安装于所述车内，PC机的PCI槽上安装有超声波数据采集卡、步进电机控制卡、I/O控制卡，其中超声波数据采集卡选用的是SUPERAY科技有限公司研发的四通道数据采集卡，采样频率为50MHZ，步进电机控制卡选用的是研华公司生产的型号为PCI-1760控制卡，I\O控制模块选用的是研华公司生产的型号为PCI-1261的控制卡；所述PC机内安装有控制软件，所述控制软件包括信号有效性分析模块，所述超声波信号有效性分析模块分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性，具体包括如下子模块：

回波检测子模块，判断超声波信号是否存在底面回波；

增益调整子模块，根据回波检测子模块的分析结果，自动调整增益；

有效性判定子模块，判定增益调整后的超声波信号有效性。

参见图2，所述升降机构安装于轨道行进机构20一侧，所述升降机构包括丝杠16、联轴器17、螺母18及步进电机19，丝杠16的一端通过螺母18与超声波传感器自适应安置装置的压板1相连接，丝杠16的另一端连接联轴器17后连接步进电机19，升降机构通过机架23、连接导杆24与超声波传感器自适应安置装置连接，步进电机19通过步进电机驱动器与超声波信号采集控制系统中的步进电机控制卡连接，所述步进电机驱动器可选用三相混合式步进电机86BYG350(四通电机)，步距角为0.6°至1.2°范围，电流为6A，步进电机驱动器可选用三相混合式步进电机驱动器SH-30806；所述丝杆的丝距为5mm，步进电机运动一周，丝杆可上升或下降5mm。

参见参见图2、图3，所述超声波传感器自适应安置装置包括压板1、传感器套体2和耦合装置3，压板1设置在传感器套体2的顶部，所述压板1与传感器套体2通过对中弹簧26连接并保持有受力接触面，所述传感器套体2的下部连接有超声波传感器4；所述耦合装置3为柱体，所述耦合装置3的内部设置有空腔，所述传感器套体2设置在空腔的上部，所述空腔下部设计成喇叭状孔5，喇叭状孔5的锥度为5～15°，喇叭状孔5上端孔的形状及尺寸与锚固螺杆25上端面的形状及尺寸相配合，在耦合装置3的喇叭状口的两侧设置有耦合液喷淋装置，所述耦合液喷淋装置包括凸轮6、活塞、活塞杆7、阀缸、挡块13，所述凸轮6设置在喇叭状孔的内部，所述凸轮6与阀缸内活塞杆7的一端固定连接，所述活塞杆7的另一端由内到外依次与活塞I8和活塞II9固定连接并套装复位弹簧10，通过挡块13将活塞杆7、活塞I8、活塞II9和复位弹簧10限制在阀缸中，所述凸轮6的工作面是线型斜面，工作面的顶端是圆弧，凸轮6沿活塞杆7方向的行程等于活塞I8与活塞II9之间的距离，所述阀缸通过孔道I11与喇叭状孔5相连并通过孔道II12与耦合液管14的进液端相连，在凸轮6的上部还横向开有凸轮限位槽，该槽与凸轮6滑动配合；所述喇叭状孔5的内壁下端还设置有光电开关15，所述光电开关15的位置与耦合时锚固螺杆25的进杆位置相对应，所述光电开关15与I/O控制控制模块电连接；超声波传感器自适应安置装置下套喇叭状孔为扁方形，超声波传感器自适应安置装置喇叭状孔上端面到下端面的垂直距离为15mm。

轨道行进机构20上还设置有耦合液储存箱21，耦合液储存箱21的出液端通过电磁水阀22与耦合液管14的进液端相连，电磁水阀22与I/O控制控制模块电连接。

参见图4，本发明的锚固螺杆超声波信号自动采集方法，包括如下步骤：

A.轨道行进机构沿轨道行进至待测锚固螺杆的上方停止，使超声波传感器正对待测锚固螺杆上端面；

B.升降机构带动超声波传感器自适应安置装置下降，并使超声波传感器与锚固螺杆的上端面耦合；

C.采集锚固螺杆超声波信号；即超声波传感器将激发的超声波信号作用于锚固螺杆上端面，并获取从锚固螺杆系统反射回的超声波信号并传送给信号接收装置；

D.对采集的超声波信号的有效性进行分析；

E.若信号有效，则超声波信号采集控制系统对有效信号进行保存，结束当前超锚固螺杆超声波信号采集；若信号无效，则对超声波传感器与待测锚固螺杆进行重新耦合，即转到步骤B执行；若连续Z次采集信号判断都无效，则转为人工处理，其中Z为预先设定的大于等于2的整数；

参见图5所示，步骤B具体包括如下步骤：

B-1.启动步进电机；

B-2.超声波信号采集控制系统控制步进电机驱动升降机构垂直向下运动，从而使与升降机构下端连接的超声波传感器自适应安置装置垂直向下运动；

B-3.判断超声波传感器自适应安置装置下端喇叭状孔5的底部是否运动到锚固螺杆顶端处：在超声波传感器自适应安置装置垂直向下运动的过程中，计算机不断对光电开关采样，当超声波传感器自适应安置装置下端下端喇叭状孔5的底部运动到锚固螺杆顶端处时，光电开关被锚固螺杆顶端遮挡，光电开关响应，产生一个电信号输入超声波信号采集控制系统中，并继续下一步，否则转到步骤B-2执行；

B-4.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，耦合液供给系统工作，使超声波传感器下端面与锚固螺杆上端面获得耦合液，并接触、对正；

B-5.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，运动中，超声波传感器自适应安置装置的对中弹簧压缩，使超声波传感器与锚固螺杆紧密贴合，由于喇叭状孔5的导向和对中弹簧的调节作用，使超声波传感器下端面与锚固螺杆上端面正对并均匀受力，同时使超声波传感器下端面与锚固螺杆上端面的耦合剂均匀分布；此时，升降机构停止运动，超声波传感器与锚固螺杆的耦合完成；

参见图6，步骤B-4具体包括如下步骤：

B-4-1.超声波信号采集控制系统通过I\O控制卡开启电磁水阀，使连接耦合液储存箱与耦合液管连通；

B-4-2.喷洒耦合液到超声波传感器下表面与锚固螺杆上端面：超声波传感器自适应安置装置向下运动过程中，锚固螺杆沿超声波传感器自适应安置装置中的凸轮工作面顶凸轮，耦合液储存箱中的耦合液通过耦合液管经超声波传感器自适应安置装置的孔道喷出，喷嘴将耦合液喷洒到超声波传感器的下表面和锚固螺杆的上端面；

B-4-3.停止向超声波传感器下表面及锚固螺杆上端面喷洒耦合液：超声波传感器自适应安置装置继续向下运动到设定位置时，锚固螺杆顶凸轮至凸轮工作面顶端，超声波传感器自适应安置装置的活塞II移动到通口位置将通口堵住，喷嘴停止喷水，此时，超声波传感器自适应安置装置喇叭状孔5的小口端套装到锚固螺杆上，超声波传感器与锚固螺杆接触，并相互对正；

B-4-4.超声波信号采集控制系统通过I\O控制卡关闭电磁水阀；

参见图7所示，步骤D具体包括如下步骤：

D-1.信号是否存在回波的判定；

D-2.自动增益调整；

D-3.信号有效性判定；

参见图8所示，步骤D-1具体包括如下步骤：

D-1-1.设置一个窗体大小为M个采样点的矩形窗，M值越大，信号有效性分析效率越高，但准确性降低，M值越小，信号有效性分析的准确性越高，但分析效率越低，可根据锚固螺杆的长度和超声波数据采集卡采样频率来确定一个合适的取值范围，本实施例中超声波数据采集卡采样频率为50MHZ，锚固螺杆长度为1米，M的优选取值范围为80-300，最佳为120；

D-1-2.设定信号分析的起始点(Bpoint)和终止点(Epoint)，起始点设定在底面回波前若干点，终止点设定在起始点之后M的10至20倍的点位上，本实施例的起始点设置为15000，终止点设置为20000，所述矩形窗与信号分析的起始点对齐；

D-1-3.计算矩形窗中信号的方差var1：先根据公式 $\mathrm{mean}=\frac{1}{M}\underset{i=\mathrm{Bpoint}}{\overset{M+\mathrm{Bpoint}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left[i\right]$ 计算矩形窗中信号的均值，再根据公式 $\mathrm{var}1=\frac{1}{M}\underset{i=\mathrm{Bpoint}}{\overset{M+\mathrm{Bpoint}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(x\left[i\right]-\mathrm{mean})}^2$ 计算矩形窗中信号的方差var1；

D-1-4.计算新矩形窗中信号的方差：矩形窗沿采样点轴横向移动，移动的步长为N个采样点，N可根据M的取值范围确定，本实施例优选的N的取值范围为10-100；根据公式 $\mathrm{mean}2=\frac{1}{M}\underset{i=\mathrm{Bpoint}+\mathrm{aN}}{\overset{M+\mathrm{Bpoint}+\mathrm{aN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left[i\right]$ 得到新矩形窗中信号的均值，其中a为矩形窗向后移动的次数，a的初值为1，矩形窗每移动一次让a加1，N为移动的步长，然后根据公式 $\mathrm{var}2=\frac{1}{M}\underset{i=\mathrm{Bpoint}+\mathrm{aN}}{\overset{M+\mathrm{Bpoint}+\mathrm{aN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(x\left[i\right]-\mathrm{mean}2)}^2$ 计算新矩形窗中信号的方差var2；

D-1-5.判断相邻矩形窗中信号的方差之差是否大于设定的阈值：设定一个阈值thr1(thr1为大于0的任意整数)，判断var2-var1是否大于所设定的阈值thr1，当大于时，则该信号有底面回波，并且该点为底面回波的起始位置，记录该点位置，将值储存到变量K1中，并转到步骤D-2执行。当不大于thr1时，继续下一步；

D-1-6.判断矩形窗是否移动到了信号分析的终止点，当到了信号分析的终止点时，则该信号没有底面回波，判定信号无效，转到步骤E执行；

D-1-7.将var2的值赋给var1，并转到步骤D-1-4执行；

参见图9，步骤D-2具体包括如下步骤：

D-2-1.在信号分析起始点与终止点间搜索信号的最大值max和最小值min；

D-2-2.判断最大值max和最小值min的大小，当最大值max大于254或最小值min小于1时，将超声波数据采集卡的增益减小P(P为大于0的整数，最佳的，P＝2)，并转到步骤D-2-1执行；当max小于254并且min大于1时，即信号值在1与254间，执行下一步；

D-2-3.判断信号值是否在60与200之间，当在60与200之间时，信号值过小，将增益增加Q(Q为大于0的整数，最佳的，Q＝1)，并转到步骤D-2-1执行；当最大值max在200与240之间，最小值min在1与60之间，则信号值均在合适的范围，不用调节增益，并转到步骤D-3执行；

参见图10所示，步骤D-3具体包括如下步骤：

D-3-1.搜索底面回波幅值：对增益调整后的超声波信号，在K1至K1+200区间搜索最大幅度值value。

D-3-2.计算基准线的均值、方差及均方差，从信号分析起始点到K1区间，按照公式 $\mathrm{mean}=\frac{1}{K1-\mathrm{Bpoint}}\underset{i=\mathrm{Bpoint}}{\overset{K1-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left[i\right]$ 计算该区间的均值，然后根据公式 $\mathrm{var}=\frac{1}{K1-\mathrm{Bpoint}}\underset{i=\mathrm{Bpoint}}{\overset{K1-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(x\right[i]-\mathrm{mean})}^2$ 计算该区间的方差，最后根据公式 $\mathrm{S\; var}=\sqrt{\mathrm{var}}$ 计算该区间的均方差；

D-3-3.设定两个阈值thr2(0<thr2≦255)和thr3(0<thr3<0.5)，判断回波的幅度值value与基准线方差var之间的比值是否大于所设定的阈值thr2，并计算基准线均方差Svar与基准线均值mean的比值是否小于所设定的阈值thr3，当两个条件都满足时，判定信号有效，当两个条件中至少一个不满足时，判定信号无效。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，包括超声波传感器和超声波信号采集控制系统，所述超声波信号采集控制系统包括超声波数据采集模块，其特征在于：所述超声波信号采集控制系统还包括：

超声波信号有效性分析模块，分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性；

所述超声波信号有效性分析模块包括：

回波检测子模块，判断超声波信号是否存在底面回波；

增益调整子模块，根据回波检测子模块的分析结果，自动调整增益；

有效性判定子模块，判定增益调整后的超声波信号有效性。

2.根据权利要求1所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，其特征在于：所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统还包括轨道行进机构、升降机构和超声波传感器自适应安置装置，所述轨道行进机构可沿轨道行进，所述升降机构设置于轨道行进机构上，所述超声波传感器自适应安置装置固定设置于升降机构下端，由升降机构带动超声波传感器自适应安置装置升降，所述超声波传感器设置于超声波传感器自适应安置装置内。

3.根据权利要求2所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，其特征在于：所述升降机构由步进电机驱动升降，所述超声波信号采集控制系统还包括一步进电机控制模块。

4.根据权利要求2所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统，其特征在于：所述超声波传感器自适应安置装置的底部设置有一光电开关，所述锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集系统还包括一耦合液存储装置，所述耦合液存储装置通过电磁阀与超声波传感器自适应安置装置的进液口连接，所述超声波信号采集控制系统还包括一I/O控制模块，所述I/O控制模块接收光电开关的响应信号、控制电磁阀的开闭。

5.锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：包括如下步骤：

A.轨道行进机构进行到待测锚固螺杆的上方并停止，使超声波传感器正对待测锚固螺杆上端面；

B.升降机构带动超声波传感器自适应安置装置下降，并使超声波传感器与锚固螺杆的上端面耦合。

C.超声波数据采集模块采集超声波信号；

D.信号有效性分析模块分析超声波数据采集模块采集的超声波信号的有效性；

E.若信号有效，则超声波信号采集控制系统对有效信号进行保存，结束当前超锚固螺杆超声波信号采集；若信号无效，则对超声波传感器与待测锚固螺杆进行重新耦合，即转到步骤B执行；若连续Z次采集信号判断都无效，则转为人工处理，其中Z为预先设定的大于等于2的整数。

6.锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：其中步骤D具体包括如下步骤：

D-1.判断信号是否存在底面回波；

D-2.有底面回波则进行自动增益调整；

D-3.自动增益调整后，判断信号的有效性。

7.根据权利要求6所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：其中步骤D-1具体包括如下步骤：

D-1-1.设置一个窗体大小为M个采样点的矩形窗；

D-1-2.设定信号分析的起始点和终止点，所述矩形窗与信号分析的起始点对齐；

D-1-3.计算矩形窗中信号的方差var1；

D-1-4.将矩形窗沿采样点轴横向向后移动，形成新矩形框，计算新矩形窗中信号的方差var2；

D-1-5.判断相邻矩形窗中信号的方差之差是否大于设定的阈值：设定一个阈值thr1，判断var2-var1是否大于所设定的阈值thr1，当大于时，记录该点位置，将值储存到变量K1中，并跳转执行步骤D-2；当var2-var1小于或等于thr1时，继续下一步；

D-1-6.判断矩形窗是否移动到了信号分析的终止点，当矩形窗到了信号分析的终止点时，则该信号没有回波，判定信号无效，跳转执行步骤E；

D-1-7.将var2的值赋给var1，并转到步骤D-1-4执行。

8.根据权利要求7所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：所述步骤D-2具体包括如下步骤：

D-2-1.在信号分析起始点与终止点间搜索信号的最大值max和最小值min；

D-2-2.判断最大值max和最小值min的大小，当最大值max大于254或最小值小于1时，将增益减小P，并转到D-2-4执行，其中P为大于0的整数；当max小于254并且min大于1时，即信号幅值在1与254间，执行下一步；

D-2-3.判断信号值是否在60与200之间，当在60与200之间时，将增益增加Q并转到D-2-4，其中Q为大于0的整数；当最大值max在200与240之间，最小值min在1与60之间，则转到步骤D-3。

9.根据权利要求8所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：所述步骤D-3具体包括如下步骤：

D-3-1.搜索回波幅值：对增益调整后的超声波信号，在K1至K1+200区间搜索最大幅度值value。

D-3-2.计算信号分析起始点到K1区间的方差var、均值mean和均方差Svar；

D-3-3.设定两个阈值thr2和thr3，其中0<thr2≦255，0<thr3<0.5；判断回波的最大幅度值value与基准线方差var之间的比值是否大于所设定的阈值thr2，并计算基准线均方差Svar与基准线均值mean的比值是否小于所设定的阈值thr3，当两个条件都满足时，判定信号有效，当两个条件中至少一个不满足时，判定信号无效。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的锚固螺杆缺陷检测超声波信号自动采集方法，其特征在于：所述步骤B具体包括如下步骤：

B-1.启动升降机构的步进电机；

B-2.超声波信号采集控制系统控制步进电机驱动升降机构垂直向下运动，从而使与升降机构下端连接的超声波传感器自适应安置装置垂直向下运动；

B-3.根据光电开关的响应信号判断超声波传感器自适应安置装置下端喇叭状孔的底部是否运动到锚固螺杆顶端处，若是，则执行步骤B-4，若否，则转到步骤B-2；

B-4.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，耦合液供给系统工作，使超声波传感器下端面与锚固螺杆上端面获得耦合液，并接触、对正；

B-5.超声波信号采集控制系统控制超声波传感器自适应安置装置继续向下运动，使超声波传感器与锚固螺杆紧密贴合，升降机构停止运动，超声波传感器与锚固螺杆的耦合完成。

Images