CN107677729A - 铁路钢轨探伤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路钢轨探伤系统，包括：轮探头，用于进行铁路钢轨探伤，生成超声波射频信号；信号调理电路，与所述轮探头连接，用于对超声波射频信号进行信号调理；AD转换器，与所述信号调理电路连接，用于将信号调理后的超声波射频信号进行模数转换；可编程逻辑门阵列，与所述AD转换器连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形；对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态。本发明可以提高铁路钢轨探伤的准确性，实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控，还具备A型波形存储和回放的功能。

Description

铁路钢轨探伤系统
技术领域
本发明涉及铁路技术领域，尤其涉及铁路钢轨探伤系统。
背景技术
大型铁路钢轨探伤车最高检测速度80km/h，具有检测速度快、效率高的特点，为保障铁路安全起到了重要作用。铁路钢轨探伤车上安装有铁路钢轨探伤系统，采用与铁路钢轨踏面接触的轮探头，在探伤车行驶过程中完成铁路钢轨内部伤损的检测作业。在检测作业时，铁路钢轨探伤系统可实时显示A型波形、B型图形两种检测数据。
A型波形是铁路钢轨探伤系统作业中实时产生的数据。操作员根据A型波形的某些特征可判断出轮探头中超声波晶片的线缆连接状态、扎轮、轮探头下压量、对中、参数设置等异常情况。在现有技术中，A型波形仅在检测时显示，检测过后不可复原。
B型图形利用了A型波形中伤损波的声程信息，在B型图形上以“点”的形式显示。连续检测时，以特定规律排列的“点阵列”即可作为判别伤损的依据。在现有技术中，保存了B型图形数据。在检测结束后，对数据进行回放，利用B型图形进行伤损判别。
现有技术的伤损判别准确性不高，容易误判，并且不能实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控。
发明内容
本发明实施例提供一种铁路钢轨探伤系统，用以提高铁路钢轨探伤的准确性，并实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控，该铁路钢轨探伤系统包括：
轮探头，用于进行铁路钢轨探伤，生成超声波射频信号；
信号调理电路，与所述轮探头连接，用于对超声波射频信号进行信号调理；
AD转换器，与所述信号调理电路连接，用于将信号调理后的超声波射频信号进行模数转换；
可编程逻辑门阵列，与所述AD转换器连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形；对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态。
一个实施例中，该铁路钢轨探伤系统还包括：
存储器，与所述可编程逻辑门阵列连接，用于存储A型波形的特征；
显示器，与所述存储器连接，用于显示和回放A型波形。
一个实施例中，所述存储器还用于存储B型图形；
所述显示器还用于显示和回放B型图形。
在本发明实施例的铁路钢轨探伤系统中，轮探头生成超声波射频信号后，信号调理电路对超声波射频信号进行信号调理，AD转换器将超声波射频信号进行模数转换，可编程逻辑门阵列进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形，对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态，从而通过数字信号处理技术避免引入干扰，提高铁路钢轨探伤的准确性，并且，基于A型波形所包含的更为丰富的波形信息，实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控。
进一步的，本发明实施例的铁路钢轨探伤系统还具备A型波形存储和回放的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中铁路钢轨探伤系统的示意图；
图2为本发明实施例中铁路钢轨探伤系统的一具体实例图；
图3为本发明实施例中铁路钢轨探伤系统的另一具体实例图；
图4为本发明实施例中铁路钢轨探伤系统的又一具体实例图；
图5为本发明实施例中A型波形示例图；
图6为本发明实施例与现有技术的区别示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
发明人发现，现有的铁路钢轨探伤系统根据B型图形进行铁路钢轨探伤，采用了模拟信号处理技术，硬件参数标定复杂，且容易引入新干扰。为了避免干扰，提高探伤准确性，可以考虑在本发明实施例中将实时检测到的超声波射频信号进行模数转换，通过数字信号处理技术避免引入干扰，提高超声通道的信噪比，进而提高铁路钢轨探伤的准确性。发明人还发现，现有的铁路钢轨探伤系统仅提取A型波形中的伤损声程来生成B型图形，忽略了其他一些有用的波形信息。因此，可以考虑在本发明实施例中，对A型波形进行特征提取，提高回波信息的利用率，基于A型波形所包含的更为丰富的波形信息，实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控。
基于上述考虑，在本发明实施例中提供一种铁路钢轨探伤系统，如图1所示，该铁路钢轨探伤系统可以包括：
轮探头1，用于进行铁路钢轨探伤，生成超声波射频信号；
信号调理电路2，与所述轮探头1连接，用于对超声波射频信号进行信号调理；
AD转换器3，与所述信号调理电路2连接，用于将信号调理后的超声波射频信号进行模数转换；
可编程逻辑门阵列4，与所述AD转换器3连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形；对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态。
如上所述，在本发明实施例的铁路钢轨探伤系统中，通过数字信号处理技术避免引入干扰，提高铁路钢轨探伤的准确性，并且，基于A型波形所包含的更为丰富的波形信息，实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控。
具体实施时，轮探头用于进行铁路钢轨探伤，生成超声波射频信号，经可编程逻辑门阵列生成A型波形。其中，A型波形中伤损波的声程信息可用来生成B型图形。B型图形利用了A型波形中伤损波的声程信息，在B型图形上以“点”的形式显示。连续检测时，以特定规律排列的“点阵列”即可作为判别伤损的依据。在本发明实施例中，还利用A型波形来作为实时监控铁路钢轨探伤系统状态的依据，包括作为判别伤损的依据。
如图2所示，在实施例中，本发明实施例的铁路钢轨探伤系统还包括：存储器5，与可编程逻辑门阵列4连接，用于存储A型波形的特征；显示器6，与存储器5连接，用于显示和回放A型波形。可见，本发明实施例的铁路钢轨探伤系统还可以具备A型波形存储和回放的功能。可以理解的是，在实施例中，存储器还可以用于存储B型图形，显示器还可以用于显示和回放B型图形。
如前所述，现有技术在数据存储时仅保存B型图形数据。在检测完成后，只能对B型图形数据进行回放，不能看到A型波形。而本发明实施例中，可以为铁路钢轨探伤系统增加A型波形的存储和回放功能。利用A型波形在伤损判定、伤损定位方面的优势，提供额外的伤损判别的技术手段，这样即可减少伤损误判，又能增加小伤损的识别能力。
在轮探头实时检测生成超声波射频信号后，信号调理电路对超声波射频信号进行信号调理，AD转换器将超声波射频信号进行模数转换。如图3所示，在实施例中，信号调理电路2可以包括：限幅电路21，与轮探头1连接，用于限制超声波射频信号的幅值；程控放大电路22，与限幅电路21连接，用于对超声波射频信号进行程控放大。实施例中，限幅电路21和程控放大电路22也可以设置在图2所示的铁路钢轨探伤系统中。
如图4所示，在实施例中，可编程逻辑门阵列4可以包括：数字滤波电路41，与AD转换器3连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字滤波；数字检波电路42，与数字滤波电路41连接，用于对数字滤波后的超声波射频信号进行检波，生成A型波形。
可以理解的是，上述数字滤波电路和检波电路仅为可编程逻辑门阵列进行数字信号处理的举例，具体实施时，可以根据需求设置其它的数字信号处理电路/模块，相关的变化例均应落入本发明的保护范围。如前所述，现有的铁钢轨探伤系统采用了模拟信号处理技术，硬件参数标定复杂，且容易引入新干扰。而本发明实施例将超声波射频信号进行A/D转换，数字滤波、检波等信号处理，提高超声通道的信噪比，避免了干扰，提高了探伤的准确性。
如前所述，现有的铁路钢轨探伤系统仅提取A型波形中的伤损声程，忽略了其他一些有用的信息，如回波幅值和宽度、固定波、草状波等。在本发明实施例中，较为全面的提取A型波形中有用的信息。在本发明实施例的铁路钢轨探伤系统中，可编程逻辑门阵列对信号调理后的A型波形进行特征提取，所提取的特征用于实时监控铁路钢轨探伤系统的状态。例如，可编程逻辑门阵列可以实时提取A型波形信号中的声程、幅值、宽度、固定波、草状波等多种信号特征，提高回波信息的利用率。
再如图4所示，在实施例中，可编程逻辑门阵列4还可以包括：
发射波提取闸门43，用于从A型波形提取发射脉冲宽度、高度和声程；
草状波提取闸门44，用于从A型波形提取轮探头内草状波高度；
界面波提取闸门45，用于从A型波形提取界面波的宽度、高度和声程；
伤损波提取闸门46，用于从A型波形提取：伤损波的宽度、高度和声程，铁路钢轨内草状波高度；
底波提取闸门47，用于从A型波形提取底波的宽度、高度和声程。
图4所示可编程逻辑门阵列4也可以设置在图2或图3所示的铁路钢轨探伤系统中。
在实施例中，发射脉冲宽度、高度和声程可以用于：判别轮探头中超声波晶片的线缆连接状态，以及在回放A型波形时复原发射脉冲波形。
在实施例中，轮探头内草状波高度可以用于：判断轮探头是否工作正常。
在实施例中，界面波的宽度、高度和声程可以用于：计算界面波时间，以及在回放A型波形时复原界面波波形。
在实施例中，伤损波的宽度、高度和声程可以用于：计算铁路钢轨伤损位置，以及在回放A型波形时复原伤损波波形；铁路钢轨内草状波高度可以用于：判别铁路钢轨探伤系统的灵敏度。
在实施例中，底波的宽度、高度和声程可以用于：计算铁路钢轨底波位置，以及与界面波一起判别钢轨类型。
一个典型的超声波A型波形可以参见图5，由发射脉冲开始至底波闸门结束，波形周期为250微秒。如图5所示，在一个波形周期内，设置5个数字闸门①～⑤，分别提取波形的不同特征。图5中闸门①为发射波提取闸门，闸门②为草状波提取闸门，闸门③为界面波提取闸门，闸门④为伤损波提取闸门，闸门⑤为底波提取闸门。表1中详细列出了各闸门对应的波形特征提取与用途。
表1 波形特征提取与用途
在图6的具体示例中可以看出本发明实施例与现有技术的区别。如图6所示，在现有技术中，实时检测显示A型波形，利用A型波形中伤损波的声程信息显示B型图形；在本发明实施例中，将A型波形经信号调理、AD转换、特征提取后，得到伤损波声程，来生成B型图形；而得到的伤损波的宽度、高度和声程，用于A型波形的存储与回放；还提取了A型波形中发射脉冲、界面波、底波和草状波的信息，用于系统状态监控与报警；在数据回放时，通过总线传输实现数字A显集成显示。
综上所述，在本发明实施例的铁路钢轨探伤系统中，轮探头生成超声波射频信号后，信号调理电路对超声波射频信号进行信号调理，AD转换器将超声波射频信号进行模数转换，可编程逻辑门阵列进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形，对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态，从而通过数字信号处理技术避免引入干扰，提高铁路钢轨探伤的准确性，并且，基于A型波形所包含的更为丰富的波形信息，实现对铁路钢轨探伤系统的全面监控。
进一步的，本发明实施例的铁路钢轨探伤系统还具备A型波形存储和回放的功能。在检测时，本发明实施例的铁路钢轨探伤系统不仅存储B型图形，也存储A型波形的特征。在数据回放时，利用波形特征，复原显示A型波形，做到A型波形和B型图形同时回放，增加伤损判别的能力。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路钢轨探伤系统，其特征在于，包括：
轮探头，用于进行铁路钢轨探伤，生成超声波射频信号；
信号调理电路，与所述轮探头连接，用于对超声波射频信号进行信号调理；
AD转换器，与所述信号调理电路连接，用于将信号调理后的超声波射频信号进行模数转换；
可编程逻辑门阵列，与所述AD转换器连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字信号处理，将超声波射频信号转换为A型波形；对A型波形进行信号特征提取，所提取的特征用于生成B型图形及实时监控所述铁路钢轨探伤系统的状态。
2.如权利要求1所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，还包括：
存储器，与所述可编程逻辑门阵列连接，用于存储A型波形的特征；
显示器，与所述存储器连接，用于显示和回放A型波形。
3.如权利要求2所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于：
所述存储器还用于存储B型图形；
所述显示器还用于显示和回放B型图形。
4.如权利要求1所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述信号调理电路包括：
限幅电路，与所述轮探头连接，用于限制超声波射频信号的幅值；
程控放大电路，与所述限幅电路连接，用于对超声波射频信号进行程控放大。
5.如权利要求1至4任一项所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述可编程逻辑门阵列包括：
数字滤波电路，与所述AD转换器连接，用于对模数转换后的超声波射频信号进行数字滤波；
数字检波电路，与所述数字滤波电路连接，用于对数字滤波后的超声波射频信号进行检波，生成A型波形；
发射波提取闸门，用于从A型波形提取发射脉冲宽度、高度和声程；
草状波提取闸门，用于从A型波形提取轮探头内草状波高度；
界面波提取闸门，用于从A型波形提取界面波的宽度、高度和声程；
伤损波提取闸门，用于从A型波形提取：伤损波的宽度、高度和声程，铁路钢轨内草状波高度；
底波提取闸门，用于从A型波形提取底波的宽度、高度和声程。
6.如权利要求5所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述发射脉冲宽度、高度和声程，用于：判别轮探头中超声波晶片的线缆连接状态，以及在回放A型波形时复原发射脉冲波形。
7.如权利要求5所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述轮探头内草状波高度，用于：判断轮探头是否工作正常。
8.如权利要求5所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述界面波的宽度、高度和声程，用于：计算界面波时间，以及在回放A型波形时复原界面波波形。
9.如权利要求5所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述伤损波的宽度、高度和声程，用于：计算铁路钢轨伤损位置，以及在回放A型波形时复原伤损波波形；
所述铁路钢轨内草状波高度，用于：判别所述铁路钢轨探伤系统的灵敏度。
10.如权利要求5所述的铁路钢轨探伤系统，其特征在于，所述底波的宽度、高度和声程，用于：计算铁路钢轨底波位置，以及与界面波一起判别钢轨类型。
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