CN110596253A - 一种钢轨探伤信号发生及处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨探伤信号发生及处理装置，包括：上位机参数设置模块、实时控制器、发射脉冲时序控制模块及超声激励产生模块。通过上位机参数设置模块设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器。实时控制器通过总线控制发射脉冲时序控制模块产生相应的控制脉冲，该控制脉冲控制超声激励产生模块输出高压激励信号的脉冲个数及周期，该高压激励信号作用于超声晶片并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨。本发明能够解决现有钢轨探伤信号发生及处理装置可能由于噪声导致误判，伤损检测精度和效率不高的技术问题。

Description

一种钢轨探伤信号发生及处理装置

技术领域

本发明涉及超声波无损探伤技术领域，尤其是涉及一种带标志信号的钢轨探伤信号发生及处理装置，能够应用于包括钢轨探伤、船舶探伤、航空探伤等在内的技术领域。

背景技术

大型超声波钢轨探伤车是用于检测钢轨内部伤损的常用检测工具，大型轮式钢轨探伤车基于超声反射原理，利用高压激励脉冲激发探轮300中的超声波晶片，产生的超声信号经过探轮液、轮膜、耦合液层入射至钢轨400，不同角度的超声晶片在钢轨中的传播路径不同，如附图1所示。超声信号在钢轨内传播，遇到伤损或者轨底则返回，返回的超声回波信号经过数字信号处理形成伤损图形信息。

钢轨探伤车100的钢轨探伤检测系统200一般都有A型显示和B型显示两个图形窗口用以判伤。其中，A型显示通过示波器显示超声回波模拟信号，而B型显示通过图像直观地显示钢轨内部超声信号反射点信息，如附图2所示。目前，国内钢轨探伤车100的A型显示与B型显示分开，A型显示因为通道多(超声晶片通常有八种入射角度)、数据量大，只显示不保存。而A型显示包含很多有用的信息，例如：回波信号的幅值，激励信号是否有拖尾，激励信号距离界面反射信号的时域值对探伤人员判定轨面状况、对中是否良好、探轮充液是否充足、是否破轮等具有重要意义。如果不能保存这些有用信息，A型显示数据将只能作为检测作业时的参考，而不能作为工作人员进行钢轨伤损B型显示数据回放时的参考，将影响伤损判定的精度，增加误报率，从而直接影响探伤效果。

超声波高压激励的形式多种多样，目前超声探伤检测系统使用的激励波形主要有负尖脉冲(如附图3中Ⅰ所示)、方波脉冲(如附图3中Ⅱ所示)、双极性调谐脉冲(如附图3中Ⅲ所示)、阶跃脉冲(如附图3中Ⅳ所示)。其中，负尖脉冲电路超声波激励在高速钢轨探伤检测使用中有如下不足：(1)激励电压的幅值取决于电容的充电电压，受各种因素影响，激励电压的幅值不稳定，重复性不好。(2)受到电容充放电速度的影响，测量的重复频率受到限制，当测量重复频率增大时，激励电压的幅值会下降。相较于负尖脉冲，方波脉冲激发超声探头产生的超声能量是相同条件下两个尖脉冲激励所得到的超声能量的叠加，因而相同电压及脉冲重复频率下方波脉冲激励得到的检测信号幅度比尖脉冲大。

以钢轨探伤车为例，单次超声高压激励脉冲激发晶片后，接收到的反射回波经过处理，A显波形(如附图4所示)必然是单束尖脉冲信号。由于实际检测中存在大量的干扰噪声波，有些噪声可以通过滤波器有效去除，而有些噪声信号，比如：轮轨接触噪声等，这些干扰波频率在回波的频谱范围内，滤波器难以有效滤除，干扰信号被探伤系统接收处理后，最终也为单束脉冲波形信号。这样的话，实际有效的回波信号易与干扰波相混淆，探伤系统难以有效识别出有效回波信号，容易造成漏伤、误判等情况。目前的钢轨探伤检测系统200通过在超声回波信号中叠加闸门的形式进行钢轨全断面探伤检测，每个闸门对应于钢轨内部检测区域，各个闸门可独立调节控制。但考虑钢轨检测范围，此闸门不宜过小，因此系统引入的噪声干扰信号(例如：轮轨噪声信号)易落入闸门范围内。在实际探伤检测中，B型图上的信号对应于A显回波信号相应闸门内的有效信号。闸门内为有效信号区间，区间内如果有存在超过阈值电平的多个单束脉冲，则以监视闸门内第一个超过阈值电平的单束脉冲(即附图4中的监视闸门区域)为超声回波传播时间计算基准点，不管其是有效的超声回波信号还是噪声干扰信号。这样B型显示会产生很多的无效噪声干扰信号点，而有效回波信号有可能湮没在噪声中，无法被系统有效识别出，易造成漏伤和误判。同时，也增加了B型显示的数据量，给系统带来了可能的数据拥塞隐患。

单次超声高压激励脉冲(如附图4中A所示)会产生单束脉冲回波，该回波有可能与超过闸门阈值的噪声同时出现在闸门内(如附图4中A0、A1、A2所示分别为界面波闸门、监视闸门及底波闸门)。在时间轴上相对于起始脉冲参考点，如果噪声在超声回波之前，则会被当作一次伤损反射，而时间信息是对应钢轨的深度，噪声会在B型图上显示在更贴近钢轨表面的位置，与实际伤损深度不一致，影响伤损判别。另外，如果没有伤损回波而只有噪声，则B型图上同样会显示，此时可能会引起误判。因此，噪声直接影响到超声检测B型图上信号的显示及伤损的判别。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨探伤信号发生及处理装置，以解决现有钢轨探伤信号发生及处理装置可能由于噪声导致误判，伤损检测精度和效率不高的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨探伤信号发生及处理装置的技术实现方案，钢轨探伤信号发生及处理装置，包括：上位机参数设置模块、实时控制器、发射脉冲时序控制模块及超声激励产生模块。通过所述上位机参数设置模块设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器。所述实时控制器通过总线控制发射脉冲时序控制模块产生相应的控制脉冲，该控制脉冲控制超声激励产生模块输出高压激励信号的脉冲个数及周期，该高压激励信号作用于超声晶片并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨。

进一步的，对于单个通道的高压激励信号，通过所述上位机参数设置模块的设置，控制超声激励产生模块间隔设定的时间段连续发射两次以上的高压激励脉冲，第一次高压激励脉冲对应于超声信号的起始脉冲，第二次及以后的高压激励脉冲对应于超声信号的标志脉冲。

优选的，第一次与第二次及以后的高压激励脉冲周期数不同。

进一步的，所述发射脉冲时序控制模块采用M个周期紧接N个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块产生幅值相同，而周期不同的两种脉冲，分别对应于超声信号中的幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲。所述超声晶片产生的超声信号由起始脉冲，及紧接所述起始脉冲之后的一个以上的标志脉冲组成。

进一步的，超声信号入射钢轨后产生超声回波信号，由所述起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形。该固定特征的波形为具有多峰回波特征的界面回波、伤损回波及轨底回波，且该多峰回波相同幅值处的时间间隔相同，多峰回波的波峰数量为所述起始脉冲与标志脉冲的数量之和。

进一步的，所述发射脉冲时序控制模块采用M个周期紧接N个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块产生幅值相同，而周期不同的两个脉冲，分别对应于超声信号中幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲。所述超声晶片产生的超声信号由起始脉冲，及紧接所述起始脉冲之后的标志脉冲组成。由所述起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形，该固定特征的波形为界面回波、伤损回波及轨底回波均具有双峰回波特征，且该双峰回波相同幅值处的时间间隔相同。

进一步的，所述装置还包括数字信号处理模块，所述数字信号处理模块对经过处理的超声回波信号进行时间测量，将具有多峰回波特征的超声回波信号与噪声单脉冲区分，并根据超声晶片的角度不同分别将超声信号与界面回波、界面回波与伤损回波、伤损回波与轨底回波之间的噪声滤除干净，使B型显示图像中只保留需要的伤损反射回波、螺栓孔反射波及轨底反射波。

进一步的，所述超声激励产生模块采用正负高压激励产生高压激励信号，使超声回波信号的幅值累加，以增强超声回波信号的能量。

优选的，所述高压激励信号的脉冲数量M、N为2～5个周期。

进一步的，所述超声激励产生模块包括正极驱动模块、正脉冲控制模块、负极驱动模块、负脉冲控制模块、正高压产生模块、P型场效应管、N型场效应管及负高压产生模块。所述正高压产生模块为P型场效应管提供正高压，所述负高压产生模块为N型场效应管提供负高压。发射脉冲时序控制模块产生控制脉冲依次经正极驱动模块、正脉冲控制模块及P型场效应管后输出高压激励正脉冲信号。发射脉冲时序控制模块产生控制脉冲依次经负极驱动模块、负脉冲控制模块及N型场效应管后输出高压激励负脉冲信号，从而形成输出至所述超声晶片的正负高压激励信号。

优选的，所述装置进一步通过改变高压激励信号的脉冲幅度增加超声回波信号的识别标志信息。

优选的，所述装置进一步通过改变高压激励信号的脉冲宽度增加超声回波信号的识别标志信息。

通过实施上述本发明提供的钢轨探伤信号发生及处理装置的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明钢轨探伤信号发生及处理装置，在每个触发周期内对压电超声换能器(超声晶片)激励两次以上，即产生起始脉冲和标志脉冲，通过对超声激励信号进行克隆，增加了识别标志脉冲，便于超声回波的有效识别，及过滤掉其中的噪声，有效降低了噪声干扰，提高了伤损识别率；

(2)本发明钢轨探伤信号发生及处理装置，通过简单的时间测量就能够滤除掉起始脉冲与界面回波，界面回波与伤损回波，伤损回波与底面回波之间的噪声，从而可使钢轨探伤B型图界面保持干净，并排除噪声对显示的影响，大幅降低了钢轨伤损的误判率，提高了检测的精度和效率；

(3)本发明钢轨探伤信号发生及处理装置，通过增加高压激励脉冲数量，以及在增加高压激励脉冲数量的基础上改变其中高压激励脉冲的幅度、脉宽等方式以增加回波标志信息作为辅助手段，以过滤起始脉冲与回波脉冲之间的噪声，能够进一步提高钢轨伤损的检出效果；

(4)本发明钢轨探伤信号发生及处理装置，超声激励信号大多采用正、负方波脉冲形式，正负方波脉冲具有方波脉冲的可控性优点，激励幅值电压稳定，还具有双极性调谐脉冲的调谐特性，可以大大提高检测信号的幅值。

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的介绍。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它的实施例。

图1是现有超声波钢轨探伤信号发生及处理装置的结构示意图；

图2是现有超声波钢轨探伤信号发生及处理装置的B型显示界面的示意图；

图3是现有超声波钢轨探伤方法的四种超声激励信号波形示意图；

图4是现有超声波钢轨探伤信号发生及处理装置的0度超声晶片激励信号及A型显示信号的波形示意图；

图5是本发明钢轨探伤信号发生及处理装置一种具体实施例的结构组成框图；

图6是本发明钢轨探伤信号发生及处理装置一种具体实施例中超声激励产生电路的结构组成框图；

图7是本发明钢轨探伤信号发生及处理装置一种具体实施例中带激励标志信号的0度晶片A显波形示意图；

图8是本发明钢轨探伤信号发生及处理装置具体实施例中带有各种激励标志信号的A显起始脉冲及标志波形示意图；

图9是基于本发明装置的钢轨探伤信号发生及处理方法的程序流程图；

图中：1-上位机参数设置模块，2-实时控制器，3-发射脉冲时序控制模块，4-超声激励产生模块，5-超声晶片，6-高低压隔离电路，7-运放及输出缓冲电路，8-调理电路，9-模数转换电路，10-数字信号处理模块，11-数模转换电路，12-A型显示模块，13-上位机，14-B型显示模块，41-正极驱动模块，42-正脉冲控制模块，43-负极驱动模块，44-负脉冲控制模块，45-正高压产生模块，46-P型场效应管，47-N型场效应管，48-负高压产生模块，100-钢轨探伤车，200-钢轨探伤检测系统，300-探轮，400-钢轨。

具体实施方式

A显：通过示波器显示超声波回波信号的一种显示方式，水平方向为信号的时间量，垂直方向为信号的幅度；

B显：通过图像直观地显示钢轨内部缺陷超声波反射点信息的一种显示方式，水平方向为超声反射点的里程位置，垂直方向为反射点的埋藏深度；

FPGA：Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列的简称。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图5至附图9所示，给出了本发明钢轨探伤信号发生及处理装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图5所示，一种钢轨探伤信号发生及处理装置的实施例，具体包括：上位机参数设置模块1、实时控制器2、发射脉冲时序控制模块3及超声激励产生模块4。通过上位机参数设置模块1设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器2。实时控制器2通过总线控制发射脉冲时序控制模块3产生相应的控制脉冲，该控制脉冲控制超声激励产生模块4输出高压激励信号的脉冲个数及周期，该高压激励信号作用于超声晶片5(即压电传感器)并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨400。超声回波信号经过逆压电效应的电信号被超声晶片6接收后，经过高低压隔离、信号调理、模数转换等处理后送入数字信号处理模块10(可以具体采用FPGA实现其功能)，数字信号处理模块10经过信号滤波、包络检波、闸门添加后送往A型显示模块12，同时提取时间信息、伤损信息上传至上位机13供B型显示模块14使用，如附图5所示。

对于单个通道的高压激励信号，通过上位机参数设置模块1的设置，控制超声激励产生模块4间隔设定的时间段连续发射两次以上的高压激励脉冲，第一次高压激励脉冲对应于超声信号的起始脉冲(如附图7中A所示)，第二次及以后的高压激励脉冲对应于超声信号的标志脉冲，第一次与第二次及以后的高压激励脉冲周期数不同，这样能够进一步提升伤损检出的准确性。当然，第一次与第二次及以后的高压激励脉冲周期数相同也是可以实现本发明目的的。如附图7所示，在本实施例中，超声激励产生模块4间隔设定的时间段连续发射两次的高压激励脉冲，第一次高压激励脉冲对应于超声信号的起始脉冲(如附图7中A所示)，第二次高压激励脉冲对应于超声信号的标志脉冲(如附图7中E所示)，第一次与第二次的高压激励脉冲周期数不同。

发射脉冲时序控制模块3采用M个周期紧接N个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块4产生幅值相同，而周期不同的两个脉冲，分别对应于超声信号中幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲。超声晶片5产生的超声信号由起始脉冲，及紧接起始脉冲之后的标志脉冲组成。通过在超声激励信号的起始脉冲旁增加标志脉冲，由起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形。由于起始脉冲与标志脉冲之间的间隙时间为固定的几个μs，因此双峰回波相同幅值处的时间间隔是一样的，该固定特征的波形为界面回波(如附图7中B所示)、伤损回波(如附图7中C所示)及轨底回波(如附图7中D所示)均具有双峰回波特征(如附图7中G所示)，且该双峰回波相同幅值处的时间间隔相同(如附图7中所示，时间t1＝t2＝t3)。利用数字信号处理很容易通过时间量测量将其与噪声的单脉冲区分，区分后可以根据超声晶片5的角度不同分别将超声激励信号与界面回波、界面回波与伤损回波、伤损回波与轨底回波之间的噪声滤除干净，使B型显示只保留需要的有用信号，即伤损反射回波、螺栓孔反射波、轨底反射波等。如附图5和附图6所示，在本实施例中，发射脉冲时序控制模块3采用三个周期紧接两个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块4产生两种幅值相同，但脉宽不同的脉冲，分别对应于超声信号中的起始脉冲和标志脉冲。

钢轨探伤信号发生及处理装置还包括高低压隔离电路6、运放及输出缓冲电路7、调理电路8、模数转换电路9、数字信号处理模块10及数模转换电路11。超声晶片5接收超声回波信号，该信号依次经过高低压隔离电路6、运放及输出缓冲电路7、调理电路8、模数转换电路9后向数字信号处理模块10输出经过处理的超声回波数字信号。数字信号处理模块10(其功能可以基于FPGA实现)对经过处理的超声回波信号进行时间测量，将具有双峰回波特征的超声回波信号与噪声单脉冲区分，并根据超声晶片5的角度不同分别将超声信号与界面回波、界面回波与伤损回波、伤损回波与轨底回波之间的噪声(如附图7中F所示)滤除干净，使B型显示图像中只保留需要的伤损反射回波、螺栓孔反射波及轨底反射波。经数字信号处理模块10处理后的超声回波数字信号一路经数模转换电路11输出至A型显示模块12进行显示，另一路经上位机13处理后再输出至B型显示模块14进行显示。如附图7所示，以0度通道的超声(压电)晶片5为例，分别滤除掉起始脉冲与界面回波，界面回波与伤损回波，伤损回波与底面回波之间的噪声可使B型显示界面保持干净，排除噪声显示的影响，降低伤损误判率，提高检测精度和效率。超声激励产生模块4采用正负高压激励产生高压激励信号，使超声回波信号的幅值累加，以增强超声回波信号的能量，高压激励信号的脉冲数量M、N为2～5个周期。钢轨探伤信号发生及处理装置通过超声激励产生电路4产生高压激励脉冲，(超声波)高压激励脉冲具有各自特点，比如对不同角度声束的超声波换能器(即超声晶片5)超声波频率不一样，超声波采用正负高压激励，使超声波回波信号累加，增强回波能量，高压激励脉冲一般为2～3个周期。同时，超声(波压电)晶片5要求在正负上百伏脉冲激励下能实现较强的超声回波信号，不同的高压激励脉冲作用在超声晶片5上，产生不同的超声回波信号。发射脉冲时序控制模块3产生正负控制脉冲控制超声激励产生模块4(即超声高压激励产生电路，其功能可以基于FPGA实现)产生高压脉冲(即高压激励信号)，通过改变控制脉冲的周期数，A型显示的高压脉冲脉宽可调。同时，改变高压激励脉冲(即超声激励信号)的发射次数，相隔数个μs连续发射两次高压激励脉冲，单次脉冲的周期数不同。两次高压激励脉冲相隔数个μs，则超声回波信号显示为两次回波包络的叠加，具有明显的标志特征，比如多峰。另外，单次高压激励脉冲不一样时，比如改变输入控制脉冲的发射周期数，采用三个周期紧接着两个周期控制脉冲输入的方式，则会产生两个幅值相等，但脉宽不一样的脉冲，分别为起始脉冲和标志脉冲，起始脉冲和标志脉冲顺序入射钢轨400，其两次回波的包络会叠加，而形态不一样，如附图7所示。

如附图6所示，超声激励产生模块4进一步包括正极驱动模块41、正脉冲控制模块42、负极驱动模块43、负脉冲控制模块44、正高压产生模块45、P型场效应管46、N型场效应管47及负高压产生模块48。正高压产生模块45为P型场效应管46提供正高压，负高压产生模块48为N型场效应管47提供负高压。发射脉冲时序控制模块3产生控制脉冲依次经正极驱动模块41、正脉冲控制模块42及P型场效应管46后输出高压激励正脉冲信号。发射脉冲时序控制模块3产生控制脉冲依次经负极驱动模块43、负脉冲控制模块44及N型场效应管47后输出高压激励负脉冲信号，从而形成输出至超声晶片5的正负高压激励信号。

如附图8所示，发射脉冲时序控制模块3采用三个周期紧接两个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块4产生幅值相同，而周期不同的两种脉冲，分别对应于超声信号中的幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲。通过增加标志脉冲数量，超声晶片5产生的超声信号由起始脉冲，及紧接起始脉冲之后的一个以上的标志脉冲(可以通过扩充高压激励脉冲的数量实现)组成。超声信号入射钢轨400后产生超声回波信号，由起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形。该固定特征的波形为具有多峰回波特征(多峰回波的波峰数量为起始脉冲与标志脉冲的数量之和)的界面回波、伤损回波及轨底回波，且该多峰回波相同幅值处的时间间隔相同。钢轨探伤信号发生及处理装置还可以进一步通过改变高压激励信号的脉冲幅度增加超声回波信号的识别标志信息。钢轨探伤信号发生及处理装置还可以进一步通过改变高压激励信号的脉冲宽度增加超声回波信号的识别标志信息。以上三种方式通过增加超声回波信号的识别标志信息，可以大幅提升钢轨伤损的检出效果。

实施例2

如附图9所示，一种基于实施例1所述装置的钢轨探伤信号发生及处理方法的实施例，具体包括以下步骤：

A)通过上位机参数设置模块1设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器2；

B)实时控制器2通过总线控制发射脉冲时序控制模块3产生相应的控制脉冲；

C)发射脉冲时序控制模块3通过输出控制脉冲控制超声激励产生模块4输出高压激励信号的脉冲个数及周期；

D)超声激励产生模块4输出高压激励信号作用于超声晶片5并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨400。

超声信号入射钢轨400后产生超声回波信号，通过对超声回波信号进行时间测量，将具有多峰回波特征的超声回波信号与噪声单脉冲区分，并根据超声晶片5的角度不同分别将超声信号与界面回波、界面回波与伤损回波、伤损回波与轨底回波之间的噪声滤除干净，使B型显示图像中只保留需要的伤损反射回波、螺栓孔反射波及轨底反射波。

关于其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

通过实施本发明具体实施例描述的钢轨探伤信号发生及处理装置的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的钢轨探伤信号发生及处理装置，在每个触发周期内对压电超声换能器(超声晶片)激励两次以上，即产生起始脉冲和标志脉冲，通过对超声激励信号进行克隆，增加了识别标志脉冲，便于超声回波的有效识别，及过滤掉其中的噪声，有效降低了噪声干扰，提高了伤损识别率；

(2)本发明具体实施例描述的钢轨探伤信号发生及处理装置，通过简单的时间测量就能够滤除掉起始脉冲与界面回波，界面回波与伤损回波，伤损回波与底面回波之间的噪声，从而可使钢轨探伤B型图界面保持干净，并排除噪声对显示的影响，大幅降低了钢轨伤损的误判率，提高了检测的精度和效率；

(3)本发明具体实施例描述的钢轨探伤信号发生及处理装置，通过增加高压激励脉冲数量，以及在增加高压激励脉冲数量的基础上改变其中高压激励脉冲的幅度、脉宽等方式以增加回波标志信息作为辅助手段，以过滤起始脉冲与回波脉冲之间的噪声，能够进一步提高钢轨伤损的检出效果；

(4)本发明具体实施例描述的钢轨探伤信号发生及处理装置，超声激励信号大多采用正、负方波脉冲形式，正负方波脉冲具有方波脉冲的可控性优点，激励幅值电压稳定，还具有双极性调谐脉冲的调谐特性，可以大大提高检测信号的幅值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于，包括：上位机参数设置模块(1)、实时控制器(2)、发射脉冲时序控制模块(3)及超声激励产生模块(4)；通过所述上位机参数设置模块(1)设置每个通道的高压激励信号的脉冲起始时刻、发射周期及延迟时间，并将其下载至实时控制器(2)；所述实时控制器(2)通过总线控制发射脉冲时序控制模块(3)产生相应的控制脉冲，该控制脉冲控制超声激励产生模块(4)输出高压激励信号的脉冲个数及周期，该高压激励信号作用于超声晶片(5)并产生超声信号，该超声信号入射至钢轨(400)。

2.根据权利要求1所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：对于单个通道的高压激励信号，通过所述上位机参数设置模块(1)的设置，控制超声激励产生模块(4)间隔设定的时间段连续发射两次以上的高压激励脉冲，第一次高压激励脉冲对应于超声信号的起始脉冲，第二次及以后的高压激励脉冲对应于超声信号的标志脉冲。

3.根据权利要求1或2所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述发射脉冲时序控制模块(3)采用M个周期紧接N个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块(4)产生幅值相同，而周期不同的两种脉冲，分别对应于超声信号中幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲；所述超声晶片(5)产生的超声信号由起始脉冲，及紧接所述起始脉冲之后的一个以上的标志脉冲组成。

4.根据权利要求3所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：超声信号入射钢轨(400)后产生超声回波信号，由所述起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形；该固定特征的波形为具有多峰回波特征的界面回波、伤损回波及轨底回波，且该多峰回波相同幅值处的时间间隔相同，多峰回波的波峰数量为所述起始脉冲与标志脉冲的数量之和。

5.根据权利要求1或2所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述发射脉冲时序控制模块(3)采用M个周期紧接N个周期控制脉冲输入的方式，控制超声激励产生模块(4)产生幅值相同，而周期不同的两个脉冲，分别对应于超声信号中幅值相同，而脉宽不同的起始脉冲和标志脉冲；所述超声晶片(5)产生的超声信号由起始脉冲，及紧接所述起始脉冲之后的标志脉冲组成；由所述起始脉冲与标志脉冲激发的超声回波信号组合在一起形成具有固定特征的波形，该固定特征的波形为界面回波、伤损回波及轨底回波均具有双峰回波特征，且该双峰回波相同幅值处的时间间隔相同。

6.根据权利要求4所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述装置还包括数字信号处理模块(10)，所述数字信号处理模块(10)对经过处理的超声回波信号进行时间测量，将具有多峰回波特征的超声回波信号与噪声单脉冲区分，并根据超声晶片(5)的角度不同分别将超声信号与界面回波、界面回波与伤损回波、伤损回波与轨底回波之间的噪声滤除干净，使B型显示图像中只保留需要的伤损反射回波、螺栓孔反射波及轨底反射波。

7.根据权利要求4或6所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述超声激励产生模块(4)采用正负高压激励产生高压激励信号，使超声回波信号的幅值累加，以增强超声回波信号的能量。

8.根据权利要求7所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述超声激励产生模块(4)包括正极驱动模块(41)、正脉冲控制模块(42)、负极驱动模块(43)、负脉冲控制模块(44)、正高压产生模块(45)、P型场效应管(46)、N型场效应管(47)及负高压产生模块(48)；所述正高压产生模块(45)为P型场效应管(46)提供正高压，所述负高压产生模块(48)为N型场效应管(47)提供负高压；发射脉冲时序控制模块(3)产生控制脉冲依次经正极驱动模块(41)、正脉冲控制模块(42)及P型场效应管(46)后输出高压激励正脉冲信号；发射脉冲时序控制模块(3)产生控制脉冲依次经负极驱动模块(43)、负脉冲控制模块(44)及N型场效应管(47)后输出高压激励负脉冲信号，从而形成输出至所述超声晶片(5)的正负高压激励信号。

9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述装置进一步通过改变高压激励信号的脉冲幅度增加超声回波信号的识别标志信息。

10.根据权利要求1、2、4、6或8所述的钢轨探伤信号发生及处理装置，其特征在于：所述装置进一步通过改变高压激励信号的脉冲宽度增加超声回波信号的识别标志信息。