超声波在役钢轨高速探伤系统及超声检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种超声波在役钢轨高速探伤系统及其超声检测装置，其中，该装置包括超声波发射接收模拟卡，用于输出超声波激励信号，以及接收超声波回波信号；计数器卡，用于根据超声波回波信号获取回波时间；多核处理器，用于根据回波时间获取伤损空间位置，根据伤损空间位置生成超声检测结果；数字输入输出接口卡，用于提供多核处理器向超声波发射接收模拟卡发送发射控制参数和接收控制参数的通信接口。本发明的超声检测装置采用一个多核处理器完成现有技术中单板计算机、多通道发射接收控制板、多通道处理板等的处理功能，从而消除了现有技术方案中多个数字处理器并用的冗余设计，简化了超声检测装置的结构，提高了资源利用率。
【专利说明】超声波在役钢轨高速探伤系统及超声检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及在役钢轨探伤检测技术，特别是涉及一种超声波在役钢轨高速探伤系统及超声检测装置。
【背景技术】
[0002]对在役钢轨进行轨内伤损检测对于保证铁路运营安全、在役钢轨的维修维护具有重要的意义。在役钢轨伤损检测主要检查各种疲劳缺陷，其中最主要的是轨头横向裂纹、螺栓孔裂纹、钢轨头部及腰部纵向水平裂纹等，在役钢轨伤损检测主要采用超声波检测，有多通道的探伤小车和大型钢轨探伤车两种方式，两种探伤设备相互配合，互相补充。大型钢轨探伤车多采用超声波脉冲方式对在役钢轨内部的各种伤损进行检测，检测装置控制发射不同角度的超声脉冲，超声脉冲进入钢轨遇到缺陷后会有不同程度能量的反射，依据超声脉冲的发射角度、反射超声脉冲的幅值、反射超声脉冲距超声波进入钢轨表面的时间(超声波在役钢轨中的传播速度已知)，可以判断出钢轨内部伤损所在位置。
[0003]现有技术中，超声波在役钢轨探伤装置主要由超声传感器、超声检测装置、主控计算机组成，其中超声检测装置主要由单板计算机、多通道回波处理板、多通道发射接收控制板、编码器接口板组成，各组成部分之间采用用户自定义总线完成数据传输。单板计算机作为超声检测装置的控制中心，并与主控计算机相连；多通道回波处理板为纯数字处理板，主要完成超声回波时间测量与伤损空间位置计算；多通道超声波发射接收控制板自带处理器，完成各个通道的超声波发射控制、增益放大控制等功能；编码器接口板实现检测装置与编码器的物理接口转换，实现检测过程中的里程输入。
[0004]上述现有技术中，单板计算机、多通道超声波发射接收控制板和多通道回波处理板等每一部分均自带有处理器，而目前随着处理器的不断发展，其并行处理能力越来越强，采用一个处理器对超声检测需要的数据进行处理已成为可能。鉴于这种情况，一方面，现有技术中多个数字处理器并存造成了处理器资源浪费、结构复杂、成本较高，另一方面，多个处理器间必然要进行数据通信，占用总线的数据资源。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种超声波在役钢轨高速探伤系统及超声检测装置，以消除超声波在役钢轨探伤装置采用多个数字处理器的冗余设计、简化其结构、提高资源利用率。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种超声检测装置，用于在役钢轨超声波探伤，包括:
[0007]超声波发射接收模拟卡，用于输出超声波激励信号，以及接收超声波回波信号；
[0008]计数器卡，用于根据所述超声波回波信号获取回波时间；
[0009]多核处理器，用于根据所述回波时间获取伤损空间位置，根据所述伤损空间位置生成超声检测结果；
[0010]数字输入输出接口卡，用于提供所述多核处理器向所述超声波发射接收模拟卡发送发射控制参数和接收控制参数的通信接口；
[0011]其中，所述超声波发射接收模拟卡包括:
[0012]DA转换电路，用于将所述多核处理器发送的发射控制参数和接收控制参数换成对应的模拟量信号；
[0013]超声波发射控制单元，用于根据所述模拟量的发射控制参数产生同步控制信号；
[0014]超声波发射激励单元,用于产生超声波激励信号,其受控于所述超声波发射控制单元的同步控制信号；
[0015]高速开关，用于实现收发模式选择，在发射模式将所述超声波发射激励单元产生的超声波激励信号输出，在接收模式将接收到的超声波回波信号发送至固定增益放大器；
[0016]固定增益放大器，用于对所述超声波回波信号进行固定增益放大，并将放大后的超声波回波信号发送至程控增益放大器；
[0017]程控增益放大器，用于根据所述模拟量的接收控制参数将所述放大后的超声波回波信号进行闸门控制和增益控制。
[0018]为实现上述目的，本发明还提供一种超声波在役钢轨高速探伤系统，包括:
[0019]上述的超声检测装置；
[0020]超声波传感器，用于在所述超声检测装置输出的超声波激励信号的激发下产生超声波信号，接收超声波回波信号并将其发送至所述超声检测装置；
[0021]主控计算机，用于设置发射控制参数和接收控制参数并将其发送至所述超声检测装置，接收所述超声检测装置输出的超声检测结果并将其输出显示。
[0022]本发明的超声检测装置采用一个多核处理器完成现有技术中单板计算机、多通道超声波发射接收控制板、多通道回波处理板等的处理功能，从而消除了现有技术方案中多个数字处理器并用的冗余设计，简化了超声检测装置的结构，提高了资源利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0024]图1为本发明实施例一超声波在役钢轨闻速探伤系统的结构不意图；
[0025]图2为本发明实施例一超声波发射接收模拟卡的结构示意图；
[0026]图3为本发明实施例一超声波正负脉冲发射激励电路的电路原理图；
[0027]图4为本发明实施例二超声波在役钢轨高速探伤系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，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。
[0029]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0030]实施例一
[0031]请参阅图1所示，图1为本发明实施例一的超声波在役钢轨高速探伤系统，其包括超声检测装置1、超声波传感器3和作为人机界面的主控计算机2。其中:
[0032]主控计算机2用于设置发射控制参数和接收控制参数并将其发送至超声检测装置，I接收超声检测装置I输出的超声检测结果并将其输出显示。
[0033]超声检测装置I则具体包括多核处理器11、计数器卡12、超声波发射接收模拟卡13和数字输入输出接口卡14。其中，超声波发射接收模拟卡13用于输出超声波激励信号，以及接收超声波回波信号。计数器卡12用于根据超声波回波信号获取回波时间。多核处理器11用于根据回波时间获取伤损空间位置，根据伤损空间位置生成超声检测结果。数字输入输出接口卡14用于提供多核处理器11向超声波发射接收模拟卡13发送发射控制参数和接收控制参数的通信接口。
[0034]超声波传感器3用于在超声检测装置I输出的超声波激励信号的激发下产生超声波信号，接收超声波回波信号并将其发送至超声检测装置I。
[0035]此外，结合图1可知，本发明实施例中，多核处理器11、计数器卡12、数字输入输出接口卡14间可以采用现有的各种现场总线进行数据通信。而超声发射接收模拟卡13因为没有数字处理器，所以采用局部总线的方法并通过数字输入输出接口卡14与多核处理器11进行通信。超声发射接收模拟卡13通过局部总线触发计数器卡12进行回波时间测量处理。
[0036]结合图2所示，本发明实施例的超声波发射接收模拟卡13具体包括DA转换电路131、超声波发射激励单元132、超声波发射控制单元134、高速开关135、固定增益放大器136和程控增益放大器133。其中，DA转换电路131用于将多核处理器11发送的发射控制参数和接收控制参数换成对应的模拟量信号。超声波发射控制单元134用于根据模拟量的发射控制参数调整超声波发射激励单元131生成的超声波激励信号的调谐频率和重复频率，从而产生同步控制信号，用于控制超声波发射激励单元131的发射时间和发射次数。超声波发射激励单元132用于激发超声波信号，其受控于超声波发射控制单元134的同步控制信号。高速开关135用于实现收发模式选择，在发射模式将超声波发射激励单元132产生的超声波激励信号输出，在接收模式将接收到的超声波回波信号发送至固定增益放大器136。固定增益放大器136用于对超声波回波信号进行固定增益放大，并将放大后的超声波回波信号发送至程控增益放大器133。程控增益放大器133用于根据模拟量的接收控制参数将放大后的超声波回波信号进行闸门控制和增益控制。
[0037]结合图3所示，本发明实施例的超声波发射激励单元132采用超声波正负脉冲发射激励电路。该超声波正负脉冲发射激励电路输出的正脉冲通过DMOS场效应管Ql输出，超声波正负脉冲激励电路输出的负脉冲通过DMOS场效应管Q2输出。正负脉冲激励方式兼具方波激励和调谐激励特点，从而提高了超声波激励的效率。图3中，VPP,VNN为激励超声波发射的正负电压源，OUTA, OUTB为控制信号输入端，通过控制OUTA、OUTB的相位关系、脉冲宽度、重复频率来实现对超声波激励正负脉冲的调谐频率、重复频率进行控制。二极管D1、D4对应用于对Ql、Q2进行保护。
[0038]本发明实施例的超声检测装置采用一个多核处理器完成现有技术中单板计算机、多通道超声波发射接收控制板、多通道回波处理板等的处理功能，从而消除了现有技术方案中多个数字处理器并用的冗余设计，简化了超声检测装置的结构，提高了资源利用率。此夕卜，本发明实施例在超声检测装置进行软件升级时，只需将升级后的软件重新写入多核处理器中即可。若需对超声检测装置进行硬件升级，由于诸如计数器卡和数字输入输出接口卡这些办卡都是通用板卡，只需要对现有的市场上的板卡进行重新选择，替换旧板卡即可，产品的升级换代无需硬件重新研发，升级换代容易。
[0039]实施例二
[0040]参考图4所示，本发明实施例为上述实施例一的一种变形，本发明实施例的超声波在役钢轨高速探伤系统同样包括超声检测装置Γ、超声波传感器3'和作为人机界面的主控计算机2'，并且其中的超声检测装置Γ也都包括多核处理器11'、计数器卡12!、超声波发射接收模拟卡13'和数字输入输出接口卡14'，不同之处在于，本发明实施例的超声检测装置Γ中还包括一个通用计数器卡15'，其用于将所述超声波发射接收模拟卡接收到的超声波回波信号进行声程测量。
[0041]本发明实施例的超声检测装置采用一个多核处理器完成现有技术中单板计算机、多通道超声波发射接收控制板、多通道回波处理板等的处理功能，从而消除了现有技术方案中多个数字处理器并用的冗余设计，简化了超声检测装置的结构，提高了资源利用率。此夕卜，本发明实施例在超声检测装置进行软件升级时，只需将升级后的软件重新写入多核处理器中即可。若需对超声检测装置进行硬件升级，由于诸如计数器卡和数字输入输出接口卡这些板卡都是通用板卡，只需要对现有的市场上的板卡进行重新选择，替换旧板卡即可，产品的升级换代无需硬件重新研发，升级换代容易。
[0042]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。
【权利要求】
1.一种超声检测装置，用于在役钢轨超声波探伤，其特征在于，包括: 超声波发射接收模拟卡，用于输出超声波激励信号，以及接收超声波回波信号； 计数器卡，用于根据所述超声波回波信号获取回波时间； 多核处理器，用于根据所述回波时间获取伤损空间位置，根据所述伤损空间位置生成超声检测结果； 数字输入输出接口卡，用于提供所述多核处理器向所述超声波发射接收模拟卡发送发射控制参数和接收控制参数的通信接口； 其中，所述超声波发射接收模拟卡包括: DA转换电路，用于将所述多核处理器发送的发射控制参数和接收控制参数换成对应的模拟量信号； 超声波发射控制单元，用于根据所述模拟量的发射控制参数产生同步控制信号；超声波发射激励单元，用于产生超声波激励信号，其受控于所述超声波发射控制单元的同步控制信号； 高速开关，用于实现收发模式选择，在发射模式将所述超声波发射激励单元产生的超声波激励信号输出，在接收模式将接收到的超声波回波信号发送至固定增益放大器； 固定增益放大器，用于对所述超声波回波信号进行固定增益放大，并将放大后的超声波回波信号发送至程控增益放大器； 程控增益放大器，用于根据所述模拟量的接收控制参数将所述放大后的超声波回波信号进行闸门控制和增益控制。
2.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述超声波发射激励单元采用超声波正负脉冲发射激励电路。
3.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，还包括: 通用计数器卡，用于将所述超声波发射接收模拟卡接收到的超声波回波信号进行声程测量。
4.一种超声波在役钢轨高速探伤系统，其特征在于，包括: 权利要求1所述的超声检测装置； 超声波传感器，用于在所述超声检测装置输出的超声波激励信号的激发下产生超声波信号，接收超声波回波信号并将其发送至所述超声检测装置； 主控计算机，用于设置发射控制参数和接收控制参数并将其发送至所述超声检测装置，接收所述超声检测装置输出的超声检测结果并将其输出显示。
5.根据权利要求4所述的超声波在役钢轨高速探伤系统，其特征在于，所述超声波发射激励单元采用超声波正负脉冲发射激励电路。
6.根据权利要求4所述的超声波在役钢轨高速探伤系统，其特征在于，还包括: 通用计数器卡，用于将所述超声波发射接收模拟卡接收到的超声波回波信号进行声程测量。
【文档编号】G01N29/22GK104515804SQ201310445015
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】张玉华, 王卫东, 石永生, 李培, 马运忠, 顾世平 申请人:中国铁道科学研究院, 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所, 北京铁科英迈技术有限公司