钢轨探伤仪检定仪装置的制作方法

本实用新型属于钢轨探伤仪检定和校准技术领域，具体涉及一种钢轨探伤仪检定仪装置的设计。

背景技术：

钢轨探伤仪检定仪用于对新制造、使用中和修理后的钢轨探伤仪进行检定和校准。目前我国现有的钢轨探伤仪检定仪主要是满足2004年制定颁发执行的《中华人民共和国铁道部部门计量检定规程2004》中规定的相关技术指标要求，这些检定仪已经不满足2013年最新颁发执行的《中华人民共和国铁道部部门计量检定规程2013》要求。

目前现有的钢轨探伤仪检定仪的主要组成部分为：脉冲调制信号发生器、标准衰减器。标准衰减器设计成一个独立部件，在机箱后板用电缆与脉冲信号发生器相连接。连接时，表示对信号发生器的信号进行衰减后输出；不连接时，表示不进行衰减直接输出。标准衰减器进行了特殊的设计，以解决阻抗匹配问题。如图1所示，将被检钢轨探伤仪输出的触发信号接到钢轨探伤仪检定仪的外部触发信号输入端，脉冲调制信号发生器的信号直接输出或者经标准衰减器衰减后输出到被检钢轨探伤仪的信号输入端进行检定。

现有的钢轨探伤仪检定仪主要存在以下几个缺点：

(1)采用模拟电子技术，人机操作不友好；

(2)标准衰减器的衰减量通过旋钮控制可调电阻阻值实现，精度和稳定度不高；

(3)输出波形不稳定，输出波形的时间间隔和周期的精度和稳定度不高；

(4)由于现有的钢轨探伤仪检定仪使用年限已久，元器件性能劣化，输出波形畸形，且没有新的产品代替；

(5)一些新的技术要求不能实现，如在触发信号作用下，只能输出振荡频率为2MHz或5MHz的脉冲波，而无法输出1Hz-15MHz的单周期正弦波或者连续正弦波；

(6)标准衰减器的衰减范围为0～61dB，衰减量最大不能达到80dB的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有钢轨探伤仪检定仪存在的问题，提出了一种钢轨探伤仪检定仪装置。

本实用新型的技术方案为：一种钢轨探伤仪检定仪装置，包括信号发生及衰减模块、外触发信号处理模块、20dB固定衰减模块、电源模块、键盘、旋钮、微控制器模块、主控制器模块以及液晶显示模块；外触发信号处理模块的输入端与外部触发信号连接，输出端与信号发生及衰减模块的外触发信号输入端连接，20dB固定衰减模块的输入端与信号发生及衰减模块的波形输出端连接，微控制器模块分别与20dB固定衰减模块、键盘、旋钮以及主控制器模块连接，主控制器模块还分别与信号发生及衰减模块、液晶显示模块连接。

优选地，外触发信号处理模块包括限幅电路、正脉冲处理电路、负脉冲处理电路以及逻辑或电路，限幅电路的输入端为外触发信号处理模块的输入端，输出端分别与正脉冲处理电路、负脉冲处理电路的输入端连接，逻辑或电路的输出端为外触发信号处理模块的输出端，输入端分别与正脉冲处理电路、负脉冲处理电路的输出端连接。

优选地，正脉冲处理电路由整形电路构成。

优选地，负脉冲处理电路由反相放大电路和整形电路构成。

优选地，信号发生及衰减模块采用泰克任意信号发生器AFG2021-SC。

优选地，20dB固定衰减模块包括20dB固定衰减器以及两个单刀双掷开关。

优选地，主控制器模块采用工控主板实现。

优选地，微控制器模块采用89C52单片机实现。

优选地，液晶显示模块采用LCD显示屏。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用数字技术，通过键盘或旋钮操作，用LCD显示屏显示功能参数的设置，克服了原来的人机操作不友好的缺点。

(2)通过编程控制泰克任意信号发生器AFG2021-SC和高稳定的20dB固定衰减器实现最大为80dB的衰减量，克服了原有的通过旋钮控制可调电阻器的阻值实现的标准衰减器的精度和稳定度不高的缺点。

(3)输出波形的值和时间间隔通过编程控制泰克任意信号发生器AFG2021-SC实现，克服了原来的由旋钮控制可调电阻器的阻值实现波形的数值、时间间隔、周期的精度和稳定度不高的缺点。

(4)输出波形的值通过编程控制泰克任意信号发生器AFG2021-SC实现，波形稳定，不会出现畸形。

(5)实现了一些新的技术要求，除了产生脉冲波外，还可以产生1Hz-15MHz的单周期正弦波或者1Hz-12.5MHz的连续正弦波。

附图说明

图1为现有的钢轨探伤仪检定仪系统框图。

图2为本实用新型提供的一种钢轨探伤仪检定仪装置结构框图。

图3为限幅及反向放大电路示意图。

图4为整形及逻辑或电路示意图。

图5为89C52单片机电路示意图。

图6为本实用新型实施例的高频单正弦波数据构建示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明。

本实用新型提供了一种钢轨探伤仪检定仪装置，如图2所示，包括信号发生及衰减模块、外触发信号处理模块、20dB固定衰减模块、电源模块、键盘、旋钮、微控制器模块、主控制器模块以及液晶显示模块；外触发信号处理模块的输入端与外部触发信号连接，输出端与信号发生及衰减模块的外触发信号输入端连接，20dB固定衰减模块的输入端与信号发生及衰减模块的波形输出端连接，微控制器模块分别与20dB固定衰减模块、键盘、旋钮以及主控制器模块连接，主控制器模块还分别与信号发生及衰减模块、液晶显示模块连接。

其中，为了与原有的钢轨探伤仪连接使用，外部触发信号既要适合原有的模拟检定仪，也要适合本实用新型提供的钢轨探伤仪检定仪装置，原有检定仪的外部触发信号幅度可能大于100V，且可能为负脉冲，也可能为正脉冲，所以，需要一个外触发信号处理模块。

外触发信号处理模块包括限幅电路、正脉冲处理电路、负脉冲处理电路以及逻辑或电路，限幅电路的输入端为外触发信号处理模块的输入端，输出端分别与正脉冲处理电路、负脉冲处理电路的输入端连接，逻辑或电路的输出端为外触发信号处理模块的输出端，输入端分别与正脉冲处理电路、负脉冲处理电路的输出端连接。正脉冲处理电路由整形电路构成；负脉冲处理电路由反相放大电路和整形电路构成。

该模块把任意外触发信号变成信号发生及衰减模块能够接收的TTL触发信号。首先把外部触发信号的幅值通过限幅电路限制在±5V以内，对于正脉冲触发信号，直接整形后送到或门；对于负脉冲触发信号，经反向放大、整形后送到或门。或门输出作为信号发生及衰减模块的外部触发信号输入(Trigger input)。

限幅及反向放大电路如图3所示，整形及逻辑或电路如图4所示，这些电路的具体连接方式以及原理均为本领域的公知常识，在此不再赘述。

本实用新型实施例中，信号发生及衰减模块采用现有技术中的成熟产品泰克任意信号发生器AFG2021-SC，通过主控制器对其编程实现信号的产生和0～60dB的衰减，从而在模块内产生所需的信号发生器和衰减器。

20dB固定衰减模块包括20dB固定衰减器以及两个单刀双掷开关，通过微控制器输出的开关控制信号控制两个单刀双掷开关的掷向，以此选择输入信号是否通过20dB固定衰减器。如图2所示，在本实用新型实施例中，两个单刀双掷开关分别为第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关，当两个单刀双掷开关的动端均分别掷向与20dB固定衰减器连接的不动端时，即可对信号发生及衰减模块输出的脉冲波或正弦波信号进行20dB的固定衰减；当两个单刀双掷开关的动端均分别掷向与导线连接的不动端时，则信号发生及衰减模块输出的脉冲波或正弦波信号不进行衰减，直接作为输出信号(Output)。

这样由于信号发生及衰减模块，即任意信号发生器AFG2021-SC的输出信号(Output)幅值范围是10mV-10V，通过主控制器对其编程可以实现最大60dB的衰减量，再与20dB固定衰减模块进行组合，从而最终可以实现最大80dB的衰减器。

此外，信号发生及衰减模块还包括一个内触发信号输出端，内部触发信号直接由任意信号发生器AFG2021-SC的触发输出(Trigger output)产生。

本实用新型实施例中，主控制器模块采用工控主板实现。通过键盘操作或者旋钮操作，选择波形类型及其幅值、延时、频率等相关参数，根据这些参数，由主控制器对信号发生及衰减模块编程，即可得到相应的波形输出。

本实用新型实施例中，微控制器模块采用89C52单片机实现，如图5所示，其具体连接方式以及原理均为本领域的公知常识，在此不再赘述。

本实用新型实施例中，液晶显示模块采用LCD显示屏。通过主控制器编程在液晶显示模块中实现相关信息的显示界面，在该界面上进行相关参数的选择和设置等操作。

本实用新型采用任意信号发生器AFG2021-SC作为信号发生及衰减模块，不但克服了原来的由旋钮控制可调电阻器的阻值实现波形的数值、时间间隔、周期的精度和稳定度不高、波形不稳定、输出波形畸形等缺点，并且实现了一些新的技术要求，除了能够产生脉冲波外，还可以产生1Hz-15MHz的单周期正弦波或者1Hz-12.5MHz的连续正弦波。下面以一个具体实施例对本实用新型构建高频(15MHz)单正弦波输出信号的过程做详细描述：

由于泰克任意信号发生器AFG2021-SC输出的正弦波的频率最大为12.5MHz，而这里需要频率最高为15MHz，所以需要通过主控制器对AFG2021-SC编程实现。在检定仪接收到触发信号后，输出单个周期的正弦波，正弦波的频率为f，周期为T(T＝1/f)，虚构一个频率较低的信号，其周期为T′，该信号由高频的单正弦波和零电平信号构成，如图6所示。假设触发信号与输出波的延时为0，设定T′周期内波形数据点数为B，根据原波形周期T与新波型周期T′的关系，确定原波形数据点数A，然后在A个点内构建正弦波数据，剩余的B-A个点为零电平，从而完成高频(15MHz)单正弦波输出信号的构建。

对于低频(1Hz-12.5MHz)的单正弦波信号或连续正弦波信号，既可以采用上述办法构建，也可以直接由设备AFG2021-SC自身函数发生器生成。而单脉冲、双脉冲、多脉冲波波信号同样可以由泰克任意信号发生器AFG2021-SC自身函数发生器生成，通过键盘或旋钮设置周期、占空比等相关参数来实现。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。