本发明涉及车辆检测技术以及机械结构故障诊断技术领域，具体涉及一种特种车辆传动轴损伤检测成像系统及损伤检测成像方法。
背景技术：
随着国家工业技术的快速发展，车辆已经成为人类不可缺少的工具。其中，特种车辆作为承担国家生产建设的关键工具，已经在各领域生产一线大量投入使用。特种车辆一般经由特殊设计，在重量、外廓尺寸、使用范围等方面都超越普通车辆。作为大型工程车辆承担着大量的生产建设任务，且一般情况下，其行驶路况、工作环境等较为复杂恶劣。因此随着其使用年限的增加，不可避免会导致各部件逐渐产生损伤。其中，在行驶中传动轴通常承受着巨大的载荷与冲击，因此极易出现由疲劳破坏引发的故障。传动轴的损坏、磨损、变形以及失去动平衡，将会造成特种汽车行驶故障。这些故障集中表现为异响和振动。严重时会导致其他部件的损坏以致威胁驾驶员以及他人的安全。
目前，大部分驾驶员仅会通过驾驶时车辆的异响等经验来判断传动轴的损坏，然而由于车辆结构复杂，仅通过经验判断会存在很大的主观因素而导致判断的不准确；另一方面，出现异响等情况时，说明车辆传动轴或其他部件已经出现损坏，这时在驾驶生产现场继续作业已经存在安全隐患。同时，传动轴一般为空心结构，轴内径等部位损伤很难通过肉眼等传统方式判断，从而留下隐患。
技术实现要素：
本发明第一个发明目的在于提供一种基于超声导波且针对特种车辆传动轴的损伤检测成像系统，用以解决现今对特种车辆传动轴部件检测时操作复杂、检测误差大且不直观等问题。
实现本发明的目的技术方案如下：
一种特种车辆传动轴损伤检测成像系统，其包括夹持装置、超声导波传感器和监控装置，夹持装置包括两片夹持板和控制夹持板张开与夹紧的控制组件，夹持板的内壁面与待检测的传动轴的形状尺寸相匹配，夹持板上设有装配超声导波传感器的装配孔，超声导波传感器装配在装配孔内，超声导波传感器通过超声导波对传动轴进行损伤检测，夹持装置通过驱动件带动沿着传动轴作轴向和周向的运动，使超声导波传感器沿着待检测的传动轴作轴向和周向的运动，实现对整个传动轴的检测；所述的超声导波传感器包括多组，每组相邻位置放置一个超声导波激励探头和一个超声导波接收探头，超声导波激励探头发出超声导波，通过波形放大传播至待测传动轴，超声导波接收探头接收从激励时刻开始的完整信号并通过CAN总线上传监控装置，监控装置对信号进行处理，得到损伤图像并显示于监控装置的显示屏幕上。
上面所述的超声导波传感器包括8组，8组超声导波传感器分为两个周向检测单元，4组超声导波传感器以一定的周向角度间距分布在夹持板上形成一个检测单元，两个检测单元之间相距一定的轴向间距。
上面所述的8组超声导波传感器将待测传动轴的待测区域分为四个弧形段区域，一个检测单元中相邻的两组超声导波传感器和另一个检测单元中与前述两组超声导波传感器正对的两组超声导波传感器包围的区域形成一个弧形段区域，通过超声导波传感器分别激励特定超声导波信号对弧形段区域进行依次检测，然后通过图像的叠加使损伤位置、损伤大小以及损伤程度通过颜色的深浅在监控装置的显示屏幕上凸显出来，达到损伤检测的目的。
上面所述的每组超声导波传感器的超声导波激励探头和超声导波接收探头均为型号相同的压电传感器，以便于传感器的安装与更换。
上面所述的夹持装置的控制组件为电机，两个夹持板外侧面都设有一定角度倾斜的夹臂，两个夹臂呈V形设置，通过电机控制两个夹臂的角度，进而实现夹紧装置的夹紧。
本发明第二个发明目的在于提供一种特种车辆传动轴损伤检测方法，具体方案为：
一种特种车辆传动轴损伤检测成像方法，其包括以下步骤：
1）检查特种车辆传动轴损伤检测成像系统各部件工作正常，监控装置软件运行正常，将夹持装置放置于特种车辆传动轴上，并完成对待测传动轴的夹紧；
2）监控装置将指令及参数通过CAN通信单元发送至CAN总线上以待夹持装置通信单元读取，上位机通信装置同样在CAN总线上读取夹持装置所发指令及数据信息；
4）监控装置控制驱动件带动夹持装置沿着待测传动轴进行轴向和周向的运动，使超声导波传感器沿着待测传动轴进行轴向和周向的运动，实现对第一弧形区域的检测，检测过程中，超声导波激励探头激励超声导波信号，超声导波接收探头接收从激励时刻开始的完整信号并通过CAN总线上传至监控装置；
5）第一弧形区域检测完成后，按照上述的方式依次切换至其余的弧形区域进行检测，检测的信号通过CAN总线上传至监控装置，监控装置对各个弧形区域上传的信号进行处理，进行区域间计算比较，以凸显真实损伤，剔除误报损伤，在监控装置的显示屏幕上显示检测结果。
上面步骤5中，弧形区域内损伤成像方法采用时间反转成像方法，即通过区域内的超声导波传感器分别激励特定超声导波信号对各个弧形区域进行检测，各个弧形区域全部检测完成后，在监控装置上通过图像的叠加使损伤位置、大小以及损伤程度通过颜色的深浅凸显出来，达到损伤检测的目的。
上面所述的超声导波激励探头的激励信号选用正弦调制的窄带激励信号。
本发明的有益效果如下：本发明的特种车辆传动轴损伤检测成像系统利用CAN总线进行通信，不仅传输速率较快、稳定性较强，而且使得系统软件处理速度更高。系统检测后可直接在监控装置显示屏幕上显示损伤位置、大小以及损伤程度等信息，便于工程师对特种车辆传动轴结构的日常维护。检测系统整体具有集成度高、操作简单、损伤识别准确、观测直观等优点。由于特种车辆传动轴结构多为空心圆柱，同时检查难免会出现波形绕圆一周后损伤波形与可用波形叠加的情况，此时使用现有手段很难将损伤波形分离，因此，本发明的特种车辆传动轴损伤检测成像方法，采用了分区域切换检测的方法，将检测范围一分为四，依次扫查，既解决了损伤波形与可用波形叠加难以分离的问题，检测精度也因检测距离的减少而大大提高。由于特种车辆传动轴结构多为空心圆柱，在未衰减为0之前，激励波形沿圆周一直传播，然而区域测量时相互独立，这样就造成了波形在无损伤的区域内依然可能误报损伤，这种损伤是由于其他区域的损伤对其造成的影响。采用合成判别与显示的方法，对四个区域的损伤进行计算与比较，凸显真实损伤，抑制误报损伤，可将真正的损伤显示于监控装置显示屏上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为传动轴检测区域划分示意图；
图3为监控装置与其余组件的连接通信关系示意图；
图4为本发明的检测成像方法原理图；
图中，1为夹持装置，11为夹持板，12为控制组件，13为装配孔，2为超声导波传感器，21为超声导波激励探头，22为超声导波接收探头，3为监控装置，4为弧形段区域，5为驱动件，6为传动轴，7为显示屏幕。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用方案和实现效果表达的更加清楚明了,下面将结合附图进一步详细描述,所有实例描述仅为本发明的部分不是全部的实例,本邻域技术人员没有创造性的成果的其他实例都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示为本发明的特种车辆传动轴损伤检测成像系统，其包括夹持装置1、超声导波传感器2和监控装置3，夹持装置1包括两片夹持板11和控制夹持板张开与夹紧的控制组件12，夹持板11的内壁面与待检测的传动轴的形状尺寸相匹配，夹持板11上设有装配超声导波传感器的装配孔13，超声导波传感器2装配在装配孔13内，超声导波传感器2通过超声导波对传动轴进行损伤检测，夹持装置1通过驱动件5带动沿着传动轴6作轴向和周向的运动，使超声导波传感器2沿着待检测的传动轴6作轴向和周向的运动，实现对整个传动轴6的检测；所述的超声导波传感器2包括多组，每组相邻位置放置一个超声导波激励探头21和一个超声导波接收探头22，超声导波激励探头21发出超声导波，通过波形放大传播至待测传动轴，超声导波接收探头22接收从激励时刻开始的完整信号并通过CAN总线上传监控装置，监控装置3对信号进行处理，得到损伤图像并显示于监控装置3的显示屏幕7上。
上面所述的超声导波传感器2包括8组，8组超声导波传感器分为两个周向检测单元，4组超声导波传感器2以一定的周向角度间距分布在夹持板11上形成一个检测单元，两个检测单元之间相距一定的轴向间距。
上面所述的8组超声导波传感器2将待测传动轴的待测区域分为四个弧形段区域4，一个检测单元中相邻的两组超声导波传感器和另一个检测单元中与前述两组超声导波传感器正对的两组超声导波传感器包围的区域形成一个弧形段区域4，通过超声导波传感器分别激励特定超声导波信号对弧形段区域进行依次检测，然后通过图像的叠加使损伤位置、损伤大小以及损伤程度通过颜色的深浅在监控装置3的显示屏幕7上凸显出来，达到损伤检测的目的。
上面所述的每组超声导波传感器2的超声导波激励探头21和超声导波接收探头22均为型号相同的压电传感器，以便于传感器的安装与更换。
上面所述的夹持装置1的控制组件12为电机，两个夹持板11外侧面都设有一定角度倾斜的夹臂，两个夹臂呈V形设置，通过电机控制两个夹臂的角度，进而实现夹紧装置的夹紧。
如图4所示，本发明的特种车辆传动轴损伤检测方法，其包括以下步骤：
1）检查特种车辆传动轴损伤检测成像系统各部件工作正常，监控装置软件运行正常，将夹持装置放置于特种车辆传动轴上，并完成对待测传动轴的夹紧；
2）监控装置将指令及参数通过CAN通信单元发送至CAN总线上以待夹持装置通信单元读取，上位机通信装置同样在CAN总线上读取夹持装置所发指令及数据信息；
4）监控装置控制驱动件带动夹持装置沿着待测传动轴进行轴向和周向的运动，使超声导波传感器沿着待测传动轴进行轴向和周向的运动，实现对第一弧形区域的检测，检测过程中，超声导波激励探头激励超声导波信号，超声导波接收探头接收从激励时刻开始的完整信号并通过CAN总线上传至监控装置；
5）第一弧形区域检测完成后，按照上述的方式依次切换至其余的弧形区域进行检测，检测的信号通过CAN总线上传至监控装置，监控装置对各个弧形区域上传的信号进行处理，进行区域间计算比较，以凸显真实损伤，剔除误报损伤，在监控装置的显示屏幕上显示检测结果。
上面步骤5中，弧形区域内损伤成像方法采用时间反转成像方法，即通过区域内的超声导波传感器分别激励特定超声导波信号对各个弧形区域进行检测，各个弧形区域全部检测完成后，在监控装置上通过图像的叠加使损伤位置、大小以及损伤程度通过颜色的深浅凸显出来，达到损伤检测的目的。
上面所述的超声导波激励探头的激励信号选用正弦调制的窄带激励信号，作为优选，波峰数N=5。激励信号为：
式中 为激励信号的中心频率，为Heaviside 阶梯函数，为调制信号的波峰数（本发明中取5）。信号的频率主要集中中心频率及其附近，激励时可通过选择不同的中心频率 来获取期望的超声导波信号。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的几个优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。