钢轨超声探伤技术及其发展探寻

钢轨超声探伤技术及其发展探寻

林阳荣

南宁轨道交通运营有限公司 广西南宁 530000

摘要：针对钢轨检测进行分析，其通常运用超声波探伤方法，需要对模拟探伤仪加以使用。而对于超声探伤技术而言，其主要对超声探伤系统加以运用，采取模拟电路、数字信号处理芯片以及单片机的混合设计方法，并通过加入芯片使系统功能得到增强，从而使数字信号处理速度得到提高。本文针对钢轨超声探伤技术进行分析，探讨了超声探伤系统的构成、数字信号处理以及系统管理和人机接口，并对其未来发展进行展望，希望能够为相关工作人员起到一些参考作用。

关键词：钢轨检测；超声探伤；技术原理；未来发展

    在钢轨检测中采用超声探伤技术，需要对模拟探伤仪加以使用，该仪器往往会受到环境因素带来的影响，而且人员自身的操作经验影响也相对较大，无法存储观察结果和自动报警。对于超声波探伤而言，需要对超声波原理加以利用，有效探测金属或者一些非金属损伤。在实际探伤过程中，探头可以对超声波进行发射，并在被测钢轨上反射相应强度的回波，有效处理回波，以此来对钢轨损伤进行检测，明确具体的损伤程度。而通过对数字信号处理技术进行采用，可以将模拟回波信号向数字信号进行转化，并通过DSP芯片来有效实现回波抑制。

一、钢轨超声探伤技术分析

（一）系统构成

    钢轨超声探伤系统具体包括三个组成部分，分别为系统管理和人机接口、数字信号控制和处理以及显示、超声波发射和接收。对于主从系统而言，其主要由单片机和DSP组成，并通过双口RAM来实现通讯。通过DSP可以对显示部分有效驱动，并通过单片机来控制整个系统。结合系统工作原理进行分析，通过DSP可以产生相应的编码信号，并对超声通道进行自动选择，使回波能够得到有效接收。通过将反射信号向电信号进行转化，可以在放大和整形之后，将其在高速AD转换器当中送入，并在DSP中送入数字信号，在其内部实现回波抑制。通过在双口RAM当中存储处理后的数据，可以在需要的时候进行读取。DSP可以对显示部分直接进行驱动，并在显示屏上实时显示波形。当回波信号达到一定范围时，DSP可以发出具体的报警信号，并通过键盘来控制显示部分以及其他电路。对于DSP和单片机，其主要以双口RAM作为通讯媒体，可以快速传递大量数据。系统可以通过软件算法来实现核心判断，从而为分析处理算法改进和系统升级提供方便，所以只需要更新软件即可，不需要改动硬件[1]。

（二）数字信号处理

    针对数字信号处理芯片进行分析，其需要对高性能浮点芯片进行选用，该芯片的性价比较高。对于数字信号处理器而言，其主要对多总线哈佛结构进行采用，并以流水作业来执行指令，对独立的硬件乘法器进行采用，确保其核心控制系统对数据具有较快的处理和扩展能力。双口RAM主要对CY7C144进行选用，其属于8K×8位的CMOS型低功耗双口RAM，其存在两套相同的数据线与地址线，可以通过两个CPU同时访问存储器，其访问速度最快能够达到15ns，在连接VC33时需要采用电压转换芯片。AD主要对TLC5510A进行选用，其为8位高速并行AD，采集率最大可以达到20M，功耗相对较低，在标准状态可以达到150mW。TLC5510A为5伏供电，VC33的I/O口主要采用3.3伏供电，因此AD的8路输出禁止在DSP数据口直接加上，而中间则应对转换芯片进行加电压。

（三）系统管理和人机接口

    如果将控制系统在DSP上完全搭建时，DSP不仅要对复杂的算法进行完成，而且还需要对外部数据以及输出控制信号进行采集，使人机交互工作得到有效完成，这也会导致控制系统运行的实时性有所下降。搞系统主要对双控CPU控制系统进行采用，通过算法来有效采集数据、控制执行机构、分开人机交互部分，对DSP具有的快速数据处理能力加以利用，采取双口RAM运用资源共享方式来有效实现数据通信，其不仅具有较高的传输速率，而且抗干扰性相对较强[2]。

二、钢轨超声探伤技术的发展

（一）数字化发展

    对于钢轨探伤仪而言，其结合处理信号可以将其划分为全数字式、模拟数字混合式以及模拟式等类型。模拟探伤仪的组成部分具体包括CRT显示器、视频放大电路、锯齿波电路、发射电路以及同步电路等。首先，同步电路可以对时间间隔的固定脉冲进行提供，确保仪器各部分能够实现同步工作。其次，齿波电路驱动的示波管水平，可以在偏转时形成相应的基线。再次，视频放大电路可以对超声信号进行放大，并在示波管垂直的偏转板加入。在二者共同作用的情况下，可以在示波管荧光屏上显示超声信号波形。第四，模拟探伤仪的优点主要表现在便于维修、结构简单、价格低以及技术成熟等方面，但由于模拟式探伤仪对信号不具有检测记录以及信息处理等功能，在现场检测过程中需要对操作人员加以以来，使其能够判断显示屏上的超声波回波信号，并以手工方式加以记录。因此，检测结果往往容易受到人为因素带来的影响。除此之外，还需要对仪器参数进行调整，通过操作人员自身的经验来判断仪器故障，因此在对模拟式钢轨探伤仪进行使用时，往往容易造成伤损的漏报和误报，无法有效提高探伤质量。为了使模拟探伤仪的缺点得到有效克服，需要在超声波探伤设备中有效运用数字技术。近些年来，在市场当中已对安装微处理器的钢轨超声波探伤仪进行了推出，其在原探伤仪的基础上对微处理器技术进行了有效应用，可以使仪器性能得到显著提升，而且还能够采集、处理以及存储数据，并自动诊断仪器故障，对推行速度进行有效控制。仪器的控制与显示部分仍为传统方式，需要受到微处理器芯片性能所带来的限制，因此无法实时处理数据，也不具有波形记录以及自动判伤等功能

[3]。

（二）全数字式钢轨探伤仪

针对全数字式钢轨探伤仪进行分析，其特征具体包括以下几个方面。

首先，可以采用高性能微处理器或者数字信号处理器来有效取代传统探伤仪的检波器、水平扫描电路、同步电路以及视频放大电路，在系统运行过程中，微处理器或者数字信号处理器逐渐成为其核心所在。

其次，传统显示器可以运用点阵式的场致发光显示器来进行替代。在将超声波信号放大后，可以通过转换器将其转换成具体的数字形式，并采用DSP或者微处理器来进行处理，最后由显示器进行显示。

再次，全数字式钢轨探伤仪能够采集、运算以及存储探伤数据，并能够在实际探伤过程中读出和自动判定缺陷，明确具体的缺陷位置，显示当量值。

最后，该仪器还具有联网、遥控以及遥测等通讯功能。

为了确保全数字式钢轨探伤仪的使用，能够使市场需求得到满足，需要对其和模拟探伤仪间的价格差加以缩小，并确保探伤仪能够在恶劣环境当中进行使用，保证其具有较高的缺陷定量精度，能够准确进行定性分析[4]。

结束语：

    综上所述，在钢轨检测过程中，需要对超声探伤技术进行有效运用，在明确技术原理的情况下，进一步加大研究力度，以此来有效保证超声探伤技术的应用效果，提高探伤检测结果的准确性。

参考文献：

[1] 韩雪,粟慧龙. 钢轨探伤车自主化超声系统关键技术研究[J]. 南方农机,2021,52(4):9-10.

[2] 高东海,罗国伟,史启帅,等. 钢轨焊接接头圆弧区域超声爬波探伤技术应用[J]. 铁道技术监督,2022,50(3):24-27.

[3] 马骞,陈智发,云维锐. 基于相控阵超声技术的重载铁路钢轨焊缝检测方法[J]. 铁道建筑,2022,62(2):47-52.

[4] 孟园,宁珅,邹强,等. 轮轴超声波探伤的智能化技术研究[J]. 安徽冶金科技职业学院学报,2022,32(2):25-27.