一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置及方法制造方法及图纸

一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置及方法，所述检测装置包括：Ｌ形阵列传感器、电磁层析无损检测机箱、探伤监控及记录计算机和探伤监控液晶面板。其中，电磁层析无损检测机箱包括功率驱动电路、激励方向控制电路、激励电流分配ＶＣＣＳ阵列、激励信号分配放大电路、正交程控双通道ＤＤＳ激励信号发生器、总线、系统电源、ＦＰＧＡ同步控制电路、前置信号调理电路、信号数字解调ＦＰＧＡ芯片、嵌入式系统、通信接口、液晶显示模块。本发明专利技术可使钢轨探伤可随列车运行在线探测，便于及时发现对轨道交通具有较大潜在危害的钢轨重伤情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
目前，可用于高速在线钢轨探伤的技术是电磁钢轨探伤，但电磁钢轨探伤技术是 点测量模式，由于其原理的限制，其检测范围仅为钢轨头部的5%到30%。虽然电磁钢轨探 伤检测范围小，在目前迫切需求高速钢轨探测的情况下，由于其具有非接触和高速度的特 性，这一技术仍然具有明显的优势，但还未能实现钢轨损伤深度及位置的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置和方法，提高电磁钢 轨探伤的检测能力，实现高速在线钢轨探伤。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置，所述钢轨 重伤电磁层析无损检测装置包括L形阵列传感器、电磁层析无损检测机箱、探伤监控及记 录计算机和探伤监控液晶面板。其中电磁层析无损检测机箱包括功率驱动电路、激励方向 控制电路、激励电流分配VCCS阵列、激励信号分配放大电路、正交程控双通道DDS激励信号 发生器、总线、系统电源、FPGA同步控制电路、前置信号调理电路、信号数字解调FPGA芯片、 嵌入式系统、通信接口、液晶显示模块。其中所述激励方向控制电路、激励电流分配VCCS阵 列、激励信号分配放大电路、正交程控双通道DDS激励信号发生器、FPGA同步控制电路、嵌 入式系统、通信接口分别与总线连接；正交程控双通道DDS激励信号发生器、激励信号分配 放大电路、激励电流分配VCCS阵列、激励方向控制电路、功率驱动电路、L形阵列传感器、前 置信号调理电路、信号数字解调FPGA芯片、嵌入式系统1依次相连；FPGA同步控制电路与 信号数字解调FPGA芯片相连接；液晶显示模块与嵌入式系统相连接；通信接口、探伤监控 及记录计算机和探伤监控液晶面板依次连接。 优选地，所述前置信号调理电路110包括包含AD转换电路和滤波放大电路。优选 地，所述电磁层析无损检测机箱安装于列车底盘的下方。 优选地，所述嵌入式系统包含嵌入式微处理器、构成微处理器系统的外围接口电 路。 根据本专利技术的另外一个方面，提供了一种钢轨重伤电磁层析无损检测方法，所述 钢轨重伤电磁层析无损检测方法实现步骤包括第一步、在列车在线运行过程中，选择存 储于嵌入式系统的一种循环激励模式进行循环激励，不做激励的其他线圈作为检测线圈使 用。第二步、嵌入式控制系统控制正交程控双通道DDS激励信号发生器产生特定激励信号， 激励信号依次经过激励信号分配放大电路、激励电流分配VCCS阵列、激励方向控制电路，这三个模块按照选定循环激励模式循环选择通道分别进行激励信号电压放大、电流放大和 激励方向选择。第三步、功率驱动电路对激励信号进行功率放大，激励信号通过线圈使L形 阵列传感器产生检测电磁场。第四步、前置信号调理电路在FPGA同步控制电路电路控制下对检测信号进行同步采集，并将采集数据传送至信号数字解调FPGA芯片。第五步、信号数 字解调FPGA芯片对检测线圈采集的数据进行在线解调，嵌入式系统将检测信号解调信息 按照激励循环周期进行排列排列得到二维阻抗矩阵，并将其作为测量信息，进行钢轨损伤 分布图像的重建。第六步、探伤监控及记录计算机通过通信接口获得钢轨损伤分布信息，进 行历史记录并通过探伤监控液晶面板进行信息的实时显示。 优选地，所述第五步的数字解调算法采用FFT (Fast FourierTransform，快速傅里 叶变换)频谱分析法。 优选地，所述第五步的钢轨损伤分布图像的重建采用LBP (线性反投影)法和正则 化广义逆算法。 本专利技术将电磁层析成像(EMT)通过投影重建图像的思想引入钢轨探伤，设计了全 新的传感器结构，这种结构区别于传统EMT系统的封闭式结构，创新地采用了L形开放式结 构，这种结构适合于钢轨在线监测。为应用这种全新的结构，本专利技术提出了相应的图像重建 算法。 本专利技术的有益效果在于将电磁层析成像技术与电磁无损检测技术相结合，应用 了数字信号解调技术，采用循环激励技术和L形阵列传感器，解决了目前钢轨探伤技术中 探伤装置需接触钢轨、探测信息非立体及探测速度慢、探伤周期长的问题，使钢轨探伤可随 列车运行在线探测，便于及时发现对轨道交通具有较大潜在危害的钢轨重伤情况。附图说明 图1是根据本专利技术的一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置的总体结构图；以及 图2是根据本专利技术的一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置中L形阵列传感器的详 细结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例详述如下 根据本专利技术的钢轨重伤电磁层析无损检测装置，如图1所示，包括L形阵列传感器 101、电磁层析无损检测机箱115、探伤监控及记录计算机116、和探伤监控液晶面板117。 其中，电磁层析无损检测机箱115包括功率驱动电路102、激励方向控制电路103、 激励电流分配VCCS阵列104、激励信号分配放大电路105、正交程控双通道DDS (Direct Digital Dynthesizer，直接频率合成器)激励信号发生器106、总线107、系统电源108、 FPGA同步控制电路109、前置信号调理电路110、信号数字解调FPGA芯片111、嵌入式系统 112、通信接口 113和液晶显示模块114 ;所述激励方向控制电路103、激励电流分配VCCS阵 列104、激励信号分配放大电路105、正交程控双通道DDS激励信号发生器106、FPGA同步控 制电路109、嵌入式系统112、通信接口 113分别与总线107连接；正交程控双通道DDS激 励信号发生器106、激励信号分配放大电路105、激励电流分配VCCS阵列104、激励方向控 制电路103、功率驱动电路102、L形阵列传感器101、前置信号调理电路110、信号数字解调 FPGA芯片111、嵌入式系统112依次相连；FPGA同步控制电路109与信号数字解调FPGA芯 片111相连接；液晶显示模块114与嵌入式系统112相连接；通信接口 113、探伤监控及记 录计算机116和探伤监控液晶面板117依次连接。 嵌入式系统112用于控制激励信号产生、循环激励模式选择、检测信号采集和解 调，完成系统参数配置及解调信息排列和信息输出，内部包含嵌入式微处理器及辅助电路。 总线107用于检测系统内部信息的传输。与激励方向控制电路103、激励电流分配 VCCS阵列104、激励信号分配放大电路105、正交程控双通道DDS激励信号发生器106、FPGA 同步控制电路109、嵌入式系统112、通信接口 113分别连接。 正交程控双通道DDS激励信号发生器106受嵌入式系统112控制，用于产生的激 励信号，内部包含高精度DDS芯片，可编程控制激励信号的频率、幅度和初相。与总线107 和激励信号分配放大电路105分别相连。 激励信号分配放大电路105受嵌入式系统112控制，按照选定循环激励模式循环 选定通道对激励信号进行电压放大。与总线107和正交程控双通道DDS激励信号发生器 106分别相连。 激励电流分配VCCS阵列104受嵌入式系统112控制，按照选定循环激励模式循环 选定通道对激励信号进行电流放大。与总线107和激励信号分配放大电路105分别相连。 激励方向控制电路103受嵌入式系统112控制，按照选定循环激励模式循环选定 通道对激励信号进行方向选择。与总线107和激励电流分配VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于：所述检测装置包括：Ｌ形阵列传感器（１０１）、电磁层析无损检测机箱（１１５）、探伤监控及记录计算机（１１６）、和探伤监控液晶面板（１１７），其中，电磁层析无损检测机箱（１１５）中包括功率驱动电路（１０２）、激励方向控制电路（１０３）、激励电流分配ＶＣＣＳ阵列（１０４）、激励信号分配放大电路（１０５）、正交程控双通道ＤＤＳ激励信号发生器（１０６）、总线（１０７）、系统电源（１０８）、ＦＰＧＡ同步控制电路（１０９）、前置信号调理电路（１１０）、信号数字解调ＦＰＧＡ芯片（１１１）、嵌入式系统（１１２）、通信接口（１１３）、和液晶显示模块（１１４）。

【技术特征摘要】
一种钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于所述检测装置包括L形阵列传感器(101)、电磁层析无损检测机箱(115)、探伤监控及记录计算机(116)、和探伤监控液晶面板(117)，其中，电磁层析无损检测机箱(115)中包括功率驱动电路(102)、激励方向控制电路(103)、激励电流分配VCCS阵列(104)、激励信号分配放大电路(105)、正交程控双通道DDS激励信号发生器(106)、总线(107)、系统电源(108)、FPGA同步控制电路(109)、前置信号调理电路(110)、信号数字解调FPGA芯片(111)、嵌入式系统(112)、通信接口(113)、和液晶显示模块(114)。2. 根据权利要求1所述的钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于所述电磁层 析无损检测机箱(115)安装于列车底部，电磁层析无损检测机箱(115)靠近钢轨的一侧安 装L形阵列传感器(101)， L形阵列传感器(101)位于两根钢轨内侧与列车轮缘接触的部 位。3. 根据权利要求1所述的钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于所述嵌入式 系统(112)以嵌入式微处理器及微处理器外围电路为核心。4. 根据权利要求1所述的钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于所述正交程 控双通道DDS激励信号发生器(106)为可编程、高精度DDS。5. 根据权利要求1所述的钢轨重伤电磁层析无损检测装置，其特征在于所述L形阵 列传感器(101)由第一组线圈(204)、第二组线圈(205)、第三组线圈(206)、第四组线圈 (207)、第五组线圈(208)组成，每组线圈包括线圈(203)和线圈磁轭(202)。6. —种钢轨重伤电磁层析无损检测方法，其特征在于所述检测方法包括如下步骤1) 系统初始化，设置嵌入式系统(112)工作参数，由嵌入式系统(112)设置正交程控双 通道DDS激励信号发生器(106)产生的信号参数和信号数字解调FPGA芯片(111)的解调 参数；2) 选择存储于嵌入式系统(112)的一种循环激励模式，按照顺序选择线圈(204A、 205A、206A、207A、208A、208...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽，张晓飞，韦钟辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]