火车车轮微磁检测系统研究

摘要

在我国，铁路是国家的重要基础设施，铁路运输在综合交通运输体系中起到了不可或缺的重要作用。随着铁路运输应用范围的扩大和技术指标的提高，人们对火车安全运行的标准也在不断升级。作为火车行车的关键部件，火车轮的安全运行关系到火车的行车安全。然而火车轮的常规检测方法存在着操作步骤繁琐、检测效率低、检测存在盲区等缺点。而且经常需要多种方法结合使用才能完成对于火车轮不同部位的常规检测，不仅降低了效率而且增加了成本。
　　基于以上问题，本文旨在研制一种基于微磁检测的火车车轮检测系统。从目前的火车车轮检测现状、地磁场分析、不同材料的磁特性和铁磁性材料疲劳过程中的磁效应这四个角度出发，结合微磁检测方法的检测原理，分析了微磁检测方法应用于火车车轮检测的可行性。根据火车车轮微磁检测系统的整体性能要求，设计出该系统的总体设计方案，其中包括硬件部分设计和软件部分设计。硬件部分主要包括检测探头的工装设计，下位机与上位机的传输协议选择和通讯方式讨论，以及电源供电系统的设计。根据火车轮具体的检测要求和实际的轮缘踏面尺寸设计了八通道检测探头，检测范围能够覆盖轮缘、踏面及轮辋部分。选用以太网中的UDP协议作为上下位机之间的传输协议，并分别设计了有线和无线的通讯方式以满足不同检测环境的要求。电源供电系统设计了电量监控功能为用户的使用提供了便利。软件部分主要包括实时数据采集系统设计，踏面检测系统设计，轮缘检测系统设计和电池状态监测系统设计。在软件部分完成了检测系统各检测模块的界面设计，设计了微磁检测缺陷提取算法，并提出了一种基于埃尔米特插值的缺陷成像算法。最终将硬件和软件两部分结合构成一套完整的检测系统能够实现火车车轮轮缘和踏面及轮辋部分的缺陷检测目的。
　　通过仿真分析总结出不同缺陷尺寸和埋藏深度对检测结果的影响情况，并利用实际检测结果验证了仿真分析得出的相关结论。结合实际火车车轮的检测结果可以表明，该检测系统具有操作简便、检测效率高、检测精度高、检测结果直观可靠等优点，达到了预期的设计要求。

目录

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状及问题

1.3研究的主要内容

第2章 微磁无损检测原理

2.1微磁检测理论基础

2.2微磁检测原理

2.3铁磁性材料疲劳过程中的磁效应

2.4本章小结

第3章 火车车轮微磁检测系统硬件设计

3.1硬件部分总体设计方案

3.2检测探头工装设计

3.3下位机与上位机数据传输协议的选择与讨论

3.4下位机与上位机通讯方式的选择与讨论

3.5电源状态监测模块设计

3.6本章小结

第4章 火车车轮微磁检测系统软件设计

4.1软件部分总体设计方案

4.2实时数据采集部分设计

4.3踏面检测部分设计

4.4轮缘检测部分设计

4.5电池状态监测部分设计

4.6本章小结

第5章 仿真分析与结果验证

5.1火车车轮的磁特性分析

5.2火车车轮的检测方式讨论

5.3火车车轮缺陷仿真分析

5.4火车车轮仿真结果验证

5.5本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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