高速机车车轴的数字化超声波探伤技术研究

摘要

机车车轴是高速机车的关键部件之一，车轴的可靠度直接决定着机车运行的稳定与安全，因此必须定期对其进行探伤检测。在各种探伤手段当中，超声波探伤因具有安全无害、操作简单、穿透力强等优点而被广泛的应用在各种工业探伤检测场合中。
　　本论文主要研究了高速机车车轴超声波检测中所应用的关键技术，分析了车轴常见缺陷的主要成因，确定了车轴探伤的重点区域，设计了数字化机车车轴超声波探伤系统。
　　探伤系统的下位机采用非调谐式发射电路，产生高压脉冲激励超声波换能器发射超声波，回波信号经过限幅保护电路输入到可变增益放大电路中，可通过增益控制电压改变增益的大小，输出的模拟信号经由A/D电路转换后由高速存储器缓存，最后通过通用串行总线(USB)传输给上位机。
　　数字化探伤系统的上位机软件利用VisualBasic6.0平台构建了用户图形界面，实现了波形的显示、存储及参数计算，完成了缺陷的精确定位，此外还设计了ⅡR数字带通滤波器对回波信号进行降噪处理，应用能量窗包络法及希尔伯特变换法提取了回波的包络，获得了信号的时域特征，为进一步的缺陷分析打下了基础。
　　针对试块及机车车轴人工缺陷进行了检测实验，验证了系统的稳定性与准确度，快速、准确的确定了缺陷的具体位置，证明了数字化超声波探伤技术在高速机车车轴探伤领域中的优越性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 超声波探伤技术的发展和在机车车轴探伤中的应用

1．2．1 超声探伤技术的发展历史

1．2．2 超声波探伤技术的发展趋势及国内外研究现状

1．2．3 超声波探伤技术在机车车轴探伤中的应用

1．3 本论文的主要工作

第2章 超声波探伤的基本原理

2．1 超声波的基本物理量

2．2 超声波在介质中的传播特性

2．2．1 超声波垂直入射到平界面上时的反射和透射

2．2．2 超声波的散射和衍射

2．3 超声波的波型

2．3．1 纵波

2．3．2 横波

2．3．3 表面波

2．3．4 板波

2．4 超声波检测的基本方法

2．4．1 脉冲反射法

2．4．2 穿透法

2．4．3 共振法

2．5 机车车轴的超声检测方法

第3章 高速机车车轴探伤的关键技术及方案

3．1 检测部位的选择

3．1．1 机车车轴常见缺陷

3．1．2 探伤部位的确定

3．2 检测频率的确定

3．3 超声波探头的选择

3．3．1 压电换能器

3．3．2 换能器的确定

3．4 耦合条件

3．5 数字化探伤系统硬件电路的设计方案

3．5．1 超声波发射模块设计方案

3．5．2 超声波接收模块设计方案

3．5．3 高速A／D采集模块设计方案

3．5．4 控制器CPU的选择

3．6 上位机软件的总体方案

3．6．1 上位机软件平台的选择

3．6．2 功能模块设计方案

第4章 数字化探伤系统的硬件设计

4．1 超声波发射模块

4．1．1 可控硅发射电路

4．1．2 触发脉冲信号电路

4．2 超声波接收模块

4．2．1 限幅保护电路

4．2．2 可变增益放大电路

4．3 高速A／D采集模块

4．3．1 AD9057采样电路

4．3．2 地址计数电路

4．3．3 数据存取电路

4．3．4 采样时钟电路

4．4 USB通信模块

4．5 嵌入式程序编写

4．5．1 系统初始化

4．5．2 主程序

4．5．3 中断服务程序

第5章 数字化探伤系统的上位机软件设计

5．1 信号采集模块

5．1．1 数据传输

5．1．2 波形显示

5．1．3 数据存储

5．2 硬件设置模块

5．3 数据显示模块

5．4 系统校正模块

5．4．1 电压零点校正

5．4．2 直探头校正

5．4．3 斜探头校正

5．5 数字信号处理

5．5．1 IIR带通滤波器的设计

5．5．2 滑动能量窗包络提取

5．5．3 Hilbert变换包络提取

第6章 超声波探伤系统相关实验

6．1 探伤系统性能测试

6．1．1 探伤系统的探头调校

6．1．2 探伤系统的分辨力测试

6．1．3 探伤系统的盲区测试

6．2 机车车轴人工缺陷探伤实验

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢