钢轨高速探伤系统超声发射,接收装置的设计

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1、2002年第36卷M1251钢轨高速探伤系统超声发射/接收装置的设计孙军华董明利祝连庆北京机械工业学院摘要：介绍了钢轨高速探伤检测系统的工作原理，设计了超声发射/接收装置电路，验证结果表明该装置完全可满足钢轨高速探伤的要求。关键词：钢轨探伤，超声发射/接收，电路设计DesignofUltrasonicEmissionandReceptionDeviceinRailFlawHigh-speedInspectionSystemSunJunhuaDongMingliZhuLianqingAbstract：Theworkingprincipleofrailflawhigh-speedinspe

2、ctionsystemisdescribed，andthecircuitofultrasonicemissionandreceptiondeviceisdesigned.Thetestresultprovesthattheultrasonicemissionandreceptiondevicecanmeetperfectlytheneedsoftherailflawhigh-speedinspection.Keywords：railflawinspection，ultrasonicemissionandreception，circuitdesign路的设计，为适应高速探伤的要求，该电路

3、必须具有1引言高信噪比、高灵敏度和良好的抗干扰性能。我国铁路运营线路长度近七万公里，由于线路2钢轨高速探伤检测系统工作原理质量状况较差，超期服役钢轨数量较多，钢轨伤损发生率高，因伤损引起的钢轨折断时有发生，直接危及钢轨高速探伤检测系统由高速轮探头、超声发行车安全。为保障铁路运输安全，防止事故发生，必射/接收装置、探轮自动对中伺服装置、高速数据采须定期对钢轨进行探伤检测。目前铁路部门检测钢集系统、伤损分析系统等组成，其工作原理见图1。轨内部缺陷的主要设备为小型钢轨超声探伤仪，由人工进行钢轨伤损检测。每条线路平均每年需检测十遍以上，总检测里程近一百万公里，全路有近万名专职检测人员从事钢轨探

4、伤检测工作。发达国家的铁路钢轨伤损检测已基本由探伤车承担，人工检测仅作为辅助手段用于对伤损的复核。图1钢轨高速探伤检测系统工作原理探伤车主要采用超声无损探伤检测方法。各国根据检测系统工作时，充满传声耦合液的探轮在钢其铁路状况，采用停顿式或连续式两种作业模式进轨上滚动，探轮内的超声组合探头向钢轨发出连续行检测，如美国、加拿大主要采用停顿检测模式，即脉冲超声波束，通过耦合液及探轮壁到达钢轨内。探伤车发现伤损后，探伤车需停下，由操作员复核后如钢轨内存在伤损，则超声波束将被反射，探头内的再继续检测；而西欧国家和日本则大多采用连续检超声换能器接收反射回来的超声波束，并将其转换测模式，即检测数据在

5、检测完成后进行处理，发现伤为电信号，即得到伤损回波信号。超声接收装置将损由人工另行复核。探伤车的作业速度一般在微弱的回波信号放大，并经过检波、滤波、电平转换40km/h以下，大大低于列车正常运行速度。实际检等处理后送入A/D转换器和数据采集卡，最后经计测作业时，一般需封闭线路，对铁路正常运营影响较算机处理得到探伤数据并予以保存。探伤数据经伤大。损分析系统实时处理，以B-型图方式在屏幕上实时本文介绍了一种新型钢轨探伤车高速检测系统显示。探伤数据可随时回放，重现当时的检测结果。的工作原理，该系统的检测速度可达80km/h，为普探轮自动对中伺服装置可控制探头组与钢轨自动对通探伤车检测速度的两

6、倍，可大大提高检测效率。中，以确保超声波束传入钢轨内。本文重点介绍了该系统中超声发射/接收装置及电3超声发射/接收装置电路设计收稿日期：2002年9月用于超声探伤的换能器由压电材料薄片构成，52工具技术它可将存储在电容器C内的能量转换为向外发射为了提高钢轨伤损检出率，超声发射/接收装置的超声波信号。为发射超声波，设计了一种高效的应具有较高的发射重复频率。目前美国使用的探伤尖脉冲发生器来激励换能器（电路原理见图2），这车探测速度为40km/h，超声发射重复频率为种激励方式有利于产生波形紧凑的超声波束。首2100Hz，则其探测密度为：（40×106）（/3600×2100）先，直流电源通过

7、电阻R（c47KΩ）和阻尼电阻Rd=5.3mm。本探伤车的检测速度为80km/h，脉冲重（1KΩ）将电容C（容量122pF）充电至高压320V（典型复频率为5000Hz，探测密度为：（80×106）（/3600×值为250～400V），充电时间为122×10-12×（47+1）5000）=4.4mm。×103=5.9×10-6s，可满足较高脉冲重复频率的设本探伤仪采用2.5MHz换能器，它在高压窄脉计要求。在施加高压后，开关S突然闭合，使处于高