高速机车车轴超声探伤信号的时域处理方法.pdf

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1、2014年仪表技术与2014第4期InstrumentTechniqueNo．4高速机车车轴超声探伤信号的时域处理方法韩辉，郭施霖，张旗(1．沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159；2．营口供电公司，辽宁营口115000)摘要：为提高原有高速机车车轴超声探伤系统的精度与稳定性，针对原始数字回波信号含有高频干扰且时域特征不明显的缺点，提出了相应的时域处理方法。设计了无限冲激响应数字滤波器对原始信号进行带通滤波，提高了回波信号的信噪比；采用滑动窗能量检测与希尔伯特变换两种方法提取信号包络，获得了回波时间、幅值、能量等时域特征，实现了缺陷的精确定位。经实验

2、验证，该方法精度高、稳定性好，能够满足高速机车车轴探伤检测的实际需求。关键词：超声波探伤；数字滤波；高速机车车轴；包络提取；数字信号处理中图分类号：TP274．2文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)04—0108—03Time-domainProcessingMethodofUltrasonicTestingSignalwithHigh-speedLocomotiveAxleHANHui，GUOShi—lin，ZHANGQi(1．ShenyangLigongUniversity，Shenyang110159，China；2．YingkouP

3、owerSupplyCompany，Yingkou115000，China)Abstract：Inordertoimprovetheprecisionandstabilityofhigh—speedlocomotiveaxleultrasonicdetectionsystem，atime—domainprocessingmethodwasputforwardfortheshortcomingsoforiginaldigitalechosigna1．TheIIRband—passfilterWasdesignedtofiltertheoriginalultra

4、sonicechosignal，whichimprovedthesignal—to—noiseratio；theslidingwindowenergydetectingmethodandHilberttransformwereusedtoextractthesignalenvelop，andthetime—domainfeatureswereobtained，includedechotime，energyandamplitude，SOthelocationofflawswerecalculatedaccurately．Theresultsshowthatth

5、ismethodisaccurateandstable，itisap—plicableforhigh—speedlocomotiveaxleultrasonictesting．Keywords：ultrasonicinspection；digita1filter；high-speedlocomotiveaxle；envelopeextraction；digitalsignalprocessing1高速机车车轴探伤系统构成(2)原始数字信号为射频信号，不能直观获得其时域特征高速机车车轴超声探伤系统由单片机、超声波发射模块、值，无法直接用于缺陷定位与定量。超声波

6、接收模块、高速AD采集模块和Pc机组成，总体设计框所以，将在上位机中对原始数字信号进行数字滤波、包络图如图l所示。提取并进行A型显示，以提取其时域特征，并完成缺陷判定。2超声回波信号的数字滤波2．1滤波器参数选择探头雏l数字信号PC机笔■■■～一^⋯⋯L⋯⋯LL～-⋯-⋯lJ1．

7、⋯⋯uL．．1L．-．．～姆壁馨r⋯r。l『r1甲1rI黪II米粟俱头l图1探伤系统总体框图由Pc机控制单片机使超声波发射模块产生高压负脉冲激图2原始数字信号励探头组产生超声波；经过车轴内部反射的回波信号通过接收探伤系统采集的原始数字信号如图2所示。从图2中可预处理电路进行限幅、前

8、置放大、模拟滤波等处理，使超声波信以看出原始数字信号中含有较强的高频干扰，噪声水平达到满号处于高速采集模块的模拟信号输入范围内，进行高速AD采量程的20％，其主要成分包括电子电路噪声、车轴的材料噪声集；转换后的原始数字信号通过USB接口发送给Pc机，实现显和现场的环境噪声等。这些噪声在探伤过程中随机出现，且频示、分析及输出打印等功能。带较宽，而有效回波信号则主要集中于探头固有频率所在频在实际应用中发现，经高速AD采集的原始数字信号仍无段，所以为了更好的滤除噪声，应选择带通滤波器。法直接用于缺陷检测，原因主要为：高速机车车轴探伤系统采用纵波直探头，标称频率为2

9、．5(1)前置模拟滤波器无法完全消除噪声干扰，导致原