專利名稱：錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)及采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波信號采集系統(tǒng)及方法，特別涉及一種對跨座式單軌 軌道交通系統(tǒng)中的錨固螺桿進行缺陷檢測時的超聲波信號自動采集系統(tǒng)及采集 方法。
背景技術(shù)：
在軌道交通系統(tǒng)，特別是跨座式單軌軌道交通系統(tǒng)中，錨固螺桿是連接 軌道梁與墩臺的關(guān)鍵受力構(gòu)件，在單軌列車運行過程中，由于沖擊等多種原 因錨固螺桿易出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，對跨座式單軌交通運營造成了嚴重的安全 隱患，因此錨固螺桿需要定期進行安全檢測，便于對出現(xiàn)問題的錨固螺桿及 時進行更換?，F(xiàn)今主要采用超聲波技術(shù)以人工操作的方式對錨固螺桿進行裂 紋或斷裂檢測，先將耦合劑涂抹在錨固螺桿端面，再用手工將超聲波傳感器 對準放置在錨固螺桿上端面，這種方法費時費力，致使超聲波檢測效率低下。
為解決上述問題，公開號為CN101191323A的發(fā)明專利申請公布說明書 公開了 一種超聲波傳感器自適應安置裝置，能夠準確的自動將超聲波傳感器 安置在錨固螺桿上端面，并在超聲波傳感器下表面和錨固螺桿上端面之間形 成耦合液膜，提高檢測效率和檢測質(zhì)量。
由于跨座式單軌軌道通常架設于高處，現(xiàn)有技術(shù)中采用上述的超聲波傳 感器自適應安置裝置時需要人工高空作業(yè)，存在安全隱患，另外，檢測過程 需要對多處錨固螺桿進行超聲波信號釆集，現(xiàn)有技術(shù)效率低，不能滿足高效 的錨固螺桿裂紋檢測要求。
同時，在現(xiàn)有技術(shù)中，依靠人眼觀察顯示屏上的波形并通過人工調(diào)整波 儀信號增益和/或調(diào)整超聲波傳感器位置，才能最終采集到有效的超聲波信
6號，采集效率低，采集的超聲波信號質(zhì)量較差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采 集系統(tǒng)，能自動判定所采集的錨固螺桿超聲波信號的有效性，并自動調(diào)整超 聲波信號采集卡增益，采集和保存有效的質(zhì)量高的超聲波信號。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系 統(tǒng)，包括超聲波傳感器和超聲波信號采集控制系統(tǒng)，所述超聲波信號采集控制 系統(tǒng)包括超聲波數(shù)據(jù)采集模塊，所述超聲波信號采集控制系統(tǒng)還包括
信號有效性分析模塊，分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集的超聲波信號的有效
性；
所述超聲波信號有效性分析模塊包括 回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波； 增益調(diào)整子模塊，根據(jù)回波檢測子模塊的分析結(jié)果，自動調(diào)整增益。 有效性判定子模塊，判定增益調(diào)整后的超聲波信號有效性。 進一步，所述錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)還包括軌道行進 機構(gòu)、升降機構(gòu)和超聲波傳感器自適應安置裝置，所述軌道行進機構(gòu)可沿軌道 行進，所述升降機構(gòu)設置于軌道行進機構(gòu)上，所述超聲波傳感器自適應安置裝 置固定設置于升降機構(gòu)下端，由升降機構(gòu)帶動超聲波傳感器自適應安置裝置升 降，所述超聲波傳感器設置于超聲波傳感器自適應安置裝置內(nèi)；
進一步，所述升降機構(gòu)由步進電機驅(qū)動升降，所述超聲波信號采集控制系 統(tǒng)還包括一步進電機控制模塊；
進一步，所述超聲波傳感器自適應安置裝置的底部設置有一光電開關(guān)，所 述錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動釆集系統(tǒng)還包括一耦合液存儲裝置，所述 耦合液存儲裝置通過電磁閥與超聲波傳感器自適應安置裝置的進液口連接，所 述超聲波信號采集控制系統(tǒng)還包括一 I/O控制模塊，所迷I/O控制模塊接收光電開關(guān)的響應信號、控制電磁閥的開閉；所述錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動 采集系統(tǒng)還包括一計算機和超聲波信號自動采集卡，1/0控制卡，步進電機控制 卡，所述的超聲波信號自動采集卡，1/0控制卡，步進電機控制卡安裝在計算機
插槽內(nèi)。
本發(fā)明還提供一種錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號的自動采集方法，包括如 下步驟
A. 軌道行進機構(gòu)進行到待測錨固螺桿的上方并停止，使超聲波傳感器正對 待測錨固螺桿上端面；
B. 升降機構(gòu)帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，并使超聲波傳感器與 錨固螺桿的上端面耦合；
C. 超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集超聲波信號；
D. 信號有效性分析模塊分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集的超聲波信號的有效
性；
E. 若信號有效，則超聲波信號采集控制系統(tǒng)對有效信號進行保存，結(jié)束當 前超錨固螺桿超聲波信號采集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 桿進行重新耦合，即轉(zhuǎn)到步驟B執(zhí)行；若連續(xù)Z次采集信號判斷都無效，則轉(zhuǎn) 為人工處理，其中Z為預先設定的大于等于2的整數(shù)；
進一步，其中步驟D具體包括如下步驟 D-l.判斷信號是否存在底面回波； D-2.有底面回波則進行自動增益調(diào)整； D-3.自動增益調(diào)整后，判斷信號的有效性； 進一步，其中步驟D-1具體包括如下步驟 D-l-l.設置一個窗體大小為M個采樣點的矩形窗；
D-l-2.設定信號分析的起始點和終止點，所述矩形窗與信號分析的起始點對
齊；
D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl;D-l-4.將矩形窗沿采樣點軸橫向移動，形成新矩形框，計算新矩形窗中信號 的方差var2;
D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大于設定的閾值設定一個閾 值thrl，判斷var2-varl是否大于所設定的閾值thrl,當大于時，記錄該點位置， 將值儲存到變量K1中,并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟D-2;當var2-varl小于或等于thrl時，
繼續(xù)下一步；
D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當矩形窗到了信號分析 的終止點時，則該信號沒有底面回波，判定信號無效，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟E; D-l-7.將var2的值賦給varl，并轉(zhuǎn)到步驟D-l-4執(zhí)行； 進一步，所述步驟D-2具體包括如下步驟
D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min;
D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大于254或最 小值小于l時，將增益減小P，并轉(zhuǎn)到D-2-4執(zhí)行，其中P為大于O的整數(shù)；當 max小于254并且min大于1時，即信號幅值在1與254間，執(zhí)行下一步；
D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，將增益增 加Q并轉(zhuǎn)到D-2-4，其中Q為大于0的整數(shù)；當最大值max在200與240之間， 最小值min在1與60之間，則轉(zhuǎn)到步驟D-3;
進一步，所述步驟D-3具體包括如下步驟
D-3-l.搜索回波幅值對增益調(diào)整后的超聲波信號，在Kl至Kl+200區(qū)間 搜索最大幅度值value。
D-3-2.計算信號分析起始點到Kl區(qū)間的方差var、均值mean和均方差Svar;
D-3-3.設定兩個閾值thr2和thr3,其中0 < thr2^255, 0 < thr3 < 0.5;判斷回 波的最大幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大于所設定的閾值thr2, 并計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小于所設定的閾值 thr3,當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時， 判定信號無效；
9進一步，所述步驟B具體包括如下步驟 B-l.啟動升降機構(gòu)的步進電機；
B-2.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制步進電機驅(qū)動升降機構(gòu)垂直向下運動， 從而使與升降機構(gòu)下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；
B-3.根據(jù)光電開關(guān)的響應信號判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭 狀孔的底部是否運動到錨固螺桿頂端處，若是，則執(zhí)行步驟B-4，若否，則轉(zhuǎn)到 步驟B-2;
B-4.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，耦合液供給系統(tǒng)工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺桿上端面獲得耦 合液，并接觸、對正；
B-5.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，使超聲波傳感器與錨固螺桿緊密貼合，升降機構(gòu)停止運動，超聲波傳感 器與錨固螺桿的耦合完成。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號采集系統(tǒng)及采集 方法能夠自動判定所采集的錨固螺桿超聲波信號的有效性，并自動調(diào)整超聲 波信號采集卡增益，以保存有效的超聲波信號，利于后續(xù)的信號處理和裂紋 等缺陷判別，提高超聲波檢測的質(zhì)量和效率；在進一步的技術(shù)方案中，通過 對信號回波的分析，判斷信號的有效性，判斷準確、且過程簡單；在更進一 步的技術(shù)方案中，設置了軌道行進機構(gòu)、升降機構(gòu)和超聲波傳感器自適應安 置裝置及相應的控制模塊，可準確地自動控制錨固螺桿的端面與超聲波傳感器 良好的耦合，進一步提高采集超聲波信號的質(zhì)量，并可極大地提高了檢測效 率。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進 行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言 將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其 他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本
發(fā)明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發(fā)明錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)模塊示意圖； 圖2為本發(fā)明錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為超聲波傳感器自適應安置裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為信號采集系統(tǒng)工作流程示意圖5為超聲波傳感器自適應安置裝置向下運動至與錨固螺桿耦合子流程圖6為超聲波傳感器自適應安置裝置向下運動中供^M合液子流程圖7為信號有效性分析流程圖8為搜索信號有無底面回波子流程框圖9為自動增益調(diào)整子流程框圖IO為信號有效性判定子流程框圖。
附圖中
l-壓板；2-傳感器套體；3-耦合裝置；4-超聲波傳感器；5-喇叭狀孔；6-凸 輪；7-活塞桿；8-活塞I; 9-活塞II; 10-復位彈簧；U-孔道I; 12-孔道11; 13-擋塊；14-耦合液管；15-光電開關(guān)；16-絲杠；17-聯(lián)軸器；18-螺母；19-步進電 機；20-軌道行進機構(gòu)；21-耦合液儲存箱；22-電磁水閥；23-機架；24-導桿；25-錨固螺桿26-對中彈簧。
具體實施例方式
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解， 優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
參見圖1、圖2和圖3，本實施例的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集 系統(tǒng)，包括超聲波傳感器、超聲波傳感器自適應安置裝置、升降機構(gòu)、軌道行進機構(gòu)和超聲波信號采集控制系統(tǒng)。
本實施例中，超聲波傳感器4選用TR收發(fā)兼用型傳感器，如頻率為5MHZ 的雙晶聚焦探頭，軌道行進機構(gòu)20選用湘潭電機公司生產(chǎn)的Q2DGZ-1型跨座 式單軌車，超聲波信號采集控制系統(tǒng)的計算機選用PC機，所述PC機安裝于所 述車內(nèi)，PC機的PCI槽上安裝有超聲波數(shù)據(jù)采集卡、步進電機控制卡、1/0控 制卡，其中超聲波數(shù)據(jù)采集卡選用的是SUPERAY科技有限公司研發(fā)的四通道 數(shù)據(jù)采集卡，采樣頻率為50MHZ,步進電機控制卡選用的是研華公司生產(chǎn)的 型號為PCI-1760控制卡，1\0控制模塊選用的是研華公司生產(chǎn)的型號為 PCI-1261的控制卡；所述PC機內(nèi)安裝有控制軟件，所述控制軟件包括信號 有效性分析模塊，所述超聲波信號有效性分析模塊分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采 集的超聲波信號的有效性,具體包括如下子模塊
回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波； 增益調(diào)整子模塊，根據(jù)回波檢測子模塊的分析結(jié)果，自動調(diào)整增益； 有效性判定子模塊，判定增益調(diào)整后的超聲波信號有效性。 參見圖2,所述升降機構(gòu)安裝于軌道行進機構(gòu)20—側(cè)，所述升降機構(gòu)包括 絲杠16、聯(lián)軸器17、螺母18及步進電機19,絲杠16的一端通過螺母18與超 聲波傳感器自適應安置裝置的壓板i相連接，絲杠16的另一端連接聯(lián)軸器17 后連接步進電機19,升降機構(gòu)通過機架23、連接導桿24與超聲波傳感器自適 應安置裝置連接，步進電機19通過步進電機驅(qū)動器與超聲波信號采集控制系統(tǒng) 中的步進電機控制卡連接，所述步進電機驅(qū)動器可選用三相混合式步進電機 86BYG350(四通電機)，步距角為0.6°至1.2°范圍，電流為6A,步進電機驅(qū) 動器可選用三相混合式步進電機驅(qū)動器SH-30806;所述絲桿的絲距為5mm， 步進電機運動一周，絲桿可上升或下降5mm。
參見參見圖2、圖3,所述超聲波傳感器自適應安置裝置包括壓板1、傳感 器套體2和耦合裝置3，壓板1設置在傳感器套體2的頂部，所述壓板1與傳感 器套體2通過對中彈簧26連接并保持有受力接觸面，所述傳感器套體2的下部
12連接有超聲波傳感器4;所述耦合裝置3為柱體，所述耦合裝置3的內(nèi)部設置有 空腔，所述傳感器套體2設置在空腔的上部，所述空腔下部設計成喇叭狀孔5， 喇叭狀孔5的錐度為5~15° ，喇叭狀孔5上端孔的形狀及尺寸與錨固螺桿25上 端面的形狀及尺寸相配合，在耦合裝置3的喇叭狀口的兩側(cè)設置有耦合液噴淋 裝置，所述耦合液噴淋裝置包括凸輪6、活塞、活塞桿7、閥缸、擋塊13，所述 凸輪6設置在喇叭狀孔的內(nèi)部，所述凸輪6與閥缸內(nèi)活塞桿7的一端固定連接， 所述活塞桿7的另一端由內(nèi)到外依次與活塞I 8和活塞II 9固定連接并套裝復位 彈簧IO,通過擋塊13將活塞桿7、活塞18、活塞II 9和復位彈簧IO限制在閥 缸中，所述凸輪6的工作面是線型斜面，工作面的頂端是圓弧，凸輪6沿活塞 桿7方向的行程等于活塞I8與活塞II9之間的距離，所述閥缸通過孔道I 11與 喇叭狀孔5相連并通過孔道II 12與耦合液管14的進液端相連，在凸輪6的上部 還橫向開有凸輪限位槽，該槽與凸輪6滑動配合；所述喇叭狀孔5的內(nèi)壁下端 還設置有光電開關(guān)15，所述光電開關(guān)15的位置與耦合時錨固螺桿25的進桿位 置相對應，所述光電開關(guān)15與I/O控制控制模塊電連接；超聲波傳感器自適應 安置裝置下套喇叭狀孔為扁方形，超聲波傳感器自適應安置裝置喇叭狀孔上 端面到下端面的垂直距離為15mm。
軌道行進機構(gòu)20上還設置有耦合液儲存箱21,耦合液儲存箱21的出液端 通過電磁水閥22與耦合液管14的進液端相連，電磁水閥22與I/O控制控制模 塊電連接。
參見圖4，本發(fā)明的錨固螺桿超聲波信號自動采集方法，包括如下步驟
A. 軌道行進機構(gòu)沿軌道行進至待測錨固螺桿的上方停止，使超聲波傳感器 正對待測錨固螺桿上端面；
B. 升降機構(gòu)帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，并使超聲波傳感器與 錨固螺桿的上端面耦合；
C. 采集錨固螺桿超聲波信號；即超聲波傳感器將激發(fā)的超聲波信號作用于錨 固螺桿上端面，并獲取從錨固螺桿系統(tǒng)反射回的超聲波信號并傳送給信號接收裝置；
D. 對采集的超聲波信號的有效性進行分析；
E. 若信號有效，則超聲波信號采集控制系統(tǒng)對有效信號進行保存，結(jié)束當 前超錨固螺桿超聲波信號采集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 桿進行重新耦合，即轉(zhuǎn)到步驟B執(zhí)行；若連續(xù)Z次采集信號判斷都無效，則轉(zhuǎn) 為人工處理，其中Z為預先設定的大于等于2的整數(shù)；
參見圖5所示，步驟B具體包括如下步驟 B-l.啟動步進電才幾；
B-2.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制步進電機驅(qū)動升降機構(gòu)垂直向下運動， 從而使與升降機構(gòu)下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；
B-3.判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭狀孔5的底部是否運動到 錨固螺桿頂端處在超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動的過程中，計 算機不斷對光電開關(guān)采樣，當超聲波傳感器自適應安置裝置下端下端喇叭狀孔5 的底部運動到錨固螺桿頂端處時，光電開關(guān)被錨固螺桿頂端遮擋，光電開關(guān)響 應，產(chǎn)生一個電信號輸入超聲波信號采集控制系統(tǒng)中，并繼續(xù)下一步，否則轉(zhuǎn) 到步驟B-2執(zhí)行；
B-4.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，耦合液供給系統(tǒng)工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺桿上端面獲得耦 合液，并接觸、對正；
B-5.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，運動中，超聲波傳感器自適應安置裝置的對中彈簧壓縮，使超聲波傳感 器與錨固螺桿緊密貼合，由于喇叭狀孔5的導向和對中彈簧的調(diào)節(jié)作用，使超 聲波傳感器下端面與錨固螺桿上端面正對并均勻受力，同時使超聲波傳感器下 端面與錨固螺桿上端面的耦合劑均勻分布；此時，升降機構(gòu)停止運動，超聲波 傳感器與錨固螺桿的耦合完成；
14參見圖6,步驟B-4具體包括如下步驟
B_4-l.超聲波信號采集控制系統(tǒng)通過1\0控制卡開啟電磁水閥，使連接耦合
液儲存箱與耦合液管連通；
B-4-2.噴灑耦合液到超聲波傳感器下表面與錨固螺桿上端面超聲波傳感器 自適應安置裝置向下運動過程中，錨固螺桿沿超聲波傳感器自適應安置裝置中 的凸輪工作面頂凸輪，耦合液儲存箱中的耦合液通過耦合液管經(jīng)超聲波傳感器 自適應安置裝置的孔道噴出，噴嘴將耦合液噴灑到超聲波傳感器的下表面和錨 固螺桿的上端面；
B-4-3.停止向超聲波傳感器下表面及錨固螺桿上端面噴灑耦合液超聲波傳 感器自適應安置裝置繼續(xù)向下運動到設定位置時，錨固螺桿頂凸輪至凸輪工作 面頂端，超聲波傳感器自適應安置裝置的活塞II移動到通口位置將通口堵住， 噴嘴停止噴水，此時，超聲波傳感器自適應安置裝置喇叭狀孔5的小口端套裝 到錨固螺桿上，超聲波傳感器與錨固螺桿接觸，并相互對正；
B-4-4.超聲波信號采集控制系統(tǒng)通過1\0控制卡關(guān)閉電磁水閥；
參見圖7所示，步驟D具體包括如下步驟
D-l.信號是否存在回波的判定；
D-2.自動增益調(diào)整；
D-3.信號有效性判定；
參見圖8所示，步驟D-l具體包括如下步驟
D-l-l.設置一個窗體大小為M個采樣點的矩形窗，M值越大，信號有效性 分析效率越高，但準確性降低，M值越小，信號有效性分析的準確性越高，但 分析效率越低，可根據(jù)錨固螺桿的長度和超聲波數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率來確定一 個合適的取值范圍，本實施例中超聲波數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率為50MHZ,錨固螺 桿長度為1米，M的優(yōu)選取值范圍為80-300，最佳為120;
D-l-2.設定信號分析的起始點(Bpoint)和終止點(Epoint),起始點設定在 底面回波前若千點，終止點設定在起始點之后M的10至20倍的點位上，本實施例的起始點設置為15000,終止點設置為20000，所述矩形窗與信號分析的起 始點對齊；
膨""二—— Z X[/]
D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl:先根據(jù)公式 M 計算矩
var 1 = — Z (刷_
形窗中信號的均值，再根據(jù)公式 M 計算矩形窗中信號的
方差varl;
D-l-4.計算新矩形窗中信號的方差矩形窗沿采樣點軸^f黃向移動，移動的步 長為N個采樣點，N可根據(jù)M的取值范圍確定，本實施例優(yōu)選的N的取值范圍
為10-100;根據(jù)公式 M '一。w 得到新矩形窗中信號的均值，其中a
為矩形窗向后移動的次數(shù)，a的初值為l,矩形窗每移動一次讓a加1, N為移
var 2 = — Z (x[7J - wea"2) 動的步長，然后根據(jù)公式 M '+。'v 計算新矩形窗中信號的方
差var2;
D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大于設定的閾值設定一個閾 值thrl(thrl為大于0的任意整數(shù))，判斷var2-varl是否大于所設定的閾值thrl, 當大于時，則該信號有底面回波，并且該點為底面回波的起始位置，記錄該點 位置，將值儲存到變量K1中，并轉(zhuǎn)到步驟D-2執(zhí)行。當不大于thrl時，繼續(xù)下
一步；
D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當?shù)搅诵盘柗治龅慕K止 點時，則該信號沒有底面回波，判定信號無效，轉(zhuǎn)到步驟E執(zhí)行； D-l-7.將var2的值賦給varl，并轉(zhuǎn)到步驟D-l-4執(zhí)行； 參見圖9，步驟D-2具體包括如下步驟
D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min; D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大于254或最 小值min小于1時，將超聲波數(shù)據(jù)采集卡的增益減小P(P為大于0的整數(shù)，最佳的，P=2),并轉(zhuǎn)到步驟D-2-1執(zhí)行；當max小于254并且min大于1時，即 信號值在1與254間，執(zhí)行下一步；
D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，信號值過 小，將增益增加Q (Q為大于0的整數(shù)，最佳的，Q=l)，并轉(zhuǎn)到步驟D-2-l執(zhí) 行；當最大值max在200與240之間，最小值min在1與60之間，則信號值均 在合適的范圍，不用調(diào)節(jié)增益，并轉(zhuǎn)到步驟D-3執(zhí)行；
參見圖IO所示，步驟D-3具體包括如下步驟
D-3-l.搜索底面回波幅值對增益調(diào)整后的超聲波信號，在Kl至Kl+200 區(qū)間搜索最大幅度值value。
D-3-2.計算基準線的均值、方差及均方差，從信號分析起始點到Kl區(qū)間，
算該區(qū)間的均方差；
D-3-3.設定兩個閾值thr2 ( 0 < thr2^255 )和thr3 ( 0 < thr3 < 0.5 ),判斷回 波的幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大于所設定的閾值thr2,并 計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小于所設定的閾值thr3， 當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時，判定 信號無效。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理 解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案
的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
按照公式
計算該區(qū)間的均值，然后根據(jù)公式
權(quán)利要求
1. 錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，包括超聲波傳感器和超聲波信號采集控制系統(tǒng)，所述超聲波信號采集控制系統(tǒng)包括超聲波數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于所述超聲波信號采集控制系統(tǒng)還包括超聲波信號有效性分析模塊，分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集的超聲波信號的有效性；所述超聲波信號有效性分析模塊包括回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波；增益調(diào)整子模塊，根據(jù)回波檢測子模塊的分析結(jié)果，自動調(diào)整增益；有效性判定子模塊，判定增益調(diào)整后的超聲波信號有效性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，其特 征在于所述錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)還包括軌道行進機構(gòu)、 升降機構(gòu)和超聲波傳感器自適應安置裝置，所述軌道行進機構(gòu)可沿軌道行進， 所述升降機構(gòu)設置于軌道行進機構(gòu)上，所述超聲波傳感器自適應安置裝置固定 設置于升降機構(gòu)下端，由升降機構(gòu)帶動超聲波傳感器自適應安置裝置升降，所 述超聲波傳感器設置于超聲波傳感器自適應安置裝置內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，其特 征在于所述升降機構(gòu)由步進電機驅(qū)動升降，所述超聲波信號采集控制系統(tǒng)還 包括一步進電機控制模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，其特 征在于所述超聲波傳感器自適應安置裝置的底部設置有一光電開關(guān)，所述錨 固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)還包括一耦合液存儲裝置，所述耦合 液存儲裝置通過電磁閥與超聲波傳感器自適應安置裝置的進液口連接，所述超 聲波信號采集控制系統(tǒng)還包括一 I/O控制模塊，所述I/O控制模塊接收光電開關(guān)的響應信號、控制電磁閥的開閉。
5. 錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集方法，其特征在于包括如下步驟A. 軌道行進機構(gòu)進行到待測錨固螺桿的上方并停止，使超聲波傳感器正對 待測錨固螺桿上端面；B. 升降機構(gòu)帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，并使超聲波傳感器與 錨固螺桿的上端面耦合。C. 超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集超聲波信號；D. 信號有效性分析模塊分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集的超聲波信號的有效性；E. 若信號有效，則超聲波信號采集控制系統(tǒng)對有效信號進行保存，結(jié)束當 前超錨固螺桿超聲波信號采集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 桿進行重新耦合，即轉(zhuǎn)到步驟B執(zhí)行；若連續(xù)Z次采集信號判斷都無效，則轉(zhuǎn) 為人工處理，其中Z為預先設定的大于等于2的整數(shù)。
6. 錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集方法，其特征在于其中步驟D 具體包括如下步驟D-l.判斷信號是否存在底面回波； D-2.有底面回波則進行自動增益調(diào)整； D-3.自動增益調(diào)整后，判斷信號的有效性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集方法，其特 征在于其中步驟D-1具體包括如下步驟D-l-l.設置一個窗體大小為M個采樣點的矩形窗；D-卜2.設定信號分析的起始點和終止點，所迷矩形窗與信號分析的起始點對齊；D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl;D-l-4.將矩形窗沿采樣點軸橫向向后移動，形成新矩形框，計算新矩形窗中 信號的方差var2;D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大于設定的閾值設定一個閾 值thrl，判斷var2-varl是否大于所設定的閾值thrl,當大于時，記錄該點位置， 將值儲存到變量Kl中，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟D-2;當var2-varl小于或等于thrl時， 繼續(xù)下一步；D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當矩形窗到了信號分析 的終止點時，則該信號沒有回波，判定信號無效，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟E; D-l-7.將var2的值賦給varl，并轉(zhuǎn)到步驟D-l-4執(zhí)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動釆集方法，其特 征在于所述步驟D-2具體包括如下步驟D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min;D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大于254或最 小值小于1時，將增益減小P,并轉(zhuǎn)到D-2-4執(zhí)行，其中P為大于0的整數(shù)；當 max小于254并且min大于1時，即信號幅值在1與254間，執(zhí)行下一步；D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，將增益增 加Q并轉(zhuǎn)到D-2-4,其中Q為大于0的整數(shù)；當最大值max在200與240之間， 最小值min在1與60之間，則轉(zhuǎn)到步驟D-3。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集方法，其特 征在于所迷步驟D-3具體包括如下步驟D-3-l.搜索回波幅值對增益調(diào)整后的超聲波信號，在Kl至Kl+200區(qū)間 搜索最大幅度值value。D-3-2.計算信號分析起始點到Kl區(qū)間的方差var、均值mean和均方差Svar;D-3-3.設定兩個閾值thr2和thr3，其中0 < thr2^255， 0 < thr3 < 0.5;判斷回 波的最大幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大于所設定的閾值thr2， 并計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小于所設定的闊值 thr3,當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時， 判定信號無效。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動 采集方法，其特征在于所述步驟B具體包括如下步驟 B-1.啟動升降機構(gòu)的步進電機；B-2.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制步進電機驅(qū)動升降機構(gòu)垂直向下運動， 從而使與升降機構(gòu)下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；B-3.根據(jù)光電開關(guān)的響應信號判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭 狀孔的底部是否運動到錨固螺桿頂端處，若是，則扭^f亍步驟B-4，若否，則轉(zhuǎn)到 步驟B-2;B-4.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，耦合液供給系統(tǒng)工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺桿上端面獲得耦 合液，并接觸、對正；B-5.超聲波信號采集控制系統(tǒng)控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續(xù)向下 運動，使超聲波傳感器與錨固螺桿緊密貼合，升降機構(gòu)停止運動，超聲波傳感 器與錨固螺桿的耦合完成。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，能自動判定所采集的錨固螺桿超聲波信號的有效性，并自動調(diào)整超聲波信號采集卡增益，以保存有效的超聲波信號，所述錨固螺桿缺陷檢測超聲波信號自動采集系統(tǒng)，包括超聲波傳感器和超聲波信號采集控制系統(tǒng)，所述超聲波信號采集控制系統(tǒng)包括一增益可調(diào)的超聲波數(shù)據(jù)采集模塊，通過信號有效性分析模塊保證采集超聲波信號的質(zhì)量；所述采集方法包括超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集超聲波信號的步驟和信號有效性分析模塊分析超聲波數(shù)據(jù)采集模塊采集的超聲波信號的有效性的步驟。
文檔編號G01N29/04GK101504390SQ200810233299
公開日2009年8月12日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者葉俊勇, 汪同慶 申請人:重慶大學