本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，還涉及利用便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀進(jìn)行軌道檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
據(jù)中國(guó)鐵道部數(shù)據(jù)顯示，截至2015年底，中國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1.9萬(wàn)公里，居世界第一位，鐵路運(yùn)輸在我國(guó)的交通運(yùn)輸系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位。但是當(dāng)氣溫較低時(shí)，由于軌道本身材質(zhì)和構(gòu)造時(shí)的原因，在軌道中存在各種缺陷的部位，很容易發(fā)生軌道斷裂。若軌道存在損傷沒(méi)有及時(shí)檢測(cè)出來(lái)，將對(duì)列車(chē)的行車(chē)安全構(gòu)成重大的安全隱患。
目前用于日常巡檢中的軌道探傷設(shè)備主要有手推式探傷小車(chē)和大型軌道探傷車(chē)。手推式探傷小車(chē)需要人工檢測(cè)，存在耗費(fèi)人力大、自動(dòng)化程度和檢測(cè)效率低的缺點(diǎn)，大型軌道探傷車(chē)存在體積大、緊急情況下無(wú)法及時(shí)撤離軌道的缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供了一種便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，解決了現(xiàn)有軌道探傷設(shè)備體積大的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于提供了一種檢測(cè)軌道的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，包括依次連接的顯示器和藍(lán)牙通信和小車(chē)平臺(tái)；
小車(chē)平臺(tái)上設(shè)置有依次連接的超聲波換能器、信號(hào)調(diào)理模塊、AD采集模塊、存儲(chǔ)FIFO、數(shù)據(jù)采集控制器和超聲波激勵(lì)單元，超聲波換能器與超聲波激勵(lì)單元連接，數(shù)據(jù)采集控制器上依次連接有數(shù)據(jù)處理控制器和報(bào)警裝置；
顯示器上設(shè)置有手持設(shè)備。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，小車(chē)平臺(tái)與太陽(yáng)能電池板連接。
本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，一種檢測(cè)軌道的方法，采用便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，包括以下步驟：
步驟1、在無(wú)損傷的軌道上，采集得到點(diǎn)信號(hào)的幅值最大值A(chǔ)max；
步驟2、在待檢測(cè)的軌道上，采集得到檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)的幅值最大值A(chǔ)'max；
步驟3、將步驟2中得到幅值最大值A(chǔ)'max與無(wú)損傷時(shí)的幅值最大值A(chǔ)max進(jìn)行比較：當(dāng)A'max<Amax時(shí)，有缺陷，當(dāng)A'max≥Amax時(shí)，將該信號(hào)進(jìn)入步驟4中進(jìn)行計(jì)算；
步驟4、將接收到的超聲波回波信號(hào)x'1(n)與無(wú)損時(shí)回波底波信號(hào)x0(m)按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)：
公式(1)中，為x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)，x'1(n)是超聲波回波信號(hào)，其信號(hào)長(zhǎng)度為n，x0(m)是無(wú)損時(shí)回波的底波信號(hào)，其信號(hào)長(zhǎng)度為m，且滿足：m<n，k是線型互相關(guān)后的下標(biāo)，
然后將得到序列做歸一化處理，按照公式(2)、(3)和(4)具體如下：
由于具有上限，如公式(2)所示，故做公式(3)的變換，即可完成歸一化計(jì)算，得到公式(4)中的取值范圍，其中為x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)，k是線型互相關(guān)后的下標(biāo)，是線型互相關(guān)歸一化后的結(jié)果，n是超聲波回波信號(hào)的長(zhǎng)度，
歸一化處理后，得到系數(shù)，其值在[-1,1]之間，設(shè)定閾值P為0.64，若在底波信號(hào)對(duì)應(yīng)的互相關(guān)系數(shù)前出現(xiàn)大于P，則該點(diǎn)處有缺陷，數(shù)據(jù)采集控制器將結(jié)果發(fā)送給顯示器顯示，并控制報(bào)警裝置開(kāi)啟，反之，沒(méi)缺陷，報(bào)警裝置不開(kāi)啟，
完成上述步驟后，便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下，沿著軌道移動(dòng)，重復(fù)上述過(guò)程，直到完成所有檢測(cè)任務(wù)。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
步驟1具體為：將小車(chē)平臺(tái)放置在無(wú)損傷的軌道上，小車(chē)平臺(tái)在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下沿著軌道運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理控制器給數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號(hào)，經(jīng)AD采集模塊采集后，將超聲波回波信號(hào)記為x0(n)，將x0(n)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理控制器完成均值濾波后的信號(hào)記為x'0(n)，x0(n)的均值為Ex，將x'0(n)快速排序后得到其最大值A(chǔ)max，通過(guò)繪制x'0(n)的波形，根據(jù)公式(5)計(jì)算軌道底部反射的回波時(shí)間T，在x'0(n)中提取底波包絡(luò)信號(hào)，并記為x0(m)，其中m<n；
T＝((2×I)×10-3)/V (5)
公式(5)中，V為超聲波在軌道中的傳播速度，單位m/s，I為軌道的高度，單位mm。
步驟1中，在x'0(n)中提取底波包絡(luò)信號(hào)具體為：通過(guò)繪制x'0(n)波形，在軌道底部反射的回波中提取帶有底部信息的包絡(luò)，有300-400點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)成底波包絡(luò)信號(hào)。
步驟2具體為：將小車(chē)平臺(tái)放置在待檢測(cè)區(qū)間內(nèi)的軌道上，小車(chē)平臺(tái)在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下沿著軌道運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理控制器給數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)出該點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信號(hào)，經(jīng)AD采集模塊采集后，將超聲波回波信號(hào)記為x1(n)，分別根據(jù)公式(6)和公式(7)設(shè)定閾值上限值H和下限值L，
H＝Ex+500 (6)
L＝Ex-500 (7)
公式(6)和公式(7)中，Ex為x0(n)的均值，
當(dāng)x1(n)>H或x1(n)<L時(shí)，將x1(n)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理控制器完成均值濾波后的信號(hào)記為x'1(n)，將處理后的信號(hào)x'1(n)快速排序得到其幅值最大值A(chǔ)'max。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明利用自動(dòng)化程度高的小車(chē)平臺(tái)機(jī)制和藍(lán)牙通信方式實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)裝置與檢測(cè)結(jié)果的有效分離，避免了傳統(tǒng)探傷裝置復(fù)雜的物理連線和笨重的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的探傷勞動(dòng)強(qiáng)度大、難度大的問(wèn)題；同時(shí)采用太陽(yáng)能供電，達(dá)到了節(jié)能的目的以及更適用于野外作業(yè)的要求；
2、本發(fā)明采用兩種算法相結(jié)合的方式，從而確保檢測(cè)區(qū)間內(nèi)軌道的損傷情況及時(shí)檢測(cè)出來(lái)，大大提高軌道損傷檢出效率、檢測(cè)準(zhǔn)確性和檢測(cè)可靠性，平衡了檢測(cè)速度、檢測(cè)精度和自動(dòng)化程度三者之間的矛盾；
3、本發(fā)明采用負(fù)窄脈沖方式激勵(lì)超聲波換能器，使得回波信號(hào)相較于傳統(tǒng)方式更加便于提取、采集。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1.小車(chē)平臺(tái)，2.顯示器，3.藍(lán)牙通信，4.太陽(yáng)能電池板，5.超聲波激勵(lì)單元，6.超聲波換能器，7.信號(hào)調(diào)理模塊，8.AD采集模塊，9.存儲(chǔ)FIFO，10.數(shù)據(jù)采集控制器，11.數(shù)據(jù)處理控制器，12.報(bào)警裝置，13.手持設(shè)備。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提供了一種便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，如圖1所示，包括依次連接的顯示器2、藍(lán)牙通信3和小車(chē)平臺(tái)1；
小車(chē)平臺(tái)1上設(shè)置有依次連接的超聲波換能器6、信號(hào)調(diào)理模塊7、AD采集模塊8、存儲(chǔ)FIFO9、數(shù)據(jù)采集控制器10和超聲波激勵(lì)單元5，超聲波換能器6與超聲波激勵(lì)單元5連接，數(shù)據(jù)采集控制器10上依次連接有數(shù)據(jù)處理控制器11和報(bào)警裝置12；
顯示器2上設(shè)置有手持設(shè)備13；
小車(chē)平臺(tái)1與太陽(yáng)能電池板4連接；
手持設(shè)備13給數(shù)據(jù)處理控制器11發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，數(shù)據(jù)處理控制器11控制數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出激勵(lì)脈沖信號(hào)給超聲波激勵(lì)單元5，超聲波激勵(lì)單元5接收到信號(hào)后產(chǎn)生高壓負(fù)脈沖激勵(lì)超聲波換能器6，信號(hào)調(diào)理模塊7接收超聲波換能器6產(chǎn)生的信號(hào)并進(jìn)行放大濾波后送到AD采集模塊8中，進(jìn)行回波信號(hào)采集，采集到的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集控制器10存儲(chǔ)到存儲(chǔ)FIFO9中，最后數(shù)據(jù)采集控制器10將數(shù)據(jù)FIFO9中的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI通信傳遞給數(shù)據(jù)處理控制器11中并按照本發(fā)明一種檢測(cè)軌道的方法計(jì)算，然后將判斷結(jié)果通過(guò)藍(lán)牙通信3發(fā)送給顯示部分2中的手持設(shè)備13，并決定是否啟動(dòng)報(bào)警裝置12；
小車(chē)平臺(tái)1整體均是由太陽(yáng)能電池板4提供電能，小車(chē)平臺(tái)1是由數(shù)據(jù)處理控制器11控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
手持設(shè)備13是一部具有藍(lán)牙通信功能的手機(jī)，接收小車(chē)平臺(tái)1發(fā)送的信息并予以顯示，手持設(shè)備13還提供必要的調(diào)試按鈕，用于小車(chē)平臺(tái)1的基本調(diào)試操作。
本發(fā)明還提供了一種檢測(cè)軌道的方法，采用一種便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀，包括以下步驟：
步驟1、在無(wú)損傷的軌道上，采集得到點(diǎn)信號(hào)的幅值最大值A(chǔ)max；
步驟1具體為：將小車(chē)平臺(tái)1放置在無(wú)損傷的軌道上，小車(chē)平臺(tái)1在數(shù)據(jù)處理控制器11的控制下沿著軌道運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理控制器11給數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號(hào)，經(jīng)AD采集模塊8采集后，將超聲波回波信號(hào)記為x0(n)，將x0(n)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理控制器11完成均值濾波后的信號(hào)記為x'0(n)，x0(n)的均值為Ex，將x'0(n)快速排序后得到其最大值A(chǔ)max，通過(guò)繪制x'0(n)的波形，根據(jù)公式(5)計(jì)算軌道底部反射的回波時(shí)間T，在x'0(n)中提取底波包絡(luò)信號(hào)，并記為x0(m)，其中m<n；
T＝((2×I)×10-3)/V (5)
公式(5)中，V為超聲波在軌道中的傳播速度，單位m/s，I為軌道的高度，單位mm。
步驟1中，在x'0(n)中提取底波包絡(luò)信號(hào)具體為：通過(guò)繪制x'0(n)波形，在軌道底部反射的回波中提取帶有底部信息的包絡(luò)，有300-400點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)成底波包絡(luò)信號(hào)。
步驟2、在待檢測(cè)的軌道上，采集得到檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)的幅值最大值A(chǔ)'max；
步驟2具體為：將小車(chē)平臺(tái)1放置在待檢測(cè)區(qū)間內(nèi)的軌道上，小車(chē)平臺(tái)1在數(shù)據(jù)處理控制器11的控制下沿著軌道運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理控制器11給數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出該點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信號(hào)，經(jīng)AD采集模塊8采集后，將超聲波回波信號(hào)記為x1(n)，分別根據(jù)公式(6)和公式(7)設(shè)定閾值上限值H和下限值L，
H＝Ex+500 (6)
L＝Ex-500 (7)
公式(6)和公式(7)中，Ex為x0(n)的均值，
當(dāng)x1(n)>H或x1(n)<L時(shí)，將x1(n)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理控制器11完成均值濾波后的信號(hào)記為x'1(n)，將處理后的信號(hào)x'1(n)快速排序得到其幅值最大值A(chǔ)'max。
步驟3、將步驟2中得到幅值最大值A(chǔ)'max與無(wú)損傷時(shí)的幅值最大值A(chǔ)max進(jìn)行比較：當(dāng)A'max<Amax時(shí)，有缺陷，當(dāng)A'max≥Amax時(shí)，將該信號(hào)進(jìn)入步驟4中進(jìn)行計(jì)算；
步驟4、將接收到的超聲波回波信號(hào)x'1(n)與無(wú)損時(shí)回波底波信號(hào)x0(m)按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)：
公式(1)中，為x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)，x'1(n)是超聲波回波信號(hào)，其信號(hào)長(zhǎng)度為n，x0(m)是無(wú)損時(shí)回波的底波信號(hào)，其信號(hào)長(zhǎng)度為m，且滿足：m<n，k是線型互相關(guān)后的下標(biāo)，
然后將得到序列做歸一化處理，按照公式(2)、(3)和(4)具體如下：
由于具有上限，如公式(2)所示，故做公式(3)的變換，即可完成歸一化計(jì)算，得到公式(4)中的取值范圍，其中為x'1(n)和x0(m)的線型互相關(guān)，k是線型互相關(guān)后的下標(biāo)，是線型互相關(guān)歸一化后的結(jié)果，n是超聲波回波信號(hào)的長(zhǎng)度，
歸一化處理后，得到系數(shù)，其值在[-1,1]之間，設(shè)定閾值P為0.64，若在底波信號(hào)對(duì)應(yīng)的互相關(guān)系數(shù)前出現(xiàn)大于P，則該點(diǎn)處有缺陷，數(shù)據(jù)采集控制器10將結(jié)果發(fā)送給顯示器2顯示，并控制報(bào)警裝置12開(kāi)啟，反之，沒(méi)缺陷，報(bào)警裝置(12)不開(kāi)啟，
完成上述步驟后，便攜式自動(dòng)超聲波無(wú)損探傷定位儀在數(shù)據(jù)處理控制器(11)的控制下，沿著軌道移動(dòng)，重復(fù)上述過(guò)程，直到完成所有檢測(cè)任務(wù)。