基于虛擬儀器的鐵軌損傷檢測系統(tǒng)

　　摘 要：本文介紹了鐵質(zhì)材料因裂紋或損傷而產(chǎn)生缺陷的定量檢測原理，設(shè)計了基于虛擬儀器的鐵軌損傷檢測系統(tǒng)，詳細介紹并分析了LabVIEW開發(fā)平臺在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析上的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了一臺PC同時對多條鐵軌進行損傷檢測，并論證了該方法的可行性與可靠性，得出了相關(guān)的結(jié)論。

1 引言

在鐵路的現(xiàn)代化建設(shè)中，鐵路的安全是首先需要解決的問題。隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，以往靠巡道工進行鐵軌檢測的方式在許多新建的鐵路線上，因站點間的距離太長而無法實施。另外，火車的大幅度提速也給巡道工造成更大的危險。現(xiàn)狀迫切需要實施鐵軌狀態(tài)的自動化檢測，以代替以往的人工檢測。由于人工對鐵軌進行探傷的危險性大、效率低，并且有可能出現(xiàn)誤檢。因此，本 National Instruments公司的虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW，設(shè)計了一個基于LabVIEW的鐵軌損傷檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)人工探傷向自動化探傷的轉(zhuǎn)變。

2 檢測系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)主要采用漏磁場檢測法，其基本原理是利用勵磁磁場和缺陷相互作用產(chǎn)生的漏磁現(xiàn)象來檢測鐵軌表面的裂紋或損傷。實驗證明,在交變 磁場的作用下，在役鐵磁性工件的缺陷和夾雜部位,會產(chǎn)生磁疇歸一現(xiàn)象， 并在其上出現(xiàn)漏磁場。當鐵質(zhì)材料磁化至深度飽和時，在缺陷位置或內(nèi)應(yīng) 力相對集中的地方，金屬導(dǎo)磁率最小,磁導(dǎo)率的降低，使磁阻將增加并產(chǎn) 生磁場畸變。采用磁敏檢測探頭檢測這一漏磁場可獲得反映裂紋或損傷狀 況的特征信息，通過對裂紋漏磁場特征信息即裂紋或損傷檢測信號峰值之 間的定量分析，便可獲得裂紋或損傷大小及位置等信息。

3 系統(tǒng)組成

定量檢測系統(tǒng)主要由探傷傳感器、預(yù)處理電路、數(shù)據(jù)采集卡和PC 計 算機等組成，如圖1 所示：

其中探傷傳感器采用西安現(xiàn)代非線性科學(xué)應(yīng)用研究所研制開發(fā)NDWL 電渦流傳感器以取得裂紋或損傷缺陷信號，這種傳感器在供電要求為AC 5V 4KHz,使用溫度范圍為-40CO 到+50CO,在正常情況下，輸出為零，如遇 有金屬材料裂紋或表面損傷，可輸出3～10mv 的交流信號。

　　預(yù)處理電路由濾波器、信號放大器等組成，用于對探傷傳感器輸出 信號的調(diào)理。 數(shù)據(jù)采集卡采用凌華推出高速高精度海量儲存數(shù)據(jù)采集卡PCI－ 9820，凌華PCI-9820 卡是一塊高速、高分辨率、高容量的PCI 數(shù)據(jù)采集 卡，配備兩組模擬輸入端，具備同步采集的功能。當兩組模擬輸入同時使 用時，采樣頻率最高可達65 MS/s，而當采集一組模擬輸入，采樣頻率最 高可達 130 MS/s，并且具備14 bits 的分辨率。同時凌華數(shù)據(jù)采集卡提 供了全新 Labview 驅(qū)動程序PCIS-LVIEW PnP。三部分與計算機硬件連接 如圖1 虛線內(nèi)所示。

數(shù)據(jù)傳輸總線使用通訊轉(zhuǎn)換卡RS-485，RS-485 具有抗干擾能力強、 傳輸距離遠、傳輸速度快等優(yōu)點。RS485 能實現(xiàn)電平隔離，隔離電壓為 1000V。通訊波特率300bps-2Mbps。

由于探傷傳感器輸出的信號強度較弱，而且常伴有干擾信號，所以在 預(yù)處理電路中對此信號需要進行濾波、放大等處理，使之達到A/D 轉(zhuǎn)換器 輸入電平的幅度要求。處理過的信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入計算機中進行分析處理。