基于虛擬儀器的鐵軌損傷檢測系統

　　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，設計了基于虛擬儀器的鐵軌損傷檢測系統，詳細介紹并分析了LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺在數據采集和數據分析上的實(shí)現方法，實(shí)現了一臺PC同時(shí)對多條鐵軌進(jìn)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)的結論。

1 引言

在鐵路的現代化建設中，鐵路的安全是首先需要解決的問(wèn)題。隨著(zhù)鐵路建設的發(fā)展，以往靠巡道工進(jìn)行鐵軌檢測的方式在許多新建的鐵路線(xiàn)上，因站點(diǎn)間的距離太長(cháng)而無(wú)法實(shí)施。另外，火車(chē)的大幅度提速也給巡道工造成更大的危險?，F狀迫切需要實(shí)施鐵軌狀態(tài)的自動(dòng)化檢測，以代替以往的人工檢測。由于人工對鐵軌進(jìn)行探傷的危險性大、效率低，并且有可能出現誤檢。因此，本 National Instruments公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW，設計了一個(gè)基于LabVIEW的鐵軌損傷檢測系統，以實(shí)現人工探傷向自動(dòng)化探傷的轉變。

2 檢測系統原理

本系統主要采用漏磁場(chǎng)檢測法，其基本原理是利用勵磁磁場(chǎng)和缺陷相互作用產(chǎn)生的漏磁現象來(lái)檢測鐵軌表面的裂紋或損傷。實(shí)驗證明,在交變 磁場(chǎng)的作用下，在役鐵磁性工件的缺陷和夾雜部位,會(huì )產(chǎn)生磁疇歸一現象， 并在其上出現漏磁場(chǎng)。當鐵質(zhì)材料磁化至深度飽和時(shí)，在缺陷位置或內應 力相對集中的地方，金屬導磁率最小,磁導率的降低，使磁阻將增加并產(chǎn) 生磁場(chǎng)畸變。采用磁敏檢測探頭檢測這一漏磁場(chǎng)可獲得反映裂紋或損傷狀 況的特征信息，通過(guò)對裂紋漏磁場(chǎng)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 系統組成

定量檢測系統主要由探傷傳感器、預處理電路、數據采集卡和PC 計 算機等組成，如圖1 所示：

其中探傷傳感器采用西安現代非線(xiàn)性科學(xué)應用研究所研制開(kāi)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 信號的調理。 數據采集卡采用凌華推出高速高精度海量?jì)Υ鏀祿杉≒CI－ 9820，凌華PCI-9820 卡是一塊高速、高分辨率、高容量的PCI 數據采集 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(shí)使 用時(shí)，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(shí)凌華數據采集卡提 供了全新 Labview 驅動(dòng)程序PCIS-LVIEW PnP。三部分與計算機硬件連接 如圖1 虛線(xiàn)內所示。

數據傳輸總線(xiàn)使用通訊轉換卡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(diǎn)。RS485 能實(shí)現電平隔離，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 預處理電路中對此信號需要進(jìn)行濾波、放大等處理，使之達到A/D 轉換器 輸入電平的幅度要求。處理過(guò)的信號經(jīng)數據采集卡進(jìn)行A/D 轉換，將模擬 信號轉換成數字信號送入計算機中進(jìn)行分析處理。