車輪輪箍超聲波探傷計算機檢測技術

摘 要 本文首先簡要分析了數字信號處理技術，探討了車輪輪箍超聲波探傷的操作過程，最后指出了系統的硬件結構，通過此分析，望能為此領域應用研究提供些許參考。

【關鍵詞】車輪 輪箍 超聲波探傷 數字信號處理

信息處理與數據采集為計算機工業發展的核心技術，現今已其被廣泛應用在雷達通信、地震勘探、工業無損探測、遙感及震動工程等領域中。伴隨當今科學技術的不斷發展，有力推動了超聲波探傷檢測技術的持續更新與完善，另外，其在某種程度上打破了甚至直接推翻了人們之前對材料質量所存在的片面、單純認識，開始從之前的簡單時域分析，發展至當前的圖像處理、頻域等復雜化、富含科技感的數字化信號識別。本文以輪箍、車輪為對象，提出了一套超聲波水浸探傷智能化系統，對于此系統而言，其能夠同時針對輪箍與車輪，開展兩條超聲波探傷生產線的運作，可以同時實現兩條生產線的自動識別、自動處理等功能。

1 數字信號處理技術

1.1 數據采集

針對超聲波缺陷信號時基來講，其在實際運作中，有著相對穩定的時間寬度，一般為為0.6～2.0μs，對于其上升沿時間而言，通常維持在10～40ns，對此，為了能切實提升缺陷波采樣信號的準確性，保持其非失真狀態，常規做法就是對采樣頻率進行適當性調整，使之保持大于激勵換能器相應頻率的基本形態（>2倍），如頻率為5MHz的超聲探頭，通常情況下，其一個完整的高頻周期約為200ns，由此可知，一個激勵5MHz換能器的前沿，需要始終維持在<50ns狀態，而當前部分有著較寬頻帶的探傷儀，其前沿時間已經<10ns，如果工作在此種窄脈沖寬度下，需提高采樣頻率，即>10MHz，針對缺陷波信號而言，如若其維持時間能夠達到1μs，在此情況下，需在≥1個缺陷波信號所需要的時間框架內，采樣需>10。但在實際操作過程中，相比于激勵頻率，要為其10倍，只有這樣，方能使采樣波形始終維持原有狀態，避免其出現非正常性的畸變情況，另外，只有如此，峰值才不會出現丟失情況。因高頻率數據采集會使儀器成本大幅提升，對此，人們提出了許多應對方法：隨機采樣保持峰值、峰值保持器等，最終目的均為了保證確保峰值不漏，實現采樣率的降低。例如超聲缺陷回波上升沿40ns，設定回波峰為直角三角波，依據100M采樣來進行計算，則各峰值點之間的誤差即5ns，也就是波幅差為

×100%=12.5%，通過分貝情況來進行計算，那么可以得出20Lg（100/87.5）=1.2dB差。由此表明，針對峰值采集點，以及數據信號采集速度而言，其對超聲波探傷儀的垂直線性產生直接影響，乃為數字化超聲技術的一項關鍵指標。

1.2 信號分析

針對超聲波探傷儀來考量，對于其發射電路而言，會形成比較明顯的高壓脈沖，而針對專用于激勵超聲波的換能器來講，受此影響，會形成非正常性的高頻震蕩，因此，脈沖超聲波由此而生，對于此種脈沖超聲波信號來分析，如果將之進行放大處理，那么所形成的檢波脈沖信號，便會異常的復雜。在實際運作中，由于其能夠比較靈敏的接收到來自遠方的電信號較弱，通常情況下，僅為數伏，甚至是百微伏。而針對示波管全調制來分析與考量，要想實現其持續運作，往往需要一定的電壓支撐，通常來講，所需電壓為幾百伏，所以，在實際接收電路過程中，需有105的放大能力。針對此工作原理而言，其僅能對電路處理進行簡單化模擬，也可以進行一些相對簡單的視域分析，而針對數字電路而言，工作內容除了能處理能量之外，還能對那些復雜化的頻域及相關數據進行處理與分析。在數字化處理方面，視頻放大器已經由高速A/D所取代，因此，此時的數字信號處理，在較大程度上便為研究用運算，對信號實時檢測與解調，實現其均衡及調制的重要手段，對于其最終目的而言，主要是為了能夠更加全面、有效的將信號的背景噪聲干擾濾除掉，徹底削弱信號當中所存在的多余信息量，方便對信號特征參數的估計。

2 車輪輪箍超聲波探傷過程

車輪輪箍超聲波探傷檢測線，經常運用的是水浸法探傷，取工件，將之放置于事先準備好的水槽中，此水藻能夠進行上升與下降操作，分別在輪惘踏面以及其內側面，均設置一組當前比較先進的水浸聚焦探頭，然后運用超聲波探傷儀（10個通道），完成此操作，該儀的型號為CTS-14型。當將工件拋丸處理完成之后，經輥道，實施探傷托輥操作，將水槽適當性上升，當完全穩定之后，轉動工件，此時的探頭便會對工件進行系統化掃描與探測；針對探傷工作人員來講，除了要細致觀察屏幕之外，還需實時觀察各通道對應的指示燈，如果指示缺陷的紅燈亮，此時可根據實際需要，切換顯示屏，將工件適當性轉動，對工件有無缺陷進行細致觀察，確認沒有缺陷后，填寫缺陷情況。此過程均依靠操作人員的操作熟練程度與精力集中情況，水浸探傷過程中，在定量、定位缺陷時，較為粗糙，難以保留大量探測結果，因此，仍需深入完善此系統。針對所使用的超聲波探傷儀來講，通過系統化測試各路信號，構建能夠系統化處理信號的硬件系統，包含控制板、開關板、高速采集板、報警板等。另外，還采用了PC機等軟件，設計了與車輪輪箍探傷操作相貼合、相滿足的軟件模塊，因而能夠滿足諸如自動定量定位、缺陷自動報警等功能要求。

3 系統硬件結構

3.1 開關板

首先，32路光隔離數字量輸入卡，即為PC/AT總線控制卡，能插入PC總線工控機擴展槽當中，用作采集開關量。其次，利用光電隔離技術，將現場輸入信號“地”，分開于計算機，防止這些干擾信號，通過“地”的傳導作用，而對計算機造成干擾，因此，因而能夠提升系統工作的可靠性與穩定性。最后，DI31與DI0通道，均具有能夠獨立處罰中斷功能的作用，另外，還能根據實際需要，選擇下降沿觸發，或者是反向觸發。針對中斷級別來講，從本質上來講，就是PC/AT總線當中全部計算機沒有使用部分。

3.2 報警板

TC-6可以插入擴展槽當中（PC總線工控機）；另外，針對超聲波探傷儀在處于工作狀態所輸出的相關報警信號而言，多為尖脈沖信號，對此，為了使尖脈沖在產生的瞬間，能使高電位立刻觸發報警，本卡還為之設計了專用型的電壓保持器。

4 結語

綜上，本系統利用ISA接口與PC機實現實時通信，將PC機當作終端監視器，因而能夠較好的實現人機交互，為數據分析與人工檢測等，提供便利。因此，可以將超聲波探傷計算機檢測技術應用于車輪輪箍檢測中，其有著良好的應用效能。

參考文獻

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作者簡介

張鵬蛟（1992-），男，現為長安大學碩士研究生。主要研究方向為測試技術。

作者單位

長安大學 陜西省西安市 710000