鋼軌探傷車自主化超聲系統關鍵技術研究*

韓 雪，粟慧龍

（1.湖南鐵路科技職業技術學院，湖南 株洲 412000；2.湖南鐵道職業技術學院，湖南 株洲 412000）

在我國鐵路運輸過程中，鋼軌探傷車對于保證運輸的安全性具有非常重要的意義。鋼軌探傷車自主化超聲系統在硬件設計、軟件信息處理、傷損識別、輔助設計等多個層面都可以被應用。隨著技術水平的提升，相關檢測設備也在不斷增多，提升了自主化超聲系統在鋼軌探傷車中的應用效果，對其拓展使用頻率，保證鐵路運行的穩定性和安穩性等發揮了非常重要的作用。

1 鋼軌探傷車自主化超聲系統與現有系統之間的對比

要想對鋼軌探傷車自主化超聲系統的功能及特性進行驗證，就需要做好對比工作，對目前正在應用的系統與未來即將被使用的自動化超聲系統之間的運行情況進行分析。在具體的分析中可以利用實驗的方式進行，如安裝實驗系統，對系統具體的運行情況進行觀察，最終對兩個系統的收據和信息進行收集和對比，這樣不僅方便了系統之間的對比分析，還能夠迅速地了解自動化系統應用的高超之處。

在鋼軌探傷車自主化超聲系統的應用中發現，其電源是±70V 的雙電源，電源的模式要保證為恒壓空點模式。在對間距問題進行掃查時，要對平均的人工傷損識別檢出概率、數據計算傳輸的時效性、平均傷損的誤報概率等方面對兩個系統進行對比分析。

數據的計算和傳輸時效性可以利用里程值和矯正點里程之間的偏差進行測量。在具體的鋼軌傷損問題驗證過程中，會利用到特征點里程和矯正點里程，對兩者之間的數值偏差問題進行對比，對偏差數據的大小進行分析。如果數值比較小，則可以表明系統在信息與數據傳輸上存在延遲性小的問題；反之，則表明延遲性比較嚴重。經過實驗對比分析之后可以發現，自動化超聲系統要比現有系統的偏差值小，即鋼軌探傷車自主化超聲系統在數據計算和傳輸時效性上有更大的優勢[1]。

1.1 間距掃查對比

在經過實驗的對比分析之后可以得出的結論，自主化系統的間距掃查與現有的系統相比要小一些，而鋼軌探傷車自主化超聲系統超聲波的回波數量要比現有的系統回波數量多，這能夠提高鋼軌傷損的辨識率。

1.2 傷損識別對比

鋼軌傷損識別對比過程中，鋼軌探傷車自主化超聲系統可以對所有具有可疑性的超聲波群進行判斷，將這些具有可疑性的超聲波群判斷為傷損。鋼軌探傷車自主化超聲系統的應用，使傷損檢出率得到了提高，這樣錯誤播報的概率就會降低很多。在這兩個有制約性的參數之間，自動化、智能化的系統應用優勢會更加明顯。因此，對鋼軌探傷車自主化超聲系統和現有系統進行傷損對比分析，還需要對探輪的影響因素進行排查，之后對相同的數據源進行傷損識別。根據相關規定，在測定鋼軌探傷車的相關傷損問題時，需要進行多次的數據檢測，獲取10 次以上的數據信息之后將其進行分組，之后再對每一個數據進行計算，最終計算出傷損率和誤報率。在經過實驗對比分析之后發現，鋼軌探傷車自主化超聲系統的傷損檢出率要高于現有系統，誤報率則低于現有系統[2]。

2 鋼軌探傷車自主化超聲系統建設

2.1 自主化超聲檢測系統結構

鋼軌探傷車自主化超聲系統的結構設計上屬于新型結構，在現有的技術中采取了智能識別技術，重新設計了空間轉換技術，也可以控制計算機的顯示功能。在具體的結構構成中，其主要包括以下幾個方面：智能計算機識別技術、超聲波探輪技術、空間轉換計算機以及里程校正鍵盤等。

在整體結構的構建中，主要應用到了空間轉換計算機處理技術，具體包含以下幾種技術方式：發射接收板、接收板處理板、通道選擇板、聲程同步板、PXI 0 槽控制器技術。具體應用情況如下：在信息接收上，接收板雖然相同，但是其具有各自獨立存在的超聲波傳輸通道，并且是利用數字器件進行組合。模擬器件與數字器件實施完全分開的方式，能夠利用現有的數字技術為系統的更新升級提供便利[3]。

對于超聲波探輪的反饋回來的信號，工作人員會通過發射接收處理板對其實施過濾波處理，對增益進行放大，之后發射接收處理板會對聲程進行測量，會利用內存存取的技術將結果傳輸給PXI 0 槽控制器，做好超聲波的回波定位，據此做好閘門內的回波聲程轉換處理，使之與回波所對應的軌道在一條水平線上，這樣超聲波回波定位之后的數據也會被傳輸到智能計算機中，進而做好傷損判斷與識別。采取這樣的方式，傷損識別之后的數據可以被傳輸到計算機的顯示器中，之后由操作者對其進行增益處理，發出控制指令，對閘門的寬度進行控制，最后利用PXI 總線發送到發射接收處理板中，以此實現超聲波信號增益的最大化。

2.2 自主化超聲系統關鍵技術

1）數據傳輸技術。其主要分為三個不同的類型：一是每一個超聲通道各個檢測閘門的回波信號的聲程測量數據；二是超聲波的回波重定位數據；三是超聲波通道的參數控制。具體應用情況如下：在自主化設計當中一共有30 個超聲波通道，48 個檢測閘門，每一秒鐘產生的數據總量大概在4MB 左右，而根據實時性方面的要求，每一個測量周期內需要進行聲波測量，之后定位回波問題，做好相關數據和信息的傳輸處理。因此，在采取自主化超聲系統的過程中，最重要的就是要利用分層結構，即利用數據分層的方式對數據的總結構進行設計，傳輸與處理涉及的相關信息。在這個過程中涉及的閘門、回波生成測量等是非常多的，而且對于實時性的要求相對更高，在具體的應用中會使用到DMA 技術，之后利用該技術操控所有的超聲波通道參數，但是在操控中會發現數據量不多，實時性的要求也比較低，因此采取的是PXI 總線傳輸的方式[4]。

2）超聲波回波定位。在實施中，所檢測到的超聲波信息與設備的角度、位置等有非常緊密的聯系，如果設備安裝不科學，就會導致檢測后所對應的鋼軌位置存在不當之處，這樣就無法很好地檢測出鋼軌中某一個特定的缺陷和問題，也就無法在每一次的超聲波檢測過程中檢查超聲波通道。因此，應將每一次接收到的不同的超聲波通道回波的物理位置進行拼合，重新對超聲波回波進行定位處理。每一次超聲波測量和回波定位的計算時間和數據傳輸時間存在不同之處，如果相關人員要確定數據的傳輸時間等，要充分考慮到數據總線類型以及數據量的問題，對壓縮的空間進行很好的控制，這樣在超聲波回波定位方面的時間也會相應地減少。在利用發射接收板進行處理時，超聲波回波定位的軟件會發揮自己的功能，給其開辟出一個DMA數據的緩沖區域，在這個緩沖區域內可以對數據進行相應的分配和超聲波回波的重定位計算，之后再進行拼合輸出，送到智能識別機器中進行識別驗證[5]。

3）傷損智能技術。該技術是在智能識別計算機上完成的，利用人工判斷損傷的經驗，采取決策樹的方法，開展具體的傷損識別判斷。首先，確定回波的位置，包括對軌頭、軌腰和軌底的判斷。其次，理論分析回波閘門，傷損類型不同，回波所出現的閘門情況也是不同的。再次，判斷回波的個數和走向。最后，判斷回波群及其周圍的信息。在利用鋼軌探傷車自主化超聲系統對鋼軌傷損進行識別判斷的過程中，要利用相關程序對超聲回波按照回撥之間的疏密程度分割，將它們分割成多個回撥群，而每一個回波群需要根據其所在的位置進入決策樹的第一層，第一層的節點是傷損的位置，理論上不會出現回波被過濾到的情況，最后采取回波閘門的方式將更加有效的回波過濾出來。在對第二個節點進行判斷時，要先判斷具有相對性規律的有效回波，主要是判斷其點數和走向，之后再對沒有規律、較為分散的閘門回波進行確定。判斷第三層節點時，需對相鄰和周圍的回波群進行判斷，重點判斷目前的回波群內是否存在鋼軌探傷固有的特征。

我國關于超聲波自主化檢測技術在鋼軌探傷車當中的應用，在速度上實現了大幅度的提升，而且所使用的系統也均從國外引進，先進性極強。但是其在使用過程中也存在著一定的缺陷之處，具體內容如下：第一，利用VME 總線對數據和信息進行傳輸，之后根據數據量與總線之間傳輸能力的對比，分析超聲波的回波信號量，查找系統死機的原因；第二，超聲波信號的模擬與采集采用的是單元和數字化的方式，耦合性十分緊密，導致先進的數字處理技術無法被高效地應用起來，進而給系統維護造成不便，升級困難；第三，現在運行的系統對于鋼軌損傷的識別還存在一定的不足之處，尤其是在鋼軌螺孔裂紋方面存在漏識別的情況。

3 結束語

綜上所述，文章從我國和世界鋼軌探傷車自主化超聲系統技術的應用與研究方向出發，對自主化超聲系統與現有系統之間進行了對比，對自主化超聲系統的具體構建進行了全面的探析，希望能夠通過實踐應用和探究，強化自主超聲系統的地位，加速實現我國鋼軌探傷車的損傷智能識別方面的研究成效，這對于促進我國鐵路運輸事業的發展具有非常重要的推動意義。