超声波检测钢轨伤损及定位研究

分类号：TB553 单位代码：10110

学号：S2*******

中北大学

硕士学位论文

超声波检测钢轨伤损及定位研究

硕士研究生李文超

指导教师苏新彦副教授

学科专业信号与信息处理

2013年 4月 10 日

图书分类号 TB553 密级非密UDC注 1

硕士学位论文

超声波检测钢轨伤损及定位研究

李文超

指导教师（姓名、职称）苏新彦副教授

申请学位级别工学硕士

专业名称信号与信息处理

论文提交日期 2013 年 4 月 10 日

论文答辩日期 2013 年 5 月 30 日

学位授予日期年月日

论文评阅人李铁鹰张丕状

答辩委员会主席张文梅

2012年 6 月 7 日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类

原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：日期：

关于学位论文使用权的说明

本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。

签名：日期：

导师签名：日期：

超声波检测钢轨伤损及定位研究

摘要

在我国的交通运输系统中，铁路运输一直占据着重要的地位，钢轨在长期运行过程中难免出现各种损伤，严重威胁着列车的安全，在检测钢轨伤损中，超声探伤技术是应用最为广泛的方法之一。随着超声波检测诊断技术和检测方法迅速的发展，超声探伤技术在铁路领域得到重要的应用。

本文在分析超声波的特征值、介质的声参量及超声波在介质中的特性基础上，利用超声波脉冲反射法基本理论，设计了超声波检测钢轨伤损及定位系统。该系统以高性能单片机为控制核心、采用五通道高速采集卡进行数据采集，搭建了无损检测硬件系统平台。

本系统经过选取合适的探头，设计了单片机为核心的控制模块及超声波发射电路和超声波接收电路；用高速采集卡实现了对信号的五通道高速采集。以VC6.0++为编程工具，Matlab为分析工具，完成了整套系统软件编程及调试的工作。最后利用小波变换将采集的回波信号进行降噪处理，能够对伤波信号增强和提取，实现了对钢轨伤损判定和定位。

通过大量的实验表明：本文设计的超声波探伤系统对钢轨伤损判定和定位取得了理想的效果。在论文的最后做了总结，并且对超声波检测钢轨伤损的进一步的研究提出建议。

关键词：无损检测；超声检测；数据采集；小波变换

Research on ultrasonic testing of rail defects and positioning

Abstract

In our country’s transport system, rail transport has been played an important role in the system, but the rail will inevitably lead to a variety of injuries in the long-running process, and this will influence the safety of train. Ultrasonic flaw detection is one of the most commonly methods in rail detection testing. With the development of ultrasonic testing diagnostic techniques and detection methods, ultrasonic flaw detection technology has been importantly used in the railway field.

This paper analyzed ultrasonic eigenvalues, acoustic parameter of medium and ultrasonic properties of the medium. Basised on all of these, then according to the basic principle of the ultrasonic pulse reflection, it designed ultrasonic rail failure detection and location system. It used high performance processor as its control core unit, and used high-speed acquisition card as the acquisition of data. All of these constitute five-channel ultrasonic non-destructive testing hardware platform.

The system selected the appropriate probes,designed the control module which used microcontroller as its core and the circuit of ultrasonic transmitter and receiver; Using high-speed acquisition card achieved a five-channel high speed signal acquisition. The paper identified in VC++6.0 for the programming tools, Matlab for analysis tools in order to achieve the positioning of rail defects, and it completed the Ultrasonic flaw detection system of software programming and software testing. Finally it used wavelet transform effectively remove the noise of collected echo signal, it achieve the enhancement of wound-wave signal and extraction, and it realized the determination and positioning of rail defects.

A lot of experiments showed that: in this paper, the design of the ultrasonic flaw detection system can locate and test the rail defects. In the end of the paper，it made a concluding and suggested for further work.