專利名稱：用于自動評定行駛火車車輪滾動箍的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對行進中火車車輪滾動箍狀態(tài)進行自動評定的裝置，特別是涉及用于檢測所述的滾動箍中的裂紋的裝置，其中，采用超聲波以便當車輪通過安裝在鐵軌上的探頭時產生車輪的超聲波曲線圖。
現(xiàn)有技術已經考慮過測量鐵軌車輪的某些參數(shù)。因此，在EP-A-0 751 371中描述了測量例如鐵軌車輪的凸緣厚度和高度、車輪直徑和安裝在同一軸上的車輪的內側面之間的距離的裝置和方法，該測量是在火車以其運動速度行駛時進行的。在US-A-4 866 642中可以找到另一個實例，其中，從通過同時在滾動箍的表面上劃出兩個標志點和同時檢測這些標志點所獲得的數(shù)據(jù)和從代表標志點產生器和探頭的已知安裝位置的數(shù)據(jù)來計算火車車輪的直徑。同樣，在US-A-4 798 964中描述了這樣一種方法和設備，即其通過用燈光或者輻射源照射輪子的圓周表面，同時至少或多或少地將其輻射光沿著徑向引向輪子表面，以便形成外形的或車輪滾動箍的光圖象，而在不接觸的情況下來評定鐵軌車輪滾動箍的質量。
源于已知的現(xiàn)有技術，本發(fā)明已經發(fā)展出一種用于自動評定行駛火車車輪滾動箍狀態(tài)的裝置，這種技術特別適用于檢測所述滾動箍上的裂紋，但也可以用于其他火車車輪參數(shù)。這種裝置主要包括一個對應于每條鐵軌上的支撐結構，該支撐結構由一個鋼制的軌道梁構成，并取代了一段鐵軌，而火車車輪的凸緣就從上面通過，通過螺栓連接方式確保了軌道梁和鐵軌之間的連續(xù)性；這種裝置還包括一個安裝在每個軌道梁上的保護軌，以確保引導運動中的車輪的凸緣支撐在軌道梁上；用于要與所通過的行進中的車輪相接觸的探頭；安裝在軌道梁上的探頭座，每個探頭座都帶有兩個導向塊和一個擺動彈簧，以確保通過探頭的車輪和探頭之間的可靠接觸；用于向通過的車輪發(fā)射可編程頻率和間隙的超聲波脈沖，并產生和獲得對應車輪的超聲波曲線圖的超聲波設備；一個用于控制超聲波設備并對超聲波記錄儀產生的信號進行數(shù)字化接收的局部處理器；一個與局部處理器相連并對超聲波設備發(fā)出執(zhí)行命令，且收集、組織和存儲測量結果并產生有關的報告的計算機；還有一個與計算機相連且用于鑒別所檢測火車組成的天線。
為方便起見，探頭座可以被激活或被釋放，以便通過兩個專門的導軌垂直運動。
本發(fā)明的裝置最好在每條鐵軌上至少帶有兩個探頭，但也可以在每條鐵軌上安裝四個所述探頭。
所述探頭中的每一個都包括一個壓電換能器，以便使用干偶合裝置產生和接收表面超聲波，還包括兩個電感接近探測器用來感知通過換能器的車輪。由換能器所產生的和接收到的表面波最好為1MHz，用于每個換能器的干偶合裝置是一層生橡膠膜。
根據(jù)本發(fā)明，設計用來實時產生、接收和處理超聲波信號，以便對材料進行非破壞性檢測的超聲波設備，其包括一個模擬部分和一個數(shù)字部分。其中所述模擬部分帶有一個用于所接收到的超聲波信號的模擬處理模塊，其中包括可編程增益放大器和前置濾波、探測、對數(shù)放大和信道多路復用級，所述可編程增益在20MHz時為80dB，而所述對數(shù)放大為100dB。
所述數(shù)字部分帶有一個分段結構的總線，和一系列專門的高效率處理模塊，所述總線是根據(jù)用于安裝處理模塊的片基來分段的。
根據(jù)本發(fā)明，通過對處理模塊及其分段結構總線配置的選擇，可以實現(xiàn)對“管線”類接收處理鏈的高并行性柔性設計，以滿足各種應用的需要，從而可以在保持10兆采樣/秒的處理速度的前提下，達到80兆采樣/秒的接收速度。在結構上，處理模塊都具有數(shù)字和混合技術，并且每個模塊都帶有可編程的參數(shù)和運行模式。還有，有些固定模塊可以修改自身的結構來執(zhí)行不同的算法，這是通過使用軟件來重新配置其內部電路來實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明，超聲波設備的模擬部分安裝在用來安裝模擬放大-濾波模塊的模擬主卡上，并橫跨帶有模擬信道的一系列插槽，主卡上還含有一個穩(wěn)定電壓產生系統(tǒng)，為模擬模塊、輸入信道選擇電路和一個用于包絡檢波的模擬模塊供電，這些模塊都是通過所述板上的控制總線來控制的。所述模擬部分還帶有一個直接與控制總線相連的額外插槽，通過該插槽可以安裝一塊數(shù)字輸入-輸出卡，對于本發(fā)明的情況來說可以用來探測車輪。
另一方面，超聲波設備的數(shù)字部分被安裝在一塊用于安裝數(shù)字和混合電路結構處理模塊的遠程數(shù)字主卡上，這些模塊被插在一塊與所述主卡的控制總線相連的底板上，每塊底板通過分段信號總線與下一塊底板相連，通過分段信號總線可以接收前面模塊處理過的數(shù)據(jù)，并把本模塊處理過的結果送到后面的模塊。還有，每一模塊的輸出都與結果存儲器相連。所述數(shù)字主卡上還帶有用于接收指令和傳遞結果的通訊子系統(tǒng)，以及用于控制整個數(shù)字主卡和對模塊進行編程、參與通訊和執(zhí)行信號的接收處理的局部處理器。
模擬主卡和數(shù)字主卡都與一個電源相連。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，模擬主卡帶有四個插槽，每個插槽上有兩個模擬信道，遠程數(shù)字主卡帶有四個底板。
類似地，根據(jù)本發(fā)明，超聲波設備包含一系列與探頭和放大模塊相連的可編程脈沖產生器。前面提到的接近傳感器控制模塊中的一個安裝在模擬主卡上的數(shù)字輸入-輸出插槽中，一個增益控制模塊、一個模擬/數(shù)字轉換模塊和一個數(shù)據(jù)壓縮模塊則安裝在遠程數(shù)字主卡上。
在根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例中，帶有四個可編程脈沖產生器和兩個放大模塊，全部裝在模擬主卡上，每個都帶有兩個線性可變增益放大器。
結合附圖，參照本發(fā)明的實施例的如下詳細說明可以更加清楚地解釋本發(fā)明的前述的和其它的方面，以及其特性和具體優(yōu)點，其中

圖1是示出一個軌道轉向架的正面示意圖，其中軌道轉向架的一個車輪位于本發(fā)明裝置的一個探頭之上；圖2是表示火車車輪與本發(fā)明裝置探頭的應用關系的詳細示意圖；圖3是本發(fā)明裝置的一種探頭座的示意圖；圖4是一種配有兩個電感探測器的探頭的示意圖；圖5是本發(fā)明裝置的方框圖；圖6是用于本發(fā)明裝置的超聲波設備和局部處理器的總體結構圖；圖7是用于本發(fā)明的模擬主卡的示意圖；圖8是用于本發(fā)明的遠程數(shù)字主卡的示意圖；圖9是本發(fā)明裝置的超聲波設備的方框圖，用于檢測火車車輪裂紋；圖10表示使用本發(fā)明裝置獲得的火車車輪的超聲波曲線圖。
本發(fā)明的裝置是一個動態(tài)系統(tǒng)，被檢測火車的運動速度可達10Km/h，因此，必須有一個機械結構來確保車輪從上面通過，該結構同時還作為探頭的支撐，探頭貼在車輪滾動箍的外圓表面上，以便對車輪滾動箍的狀態(tài)進行檢測，在整個檢測過程中必須確保探頭-車輪之間的偶合。
如圖1至圖3中所展示的那樣，所述機械支撐結構是鋼制的，它包括一個軌道梁1，該軌道梁上帶有兩個保護軌2，保護軌有雙重作用，一是確保對轉向架10的車輪9的導向作用，二是作為安全措施，使通過軌道梁1的車輪靠住其凸緣。所述軌道梁1取代了一普通的軌道8，通過螺栓接頭3確保了軌道梁1和軌道8之間的連續(xù)連接。
軌道梁1承載著探頭P的支座4，探頭P將貼合在轉向架車輪9的滾動箍上。每個支座4都帶有兩個導向塊5和一個擺動彈簧6，這樣車輪9通過時就使得車輪-探頭保持接觸。
如果需要的話，所述每個支座4都可以被激活或釋放以便使它們通過導軌7垂直移動。
每個探頭P都包括一個壓電換能器以便產生和接收1MHz的表面波，所述換能器使用一塊生橡膠膜作為偶合件。如圖4所示，換能器安裝在一個機械裝置上，以確保在檢測過程中與車輪9之間的接觸。
仍然如圖4所示，每個探頭P都帶有兩個電感接近探測器11，以便感知換能器上方是否有車輪9存在。
本發(fā)明的完整裝置如圖5所示，圖中繪出了四個探頭P1、P2、P3和P4，如前所述，探頭是由帶有干偶合的超聲表面波發(fā)射-接收器制成的，上面帶有車輪感知探測器11，探頭配有機械裝置4以確保探頭與行進車輪9之間的配合，并可以調整探頭高出軌道梁1以及安裝在軌道梁1(保護軌2)上用于引導車輪9的零件的高度。對于每一個軌道梁1最多可以安裝4個探頭P。
圖5中的方框12表示本發(fā)明裝置中的超聲波設備，它包括可以以不同的頻率和間隙發(fā)射超聲波脈沖的電子裝置，用于每個換能器的獨立的可編程增益放大器，用于距離衰減校正的裝置和探測放大信號包絡的裝置。
圖5中的方框13表示用于本發(fā)明裝置的局部處理器，它控制著超聲波設備12，根據(jù)車輪感知探測器11提供的信號決定何時啟動每一信道，并且從超聲波設備12接收(數(shù)字化的)超聲波曲線圖。局部處理器13可以對信號進行計算分析，并且使用評估算法對車輪9的滾動箍表面狀態(tài)進行評估。
圖5中的方框14表示的是本發(fā)明裝置中使用的計算機，它是操作者與本系統(tǒng)進行交互的裝置。它與本系統(tǒng)的局部處理器13相連(連接距離可達1200米)，它還負責對超聲波設備12發(fā)出執(zhí)行命令，并收集、組織和存儲測量結果，以及產生相關脈沖。計算機14與一個天線15相連接，以便可以識別火車的組成。計算機14可以連接和同時控制其它參數(shù)的測量設備。
本發(fā)明裝置中超聲波設備12和局部處理器13的總體結構如圖6所示，從圖6中可以看出，它包括一個模擬部分16和一個數(shù)字部分17。模擬部分包括對所接收到的超聲波信號進行處理的模擬處理模塊18，和可編程增益放大器(80dB，20MHz)以及前置濾波、檢測、對數(shù)放大(100dB)和信道多路復用級。還有一個模擬模塊控制單元19和一個脈沖產生控制單元20，這將在以后描述。
數(shù)字部分17由一個強大的數(shù)字處理系統(tǒng)構成，可以對所接收到的超聲波信號進行實時的復雜的算法處理。所述數(shù)字部分17的核心部分是具有分段結構的總線21和一組連接在一個8位數(shù)據(jù)總線22和一個8位地址總線23上的高效率的專用處理模塊MP0、MP1、MP2、…?？偩€21由底板分成許多段，處理模塊MP0、MP1、MP2、…分別安裝在各底板上。所述處理模塊的輸出連接在緩沖存儲器L1、L2上，緩沖存儲器L1、L2可以臨時存儲輸入信息流并提供處理所需的數(shù)據(jù)，所述緩沖存儲器的輸出連接在一個中間結果接收存儲器24上。
圖6中的示意圖包括局部處理器13、通訊控制單元25和串行輸出口26。
按圖6所示的系統(tǒng)，接收和處理每個信號的過程可分為3個步驟步驟1參數(shù)編程在這一階段，所有接收的數(shù)值應根據(jù)前面的接收值加以修正，同時確立數(shù)字處理參數(shù)。改變模塊配置的操作也在這一階段進行。
通過對系統(tǒng)控制總線地址的讀和寫進行參數(shù)編程。運行是異步的，其周期完全取決于固定全部參數(shù)所需的讀-寫周期數(shù)。在圖6所示的系統(tǒng)中這一運行過程完全取決于局部處理器13。步驟2接收和處理這一階段從探頭P的換能器產生一個觸發(fā)信號開始，然后對接收到的信號進行數(shù)字化并在圖6所示的系統(tǒng)鏈中進行數(shù)字處理，一旦結果存儲器24中接收到所需的最后信息采樣，這一階段就結束了。
在圖6的系統(tǒng)中，這兩個操作是遵循一種消費者-生產者方式而同步進行的。因此，數(shù)字處理部分17的數(shù)字化模塊總是在接收和處理信息的觸發(fā)事件出現(xiàn)之前就接收了一定數(shù)量的采樣。在這種狀態(tài)下，后面的處理鏈一直在等待程序觸發(fā)事件(超過門限、延時觸發(fā)、軟件觸發(fā)、外部觸發(fā)等等)。接收過程的結束是由編程設定的所要數(shù)字化的采樣數(shù)量來決定的。一次接收中所包含的采樣序列稱為曲線。
處理是按照10兆采樣/秒的恒定速度以一種強制傳輸模式進行的。因此，每100ns幀窗口打開一次，各模塊將其中的結果傳遞到處理鏈中的下一模塊中。這種運行模式已經被選擇用于非常簡單的控制，其中并不要求嚴格的時序。一個20MHz的主時鐘使整個處理鏈維持同步。
有幾種情況下執(zhí)行了接收和處理過程但卻不結束，指出這些情況是很重要的。這些情況具有不同的引發(fā)原因沒有出現(xiàn)觸發(fā)事件，電路的非正常工作，執(zhí)行了保護操作等等。應用軟件應從這些特殊情況中自動恢復，如果可能的話，應給出故障診斷原因。步驟3結果傳送通常情況下，結果是從配置好的任意模塊MP0、MP1、MP…輸出到存儲器中的。主卡上帶有的電路可以很方便地把任何模塊選擇為結果源，這對于研究和評定工作有很大的幫助(例如，某一確定處理過程前后的信號實時比較)。
因此，在其它情況下，模塊本身通過控制總線上的讀操作存儲所獲得的結果。這種選擇允許相對于同一采集要求獲得幾個同步的信息段，這對于峰值檢測的情況是特別有用的。
處理模塊MP0、MP1、MP2、…保持著最大運行并行度，盡管其中的某些模塊需要更多的時鐘周期來完成計算。基于這一原因，就象前面講到的那樣，這些模塊具有臨時存儲輸入信息流和提供處理所需數(shù)據(jù)的緩沖存儲器L1、L2。
圖6中所表示的系統(tǒng)的物理結構包括兩個底板，上面分別安裝著數(shù)字處理模塊和模擬處理模塊模擬主卡BANG(圖7)和遠程數(shù)字主卡BDR(圖8)。電源33(見圖9)為這兩個主卡供電。
模擬主卡BANG作為安裝模擬放大-濾波模塊的主卡橫跨四個插槽SL0、SL1、SL2、SL3，每個插槽都帶有兩個模擬信道CN。因此，插槽SL0包括CN0-1信道，插槽SL1包括CN2-3信道，插槽SL2包括CN4-5信道，插槽SL3包括CN6-7信道。還有，BANG主卡上帶有一個穩(wěn)定電壓產生系統(tǒng)，用來為模擬模塊、輸入信道選擇電路27和一個用于包絡檢波的模擬模塊28供電。這些模塊通過控制總線29來控制。
模擬主卡BANG包括一個直接聯(lián)結在控制總線29上的附加插槽DIG，可以插接一塊數(shù)字輸入-輸出卡(在這種情況下用于探測車輪9)。
模擬主卡BANG帶有一個信號輸出單元30和一個增益控制單元31。
遠程數(shù)字主卡BDR用來安裝數(shù)字和混合電路結構處理模塊，這些模塊插接在四塊底板Z0、Z1、Z2、Z3中，并與控制總線32相連。每塊底板都通過分段信號總線21與下一塊底板相連，通過該總線接收前一模塊處理過的數(shù)據(jù)，并把處理結果送到下一模塊。每一模塊的輸出也可以通過臨時存儲的緩沖存儲器L1、L2，直接送到結果存儲器24。
BDR主卡還包括一個通訊控制單元25，負責接收指令和傳送結果，整個系統(tǒng)則由局部處理器13通過對模塊進行編程來實現(xiàn)控制，參與通訊并觸發(fā)信號接收。
在圖9中，展示了超聲波設備12用于本發(fā)明的檢測裂紋裝置。它包括聯(lián)結到探頭P1、P2、P3、P4的四個可編程脈沖產生器PS1、PS2、PS3、PS4，和兩個放大模塊，每個模塊都帶有兩個可編程增益的線性放大器AMP1、AMP2、AMP3、AMP4，安裝在模擬主卡BANG的CN0-3信道中。接近傳感器11的一個控制模塊32安裝在BANG主卡的數(shù)字輸入-輸出插槽DIG中，增益控制模塊CAT安裝在遠程數(shù)字主卡BDR的底板Z0中，模/數(shù)轉換模塊A/D安裝在BDR主卡的Z1底板上，一個數(shù)據(jù)壓縮模塊(REDUC)安裝在BDR主卡的Z2底板上。BDR主卡上的局部處理器13監(jiān)控管理用來探測火車車輪9上裂紋的專門模塊的程序。
電源13接收220V交流電，對BANG主卡輸出+/-12V直流電壓，對BDR主卡輸出+/-5V直流電壓。本發(fā)明裝置的操作當收到來自計算機14的檢測命令時，本裝置的工作過程如下1、局部處理器13根據(jù)所獲得的參數(shù)(所發(fā)射脈沖的頻率和間歇，放大器增益，數(shù)字化頻率等等)對超聲波設備12的元件進行編程。這里也可以包括尚未開發(fā)的功能，如將探頭P在軌道梁1上移動到檢測位置。
2、局部處理器13對每個探頭P上的車輪探測器11進行查詢，當任何一個探測器顯示出車輪9的存在時，處理器13就對超聲波設備12發(fā)出指令，使超聲波設備12發(fā)射超聲波編程脈沖，并收集整理該探頭所接收到的信號。這些信號代表著所發(fā)射的超聲波脈沖在連續(xù)轉動的車輪9中的傳遞情況以及每個車輪滾動箍表面缺陷所產生的回波信號。這種數(shù)字化的信號存儲在局部處理器13中，以被后面分析之用。
3、當計算機14給出停止測量的信號時，局部處理器13對所存儲的信號進行分析，從而對每個被測車輪9的狀態(tài)做出評定，評定的結果傳遞給計算機14?；疖囓囕喅暡ㄇ€圖的評定算法在下一內容中，描述了火車車輪滾動箍探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了上面參照附圖介紹過的本發(fā)明裝置。在每條鐵軌上使用了兩個1MHz的表面超聲波探頭P1、P2；P3、P4，當車輪9通過每個探頭時，超聲波設備12就產生超聲波曲線，計算機14收集曲線，并把它與相應的車輪配對，然后作出評定。計算機14上聯(lián)結著天線15，它可以讀出所測量車輪組成的識別號。通過這樣配置，對于每一個車輪可以獲得兩條大致相差120°曲線。
超聲波設備12如圖9所示，其中的可編程脈沖產生器和模塊的數(shù)量與所述圖中所表示的相同。
用來產生車輪9的曲線圖的固定參數(shù)如下具有特定幅度的10個1MHz激勵脈沖。
放大器的增益為50dB。
采樣頻率為8兆采樣/秒。
預采樣曲線圖長度為20，采樣數(shù)量為16980。
壓縮系數(shù)為32超聲波曲線的特性在圖10中每個曲線圖都可以分為五個區(qū)域。
A、探頭激勵脈沖。
B、第一半車輪檢測區(qū)。
C、第一直接發(fā)射脈沖(半個車輪)
D、第二半車輪檢測區(qū)。
E、第二直接發(fā)射脈沖(車輪末端)。
區(qū)域A的范圍是由系統(tǒng)所決定的，其它區(qū)域的位置和大小則是由車輪9的尺寸、所使用鋼材的類型和溫度決定的。
車輪9邊緣的狀態(tài)缺陷是由區(qū)域B和D中所出現(xiàn)的回波來顯示的，區(qū)域A中出現(xiàn)的脈沖表示脈沖產生器PS和探頭P處于良好的工作狀態(tài)，而區(qū)域C和E中的回波則表示出探頭P和車輪9之間的偶合質量。曲線的參數(shù)化對車輪9的狀態(tài)評定的第一步包括檢測曲線中出現(xiàn)的回波并對其進行參數(shù)化。這一過程如下確定曲線的基準線34，建立檢測閾值35和回波的有效性，回波鑒別和參數(shù)化，直接發(fā)射回波的鑒別及回波之間的關系?；鶞示€的獲得以及檢測閾值和回波有效性的建立曲線中的基準線34標志著區(qū)域中的超聲波信號水平與所檢測的車輪9無關。要獲得這一水平所需要的操作如下1、計算除區(qū)域A之外曲線上點的平均值和標準偏差。
2、用原曲線中幅值小于步驟1中計算的平均值與標準偏差之和的點繪制一條新的曲線。
3、計算由步驟2產生的曲線點的平均值和標準偏差。該平均值用來作為基準線的幅度評估值，而標準偏差則表示所檢測的車輪9本身的固有噪聲。
4、檢測閾值35表示一個幅度，高于此值的信號屬于回波，在任何時候超過有效水平36的回波才為有效。在本例情況下，基準線34被用作檢測閾值35和有效性水平36，其值等于基準線34加上步驟3中所計算出的標準偏差的4倍。還有，這些值可用于確定曲線的有效性(車輪出現(xiàn)探測)。如果平均值加上標準偏差超過數(shù)值0.001，則認為曲線有效?；夭z測和特征化為了給曲線中的回波定位，要執(zhí)行以下步驟1、對曲線點進行排序，直至找出超過檢測水平的點，把這一點作為回波的起點。
2、繼續(xù)對曲線逐點審查，直至其值再次小于檢測水平，把這一點作為回波的終點。如果任何回波點超過了有效性水平36，該回波就要加入到檢出回波組中。
3、步驟1和2不斷重復，直至完成整個曲線。
4、對于檢出回波組中結束點距下一回波的距離小于三個點的回波，要向其中加入一個單獨回波來加以修正。
5、對于每個回波，都要注意以下幾點起點、按點計算的寬度、回波最大值的位置和幅值、構成回波的所有點的幅值之和。直接發(fā)射回波的鑒別以下步驟包含了直接發(fā)射回波的位置和相對距離的確定方法(曲線中C區(qū)和E區(qū)的位置)。具體做法取決于可獲得的車輪9的有效曲線的數(shù)量。
1、如果有兩個曲線，則通過點與點對應產生一條復合曲線，這樣就剔除了所有沒有出現(xiàn)在相同位置的回波(同一車輪的兩個曲線上相吻合的直接發(fā)射回波)。通過這一復合曲線，可以產生一組如前兩節(jié)所述的那種回波。
2、如果可以得出兩條曲線，或者只有一條有效曲線并且可以搜尋到一對回波，其中一個回波起點的距離為另一回波起點距離的兩倍，其誤差因子為15個點，而后一回波的起點距離曲線原點的距離大于150個點，就可以對混合曲線的回波組進行跟蹤。如果存在幾個脈沖點滿足這一條件，就選擇距離曲線原點最遠的一對脈沖點。
3、如果發(fā)射回波是由一條復合曲線計算得出的，則識別是從每條原始曲線的回波組開始的。對于后者而言，可以在每個回波組中搜尋到與復合曲線發(fā)射回波組具有非空交叉點的回波。如果所鑒別的任何一個回波的寬度大于35個點，就把寬度等于其他曲線對應回波寬度的回波從中分離出來，其余部分則加入到不相關回波組中?；夭ㄖg的關系那么，對于曲線的D區(qū)域中出現(xiàn)的回波組，它是B區(qū)域中的回波的復制品，要相應于每條曲線加以鑒別1、復制曲線的距離是由所獲得的直接發(fā)射回波之間的距離所決定的。
2、對于每條曲線的區(qū)域B中的每個回波，如果任何一個在區(qū)域D中的起點位置滿足所計算出的復制回波之間的距離，其誤差系數(shù)為10個點，該回波就被檢出。如果滿足了這一條件，回波就分別被標識為“復制處理器”或“復制品”。
如果可以獲得車輪9的兩條有效曲線，兩條曲線上由同一反射層產生的回波就被鑒別出來了。對于后者而言，要考慮到同一軌道8上的傳感器P1、P2；P3、P4之間的距離約為870mm，而聲音在鋼材中的傳播速度取值為3000m/s，對于所采用的接收參數(shù)，探頭P2和P3接收到的信號分別相對于探頭P1和P4而言要提前140個點。過程如下
1、對于每條曲線，其長度確定為等于第二直接發(fā)射回波的起始值。
2、對于沒有標識為復制品的每個峰值，就要在另一條曲線上搜尋一個起始或終止于所分析的回波140個點之前(如果所檢測的回波屬于探頭P1或P4的曲線)或140個點之后(如果所檢測的回波來自探頭P2或P3)的峰值，其誤差系數(shù)為6個點。如果找到任何峰值，兩者都要標識為相關回波。如果可能的回波在A、B或E區(qū)衰減了，則回波標識對應于死區(qū)。(超前或滯后的計算要作為曲線長度的計算模型)。車輪評定這里，在第一階段，對車輪9的狀態(tài)的評定只是根據(jù)所測得回波的最大值及其寬度，并且基于裂紋會產生大幅值的回波以及寬度很大的回波對應于附著物和平面這樣一種假設。
評定算法是按如下過程建立的。
1、如果車輪9的曲線沒有一個被標識為有效曲線，則認為車輪是不可評估的。
2、如果沒有探測到直接發(fā)射回波，則認為車輪9是不可評估的。
3、如果1和2中所確立的條件沒有發(fā)生，則對每條標識為有效的曲線的峰值分別加以評定?；夭ㄖ凳峭ㄟ^最大值的線性函數(shù)來確定的，這里把最大值等于零的回波分配為零值，而把幅值為255的回波分配為2.5。如果回波的最大值大于250，則其分配值增加0.5。
4、回波的最佳寬度的確定是通過一個線性函數(shù)把一個零值最佳寬度分配給最大值為零的回波，而把20個點分配給最大幅值為255的回波。如果實際寬度大于所計算出的最佳寬度，回波則按步驟3中的分配值的85％來處理。
5、步驟3和4中所分配的最大峰值是由全部有效曲線中的全部回波來確定的，并圓整到最接近的整數(shù)(或者如果結果為0，則圓整為1)，該值被確定為車輪值。
通過實施本發(fā)明所揭示的方法，就可以在早期階段檢測出運行中火車車輪滾動箍產生的裂紋，并且在裂紋尺寸增大并引起車輪的更大損壞之前采取相應的維修措施，從而大大提高了鐵路運輸?shù)陌踩浴?br> 盡管在先前的描述中，強調了本發(fā)明的基本特點，應該明白的是后者在有關本發(fā)明的范圍內，在形式和細節(jié)上都可以修改。例如，探頭的數(shù)量、脈沖產生器、模塊和其它元件都可以不同于所描述中的情況。因此，要通過附加的權力要求的內容來對本發(fā)明的范圍加以專門全面的限制。
權利要求
1.一種用于自動評定行駛火車的車輪滾動箍的狀態(tài)的裝置，特別是檢測所述滾動箍的裂紋，其特征在于，它包括一個鋼制的支撐結構，包括一個用于每條軌道(8)的軌道梁(1)，它取代了軌道(8)上的一段，而火車車輪(9)的凸緣就在上面通過，通過螺栓接頭(3)確保了軌道梁和軌道之間的連續(xù)；聯(lián)結在每個軌道梁上的保護軌(2)，當車輪的凸緣倚靠著軌道梁運動時，確保了對車輪的引導作用；要與經過的車輪相接觸的探頭(P)；安裝在軌道梁上的探頭座(4)，每個探頭座上帶有兩個導軌(5)和一個擺動彈簧(6)，這樣通過探頭的車輪就迫使車輪-探頭保持接觸；一個超聲波設備(12)，向經過的車輪發(fā)射頻率和間隙可編程的超聲波脈沖，并產生和獲得對應于車輪的超聲波曲線；一個局部處理器(13)，用來控制超聲波設備，并接收來自超聲波設備由超聲波曲線所產生的數(shù)字化的信號；一個聯(lián)在局部處理器上的計算機(14)，負責發(fā)射超聲波設備的執(zhí)行指令，收集、組織和存儲測量結果，并產生有關的報告；以及一個聯(lián)結在計算機上用于鑒別被測火車組成的天線(15)。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，探頭座(4)可以被激活和釋放而沿著兩個帶有的導軌(7)作垂直運動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，它包括用于每條軌道(8)的至少兩組探頭(P1，P2；P3，P4)。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，它包括用于每條軌道的四個所述探頭。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于，每個探頭(P)都包括一個能夠產生和接收表面超聲波的壓電換能器，它采用一個干偶合裝置，并配有兩個電感接近探測器(11)， 以便指示換能器上是否存在車輪(9)。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，每個換能器所產生和接收的表面波的頻率為1MHz，而每個換能器所采用的干偶合裝置為生橡膠膜。
7.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于，超聲波設備(12)要設計成可以實時地產生、接收和處理超聲波信號從而完成對材料的非接觸檢測，該設備由模擬部分(16)和數(shù)字部分(17)組成，所述模擬部分帶有用于處理所獲得的超聲波信號的模擬處理模塊(18)，其中包括可編程增益放大器和前置濾波、檢測、對數(shù)放大和信道多路復用級，所述數(shù)字部分包括一個具有分段結構的總線(21)和一組高效率的專用處理模塊(MP0、MP1、MP2、…)，所述總線是根據(jù)底板來分段的，處理模塊就集成在底板上。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述可編程增益在20MHz時為80dB，而所述對數(shù)放大為100dB。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，超聲波設備(12)的模擬部分(16)被安裝在一個作為模擬放大-濾波模塊載體的模擬主卡(BANG)上，該模擬放大-濾波模塊通過一系列插槽(SL0、SL1、SL2、SL3、…)同每個插槽中的模擬信道(CN0-1、CN2-3、CN4-5、CN6-7、…)相聯(lián)結，該模擬主卡上還帶有一個穩(wěn)定電壓產生系統(tǒng)，為模擬模塊、輸入信道選擇電路(27)和包絡檢波電路的模擬模塊(28)供電，這些模塊是通過模擬主卡上的控制總線(29)來控制的。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述模擬部分包括一個直接與控制總線(29)相連的附加插槽(DIG)，上面可以安裝數(shù)字輸入-輸出卡以檢測車輪(9)是否存在。
11.根據(jù)權利要求7至10中任一項所述的裝置，其特征在于，超聲波設備(12)的數(shù)字部分(17)安裝在一個遠程數(shù)字主卡(BDR)上，該主卡是數(shù)字和混合電路結構處理模塊的安裝板，這些數(shù)字和混合處理模塊插在底板(Z0、Z1、Z2、Z3、…)上，并與數(shù)字主卡上的控制總線(32)相連，每一底板通過分段信號總線(21)聯(lián)結到下一底板上，通過分段信號總線(21)接收前一模塊處理過的數(shù)據(jù)并把自身的處理結果傳遞到下一模塊，每個模塊的輸出則聯(lián)結到一個結果存儲器(24)中，所述數(shù)字主卡還包括一個用于接收命令和傳送結果的通訊子系統(tǒng)(25)以及一個用于控制整個數(shù)字主卡和承擔模塊編程、參與通訊并觸發(fā)接收和處理信號的局部處理器(13)。
12.根據(jù)權利要求7至11中任一項所述的裝置，其特征在于，模擬主卡(BANG)和遠程數(shù)字主卡(BDR)都聯(lián)結在一個電源(33)上。
13.根據(jù)權利要求7至12中任一項所述的裝置，其特征在于，模擬主卡(BANG)配有四個插槽(SL0、SL1、SL2、SL3)，每個插槽帶有兩個信道(CN0-1、CN2-3、CN4-5、CN6-7)，而遠程數(shù)字主卡(BDR)則帶有四個底板(Z0、Z1、Z2、Z3)。
14.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于，超聲波設備(12)包括一系列與探頭(P1、P2；P3、P4、…)及與放大模塊相連的可編程脈沖產生器(PS1、PS2、PS3、PS4)，一個安裝在模擬主卡(BANG)上的數(shù)字輸入/輸出插槽(DIG)中的接近傳感器控制模塊(32)，一個增益控制模塊(CAT)，一個模/數(shù)轉換模塊(A/D)和一個裝在遠程數(shù)字主卡(BDR)上的數(shù)據(jù)壓縮模塊(REDUC)。
15.根據(jù)權利要求14所述的裝置，其特征在于帶有四個可編程脈沖產生器(PS1、PS2、PS3、PS4)和兩個放大模塊，安裝在模擬主卡(BANG)上，每個放大模塊都帶有兩個增益可變的線性放大器(AMP1、AMP2、AMP3、AMP4)。
全文摘要
一種自動評定行駛火車車輪滾動箍狀態(tài)的裝置。它包括一用于每條軌道的軌道梁,一確保車輪導向的保護軌,與車輪保持接觸的探頭,安裝在軌道梁上確保車輪與傳感器保持接觸的探頭座,發(fā)射超聲波脈沖并產生相應的超聲波曲線圖的超聲波設備,控制超聲波設備并接收所產生超聲波信號的局部處理器,與局部處理器相連并管理超聲波設備的計算機,和一識別所檢測火車組成的與計算機相連的天線。本發(fā)明用于檢測火車車輪滾動箍上裂紋。
文檔編號G01N29/42GK1246426SQ9911126
公開日2000年3月8日 申請日期1999年8月4日 優(yōu)先權日1998年8月4日
發(fā)明者阿爾韋托·伊瓦涅斯·羅德里格斯, 路易斯·戈麥斯－烏利亞特·阿爾韋亞爾, 何塞·哈維爾·安納亞·貝拉約斯, 歐亨尼奧·比利亞努埃瓦·馬丁內斯, 蒙塞拉特·帕里利亞·羅梅羅, 卡洛斯·弗里奇·尤斯塔, 特雷莎·桑切斯·馬丁, 安赫爾·路易斯·桑切斯·雷韋爾塔, 何塞·安東尼奧·馬托斯·納瓦羅, 安東尼奧·盧皮亞涅斯·加西亞 申請人:帕朋佩斯-塔爾戈股份有限公司, 因韋斯蒂加瓊尼斯－西恩蒂菲卡斯高級理事會