基于虛擬儀器的鐵軌損傷檢測系統

　　摘 要：本文介紹了鐵質材料因裂紋或損傷而產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開發平臺在數據采集和數據分析上的實現方法，實現了一臺PC同時對多條鐵軌進行損傷檢測，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題。隨著鐵路建設的發展，以往靠巡道工進行鐵軌檢測的方式在許多新建的鐵路線上，因站點間的距離太長而無法實施。另外，火車的大幅度提速也給巡道工造成更大的危險。現狀迫切需要實施鐵軌狀態的自動化檢測，以代替以往的人工檢測。由于人工對鐵軌進行探傷的危險性大、效率低，并且有可能出現誤檢。因此，本 National Instruments公司的虛擬儀器開發平臺LabVIEW，設計了一個基于LabVIEW的鐵軌損傷檢測系統，以實現人工探傷向自動化探傷的轉變。

2 檢測系統原理

本系統主要采用漏磁場檢測法，其基本原理是利用勵磁磁場和缺陷相互作用產生的漏磁現象來檢測鐵軌表面的裂紋或損傷。實驗證明,在交變 磁場的作用下，在役鐵磁性工件的缺陷和夾雜部位,會產生磁疇歸一現象， 并在其上出現漏磁場。當鐵質材料磁化至深度飽和時，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 生磁場畸變。采用磁敏檢測探頭檢測這一漏磁場可獲得反映裂紋或損傷狀 況的特征信息，通過對裂紋漏磁場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性科學應用研究所研制開發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儲存數據采集卡PCI－ 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使 用時，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。同時凌華數據采集卡提 供了全新 Labview 驅動程序PCIS-LVIEW PnP。三部分與計算機硬件連接 如圖1 虛線內所示。

數據傳輸總線使用通訊轉換卡RS-485，RS-485 具有抗干擾能力強、 傳輸距離遠、傳輸速度快等優點。RS485 能實現電平隔離，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。處理過的信號經數據采集卡進行A/D 轉換，將模擬 信號轉換成數字信號送入計算機中進行分析處理。