钢轨探伤仿真试验方法技术

本发明专利技术公开了一种钢轨探伤仿真试验方法，该方法模拟钢轨探伤车在线运行环境，包括：通过仿真计算机设置钢轨伤损图，试验时根据钢轨伤损图生成对应角度及延时时间的超声波回波仿真数据，传输至信号发生/数据采集器；信号发生/数据采集器通过探轮信号端口检测钢轨探伤检测系统发出的超声波激励信号，根据仿真数据返回超声波回波模拟信号；信号发生/数据采集器同时通过机车速度信号端口向钢轨探伤检测系统输出机车速度模拟信号。钢轨探伤检测系统形成检测伤损图，可与设置伤损图对比验证。本发明专利技术克服了现有技术对钢轨探伤检测系统缺乏试验室验证手段、试验成本高和易受环境制约的技术问题，可以随时随地对检测系统工作性能进行验证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁路工程机械的电气设备，尤其是涉及一种应用于铁路工程和维护车辆领域，采用超声波检测方式的。
技术介绍
在铁路工程和维护车辆领域，超声波钢轨探伤车广泛应用于钢轨的探伤和维护。如附图1所示，一个超声波钢轨探伤系统通常包括:设置在钢轨探伤车上的钢轨探伤检测系统10，以及设置在钢轨探伤车下部的探轮20。当需要进行钢轨探伤操作时，钢轨探伤车控制探轮20压在钢轨30的上表面，钢轨探伤检测系统10向探轮20发出超声波激励脉冲信号，探轮20的超声波压电晶片在交变电场作用下，产生与电场同步的机械振动，这个过程称逆压电效应,发射超声波信号。超声波晶片也可在受到交变压力时,产生交变电场,称正压电效应，实现超声波回波的接收。超声波探伤应用在钢轨探伤中的原理为:根据超声波的特性，一旦遇到两种不同介质的表面，超声波即会发生反射现象，从而形成一定的超声波回波信号。超声波从钢进入空气时将有100 %的反射，所以对钢轨缺陷具有良好的检测效果。探轮20采用轮式结构体，轴中心架装有多组不同检测角度的超声波晶片7，探轮20的轮胎外膜内充满耦合液。当钢轨探伤车运行时，探轮20沿钢轨30滚动，超声波晶片7的移动方向与钢轨30平行。在进行钢轨探伤作业时，由探轮20的超声波晶片发出的超声波信号通常会在探轮模块20与钢轨30之间的接触面，钢轨30内的瑕疵面，以及钢轨30的下表面发生反射，探轮20的超声波晶片接收到超声波回波信号，可以通过压电效应进一步将声波信号转换为电信号，并传送给钢轨探伤检测系统10。钢轨探伤检测系统10则通过对超声波回波信号的时间间隔、大小进行分析，从而得到钢轨30存在伤损情况。现有钢轨探伤检测系统10通常由多达30余个独立超声波通道的超声波晶片组成，以便对钢轨30进行多角度多方位的立体探伤，并形成钢轨伤损图，为钢轨维修提供了现代化的检测手段。同时，现有钢轨探伤检测系统10的检测接口众多、检测功能繁多，迫切需要开发一套相应的仿真试验方法及其平台。目前，现有技术针对钢轨探伤检测系统10的检测，都是采用实物故障样本进行试验的方式。这种方式存在着诸多缺点，如:制造故障样本困难，样本数量有限，试验台建设工程量大，不能完全模拟机车运行环境等。目前，针对检测系统的验证方法需要围绕三个方面进行:—是现有技术采用单板计算机实现系统自诊断，主要验证系统板卡硬件，未对系统所有硬件(如外部接线等)进行验证，对系统检测软件更是一直缺乏有效的验证手段；二是现有技术采用实物(如伤损钢轨)模拟系统在线运行环境的方式，其显著缺点是故障钢轨样本有限，检测通道不全，无法实现高速工况下的验证，试验台成本极高；三是现有技术在钢轨探伤检测系统装车后再进行在线验证，极易受到客观环境的制约。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，克服现有技术对检测系统缺乏验证手段、试验成本高和易受环境制约的技术问题，采用信号仿真的方式模拟检测系统在伤损钢轨上在线运行时的测试信号，可以随时随地对检测系统工作性能进行验证。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种的技术实现方案，包括以下步骤:SlO: 通过仿真计算机采用故障特征点人工设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨；S20:通过所述仿真计算机设置机车速度信号，模拟机车运行，并根据机车运行位置对应的钢轨伤损图依次生成超声波回波参数数据，所述机车运行速度和超声波回波参数数据传输至信号发生/数据采集器；S30:所述信号发生/数据采集器接收所述仿真计算机输出的机车速度信号和超声波回波参数数据，通过机车速度信号端口向所述钢轨探伤检测系统输出所述机车速度信号；所述信号发生/数据采集器根据机车速度信号计算机车运行位置，依次提取超声波回波参数数据，当检测到所述钢轨探伤检测系统发来的超声波激励信号后，按超声波回波延时值要求返回超声波回波模拟信号。优选的，所述仿真试验方法还包括以下步骤:S40:所述钢轨探伤检测系统根据机车速度信号和超声波回波模拟信号生成检测伤损图，根据所述仿真计算机设置的钢轨伤损图与所述钢轨探伤检测系统生成的检测伤损图进行对比验证。优选的，所述超声波回波参数数据包括对应于所述故障特征点的超声波回波参数数据通道号、有无超声波回波及超声波回波延时值。优选的，所述步骤SlO进一步包括:根据超声波的反射方向定义所述故障特征点，每个故障特征点能被对应角度的超声波晶片检测到，所述超声波回波参数数据通道号对应的超声波晶片的超声波发射方向与相应的故障特征点的超声波反射方向相反。优选的，所述步骤S20中对应于所述钢轨中某一故障特征点有超声波回波的检测范围为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：通过仿真计算机(2)采用故障特征点(6)人工设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨(30)；S20：通过所述仿真计算机(2)设置机车速度信号，模拟机车运行，并根据机车运行位置对应的钢轨伤损图依次生成超声波回波参数数据，所述机车运行速度和超声波回波参数数据传输至信号发生/数据采集器(3)；S30：所述信号发生/数据采集器(3)接收所述仿真计算机(2)输出的机车速度信号和超声波回波参数数据，向钢轨探伤检测系统(10)输出所述机车速度信号；所述信号发生/数据采集器(3)根据机车速度信号计算机车运行位置，依次提取超声波回波参数数据，当检测到所述钢轨探伤检测系统(10)发来的超声波激励信号后，按超声波回波延时值要求返回超声波回波模拟信号。

【技术特征摘要】
1.一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，包括以下步骤: SlO:通过仿真计算机(2)采用故障特征点(6)人工设置钢轨伤损图，模拟故障的钢轨(30)； S20:通过所述仿真计算机(2)设置机车速度信号，模拟机车运行，并根据机车运行位置对应的钢轨伤损图依次生成超声波回波参数数据，所述机车运行速度和超声波回波参数数据传输至信号发生/数据采集器(3)； S30:所述信号发生/数据采集器(3)接收所述仿真计算机(2)输出的机车速度信号和超声波回波参数数据，向钢轨探伤检测系统(10)输出所述机车速度信号；所述信号发生/数据采集器(3)根据机车速度信号计算机车运行位置，依次提取超声波回波参数数据，当检测到所述钢轨探伤检测系统(10)发来的超声波激励信号后，按超声波回波延时值要求返回超声波回波模拟信号。2.根据权利要求1所述的一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，所述仿真试验方法还包括以下步骤: S40:所述钢轨探伤检测系统(10)根据机车速度信号和超声波回波模拟信号生成检测伤损图，根据所述仿真计算机(2)设置的钢轨伤损图与所述钢轨探伤检测系统(10)生成的检测伤损图进行对比验证。3.根据权利要求1或2所述的一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，所述超声波回波参数数据包括对应于所述故障特征点(6)的超声波回波参数数据通道号、有无超声波回波及超声波回波延时值。4.根据权利要求3所述的一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，所述步骤SlO进一步包括: 根据超声波的反射方向定义所述故障特征点(6)，每个故障特征点(6)能被对应角度的超声波晶片(7)检测到，所述超声波回波参数数据通道号对应的超声波晶片(7)的超声波发射方向与相应的故障特征点(6)的超声波反射方向相反。5.根据权利要求4所述的一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，所述步骤S20中对应于所述钢轨(30)中某一故障特征点(6)有超声波回波的检测范围为: 6.根据权利要求4或5所述的一种钢轨探伤仿真试验方法，其特征在于，所述步骤S20中超声波回波延时值T根据以下公式计算:2s = 2y/cosαT1 = 2s/vT = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨四清，谭勇，祝长春，李红梁，罗晓冬，魏方坤，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43