基于超声导波的钢轨裂纹检测系统设计
发布时间：2023-08-07 17:28
钢轨是轨道结构的重要部件,直接承受机车、车辆荷载的作用。在使用过程中,钢轨由于长期暴露于恶劣的环境中,加之内部应力及冲击荷载等多种因素的综合作用,将不可避免地产生裂纹。如果产生的裂纹未能及时处理,任其扩展势必导致钢轨的断裂,从而极大地增加列车脱轨等安全事故的发生概率。现阶段铁路上广泛使用基于超声波检测技术的钢轨探伤车,存在着占用天窗长,无法实时监测等问题,亟待改善。为提高钢轨裂纹的检测效率和实现检测的实时性,论文设计了一套能够实现在线检测钢轨裂纹的检测系统。论文首先分析了钢轨裂纹的产生原因以及常见的钢轨裂纹形式,将钢轨裂纹按分布位置分为轨头裂纹、轨腰裂纹以及轨底裂纹。综合对比了现阶段国内外对钢轨裂纹的检测方法后,选取超声导波检测技术为基本研究方法。基于超声导波的基础理论,针对不同位置的裂纹选取相应的激励位置,分别确定了汉宁窗调制的正弦波为激励信号和35kHz为最佳激励频率。通过对轨头、轨腰以及轨底裂纹三维有限元模型进行仿真实验,证实了所选激励信号的正确性,选取了三种适用于轨头、轨腰以及轨底裂纹检测的导波模态。利用通用设备所组成的检测装置在实验室对钢轨进行裂纹的检测实验,实现了对钢轨各位...
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 选题背景及意义
1.1.1 常见的钢轨裂纹
1.1.2 钢轨裂纹的分类
1.2 国内外研究现状
1.2.1 漏磁检测技术
1.2.2 涡流检测技术
1.2.3 机器视觉检测技术
1.2.4 超声检测技术
1.2.5 超声导波检测技术
1.3 论文的研究内容及章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
2 钢轨裂纹检测系统的原理与方案设计
2.1 超声导波检测的基础理论
2.1.1 超声导波的概念
2.1.2 群速度和相速度
2.1.3 频散曲线
2.2 超声导波检测的原理与参数选取
2.2.1 激励波形的选取
2.2.2 激励频率的选取
2.2.3 激励位置的选取
2.3 基于有限元分析的仿真验证
2.3.1 前处理过程
2.3.2 求解过程
2.3.3 后处理过程
2.4 钢轨的裂纹检测实验
2.4.1 轨头裂纹检测
2.4.2 轨腰裂纹检测
2.4.3 轨底裂纹检测
2.5 钢轨裂纹检测系统方案设计
2.6 本章小结
3 钢轨裂纹检测系统的硬件设计
3.1 发射电路设计
3.1.1 信号发生电路
3.1.2 D/A转换电路
3.1.3 差分放大电路
3.1.4 低通滤波电路
3.1.5 功率放大电路
3.2 接收电路设计
3.2.1 前置放大电路
3.2.2 带通滤波电路
3.2.3 A/D差分电路
3.2.4 A/D转换电路
3.2.5 数据缓冲电路
3.3 FPGA及其外围电路设计
3.3.1 FPGA芯片的选型
3.3.2 外围电路设计
3.4 STM32及其外围电路设计
3.4.1 STM32芯片的选型
3.4.2 外围电路设计
3.5 本章小结
4 钢轨裂纹检测系统的软件设计
4.1 FPGA程序设计
4.1.1 DDS模块
4.1.2 FIFO模块
4.1.3 PLL模块
4.2 STM32程序设计
4.2.1 操作系统的选择
4.2.2 LCD驱动程序
4.2.3 存储程序
4.2.4 通讯程序
4.3 本章小结
5 钢轨裂纹检测系统的测试与实验
5.1 发射和接收功能的测试
5.1.1 发射功能的测试
5.1.2 接收功能的测试
5.2 钢轨的裂纹检测实验
5.2.1 轨头裂纹检测
5.2.2 轨腰裂纹检测
5.2.3 轨底裂纹检测
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来展望
参考文献
附录A FPGA顶层原理图
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3840045
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 选题背景及意义
1.1.1 常见的钢轨裂纹
1.1.2 钢轨裂纹的分类
1.2 国内外研究现状
1.2.1 漏磁检测技术
1.2.2 涡流检测技术
1.2.3 机器视觉检测技术
1.2.4 超声检测技术
1.2.5 超声导波检测技术
1.3 论文的研究内容及章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
2 钢轨裂纹检测系统的原理与方案设计
2.1 超声导波检测的基础理论
2.1.1 超声导波的概念
2.1.2 群速度和相速度
2.1.3 频散曲线
2.2 超声导波检测的原理与参数选取
2.2.1 激励波形的选取
2.2.2 激励频率的选取
2.2.3 激励位置的选取
2.3 基于有限元分析的仿真验证
2.3.1 前处理过程
2.3.2 求解过程
2.3.3 后处理过程
2.4 钢轨的裂纹检测实验
2.4.1 轨头裂纹检测
2.4.2 轨腰裂纹检测
2.4.3 轨底裂纹检测
2.5 钢轨裂纹检测系统方案设计
2.6 本章小结
3 钢轨裂纹检测系统的硬件设计
3.1 发射电路设计
3.1.1 信号发生电路
3.1.2 D/A转换电路
3.1.3 差分放大电路
3.1.4 低通滤波电路
3.1.5 功率放大电路
3.2 接收电路设计
3.2.1 前置放大电路
3.2.2 带通滤波电路
3.2.3 A/D差分电路
3.2.4 A/D转换电路
3.2.5 数据缓冲电路
3.3 FPGA及其外围电路设计
3.3.1 FPGA芯片的选型
3.3.2 外围电路设计
3.4 STM32及其外围电路设计
3.4.1 STM32芯片的选型
3.4.2 外围电路设计
3.5 本章小结
4 钢轨裂纹检测系统的软件设计
4.1 FPGA程序设计
4.1.1 DDS模块
4.1.2 FIFO模块
4.1.3 PLL模块
4.2 STM32程序设计
4.2.1 操作系统的选择
4.2.2 LCD驱动程序
4.2.3 存储程序
4.2.4 通讯程序
4.3 本章小结
5 钢轨裂纹检测系统的测试与实验
5.1 发射和接收功能的测试
5.1.1 发射功能的测试
5.1.2 接收功能的测试
5.2 钢轨的裂纹检测实验
5.2.1 轨头裂纹检测
5.2.2 轨腰裂纹检测
5.2.3 轨底裂纹检测
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来展望
参考文献
附录A FPGA顶层原理图
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3840045
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3840045.html
