基于虚拟仪器的铁轨损伤检测系统

　1 引言

　　在铁路的现代化建设中，铁路的安全是首先需要解决的问题。随着铁路建设的发展，以往靠巡道工进行铁轨检测的方式在许多新建的铁路线上，因站点间的距离太长而无法实施。另外，火车的大幅度提速也给巡道工造成更大的危险。现状迫切需要实施铁轨状态的自动化检测，以代替以往的人工检测。由于人工对铁轨进行探伤的危险性大、效率低，并且有可能出现误检。因此，本 National Instruments公司的虚拟仪器开发平台LabVIEW，设计了一个基于LabVIEW的铁轨损伤检测系统，以实现人工探伤向自动化探伤的转变。

　　2 检测系统原理

　　本系统主要采用漏磁场检测法，其基本原理是利用励磁磁场和缺陷相互作用产生的漏磁现象来检测铁轨表面的裂纹或损伤。实验证明,在交变 磁场的作用下，在役铁磁性工件的缺陷和夹杂部位,会产生磁畴归一现象， 并在其上出现漏磁场。当铁质材料磁化至深度饱和时，在缺陷位置或内应 力相对集中的地方，金属导磁率最小,磁导率的降低，使磁阻将增加并产 生磁场畸变。采用磁敏检测探头检测这一漏磁场可获得反映裂纹或损伤状 况的特征信息，通过对裂纹漏磁场特征信息即裂纹或损伤检测信号峰值之 间的定量分析，便可获得裂纹或损伤大小及位置等信息。

　　3 系统组成

　　定量检测系统主要由探伤传感器、预处理电路、数据采集卡和PC 计 算机等组成

其中探伤传感器采用西安现代非线性科学应用研究所研制开发NDWL 电涡流传感器以取得裂纹或损伤缺陷信号，这种传感器在供电要求为AC 5V 4KHz,使用温度范围为-40CO 到+50CO,在正常情况下，输出为零，如遇 有金属材料裂纹或表面损伤，可输出3～10mv 的交流信号。

　　预处理电路由滤波器、信号放大器等组成，用于对探伤传感器输出 信号的调理。 数据采集卡采用凌华推出高速高精度海量储存数据采集卡PCI－ 9820，凌华PCI-9820 卡是一块高速、高分辨率、高容量的PCI 数据采集 卡，配备两组模拟输入端，具备同步采集的功能。当两组模拟输入同时使 用时，采样频率最高可达65 MS/s，而当采集一组模拟输入，采样频率最 高可达 130 MS/s，并且具备14 bits 的分辨率。同时凌华数据采集卡提 供了全新 Labview 驱动程序PCIS-LVIEW PnP。三部分与计算机硬件连接 如图1 虚线内所示。

　　数据传输总线使用通讯转换卡RS-485，RS-485 具有抗干扰能力强、 传输距离远、传输速度快等优点。RS485 能实现电平隔离，隔离电压为 1000V。通讯波特率300bps-2Mbps。

　　由于探伤传感器输出的信号强度较弱，而且常伴有干扰信号，所以在 预处理电路中对此信号需要进行滤波、放大等处理，使之达到A/D 转换器 输入电平的幅度要求。处理过的信号经数据采集卡进行A/D 转换，将模拟 信号转换成数字信号送入计算机中进行分析处理。

　　4 软件设计

　　4.1 软件开发平台

　　软件设计采用美国NI 公司的LabVIEW 软件开发平台，LabVIEW 是美国 国家仪器（NI）公司开发的一种基于图形程序的虚拟仪表编程语言，其在 测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获 得了广泛的应用。LabVIEW 程序称为虚拟仪器程序（简称VI），主要包括 两部分：前面板（即人机界面）和方框图程序。前面板用于模拟真实仪器 的面板操作，可设置输入数值、观察输出值以及实现图表、文本等显示。

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