數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀的檢定方案進(jìn)行分析

1、數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀檢定方案分析包 磊1,曹青松2,劉志洋2( 1.南昌鐵路局技術(shù)監(jiān)督所,江西 南昌 330002; 2.華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江西 南昌 330013 摘要:依據(jù)EN12668-1:2004無(wú)損檢測(cè)超聲檢查設(shè)備的表征及驗(yàn)證儀器和TB/T23402012鋼軌超聲波探傷儀,對(duì)數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀的檢定方案進(jìn)行分析,重點(diǎn)剖析數(shù)字式鋼軌探傷儀的時(shí)基線(xiàn)性、數(shù)字采樣誤差和響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)的檢定方法,分別給出檢定這3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試曲線(xiàn)。為開(kāi)展新型探傷儀檢定儀的研制、檢定規(guī)程的制定以及數(shù)字探傷儀的現(xiàn)場(chǎng)檢定提供借鑒。關(guān)鍵詞:數(shù)字式超聲波探傷儀;鋼軌;校準(zhǔn);檢定規(guī)程Abstract :V

2、erificationschemefordigitalultrasonicflawdetectorofrailisanalyzedaccordingtoEN12668-1/A1:2004“Non-destructiveTestingCharacterizationandVerificationofUltrasonicExaminationEquipmentInstruments”andTB/T23402011“UltrasonicTestingDetectorofRail”.Theauthorsfocusontheverificationmethodsforthreeperformancein

3、dexeswhicharetimebaselinerity,digitisationsamplingerrorandresponsetimeofdigitalflawdetectorforrail.Schematicdiagramofcalibrationforthesethreeindexesareprovidedrespectively.Thispapermaybegivesreferencefordevelopingcalibratorfornewtypeofflawdetectorandformulatingofverificationregulation,andcalibration

4、ofdigitalflawdetectorattheworksite.Keywords :DigitalUltrasonicFlawDetector ;Rail ;Calibration ;VerificationRegulation 中圖分類(lèi)號(hào):U213.43-34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1006-9178(201409-0023-03收稿日期:2014-04-10作者簡(jiǎn)介:包磊,工程師0 引言超聲波探傷儀可以及早發(fā)現(xiàn)鋼軌的損傷情況,為消除鐵路運(yùn)行的安全隱患、保證鐵路正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。數(shù)字式探傷儀具有模擬式探傷儀無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),其利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能,對(duì)接收的回波信號(hào)先完成模數(shù)轉(zhuǎn)換,再執(zhí)行數(shù)

5、字化處理,實(shí)時(shí)顯示數(shù)字化的回波波形,同時(shí)具有記錄、存儲(chǔ)和計(jì)算分析能力。針對(duì)目前廣泛應(yīng)用的數(shù)字式鋼軌探傷儀的特點(diǎn)和特性,TB/T23402012鋼軌超聲波探傷儀提出新的數(shù)字式多通道鋼軌探傷儀和探頭的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)規(guī)則,特別增加了數(shù)字式超聲波探傷儀的檢定內(nèi)容。而目前實(shí)際工作中主要使用的TJB-93型鋼軌超聲波探傷儀檢定儀,僅滿(mǎn)足傳統(tǒng)的模擬信號(hào)鋼軌超聲探傷儀的檢定要求,新型檢定儀還有待進(jìn)一步研究與開(kāi)發(fā)。有必要結(jié)合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12668-1:2004無(wú)損檢測(cè)超聲檢查設(shè)備的表征及驗(yàn)證儀器和TB/T23402012鋼軌超聲波探傷儀,重點(diǎn)對(duì)數(shù)字式鋼軌探傷儀的時(shí)基線(xiàn)性、數(shù)字采樣誤差和響應(yīng)時(shí)間等檢定內(nèi)

6、容及檢定方案進(jìn)行分析。1 檢定系統(tǒng)總體方案EN12668-1:2004與TB/T23402012給定的數(shù)字式鋼軌探傷儀檢定系統(tǒng)主要包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、計(jì)數(shù)與測(cè)試模塊以及緩沖與保護(hù)模塊等。脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生時(shí)間與幅度可控、且可由外部輸入信號(hào)控制的測(cè)試信號(hào),主要由任意波形發(fā)生器或2個(gè)脈沖發(fā)生器組成;計(jì)數(shù)與測(cè)試模塊主要由100MHz 的數(shù)字示波器、定時(shí)計(jì)數(shù)器組成,測(cè)試探傷儀的脈沖信號(hào)與信號(hào)發(fā)生模塊的測(cè)試信號(hào),記錄脈沖發(fā)生時(shí)刻與次數(shù)、測(cè)試信號(hào)的時(shí)間與幅值等;緩沖及保護(hù)模塊主要由固定衰減器、可調(diào)衰減器以及終端緩沖器或保護(hù)電路組成,目的是為了匹配探傷儀脈沖發(fā)生模塊與信號(hào)發(fā)生器、示波器之間的電氣特性,探

7、傷儀接受模塊與信號(hào)發(fā)生器之間的電氣特性等,起到緩沖與保護(hù)作用。數(shù)字式鋼軌探傷儀檢定系統(tǒng)總體方案如圖1所示。鋼軌探傷儀的發(fā)射端發(fā)出脈沖經(jīng)固定衰減器2到信號(hào)發(fā)生器的接收端,由脈沖發(fā)生器9、選通RF閘門(mén)信號(hào)發(fā)生器7、定時(shí)器間隔13,產(chǎn)生與超聲探傷儀的發(fā)射脈沖同步的測(cè)試信號(hào)。通過(guò)示波器觀(guān)察發(fā)射脈沖與測(cè)試信號(hào),測(cè)試信號(hào)經(jīng)由可調(diào)RF衰減器5進(jìn)行信號(hào)幅值調(diào)節(jié),由終端緩沖器6實(shí)現(xiàn)與探傷儀輸入端的阻抗匹配,避免出現(xiàn)信號(hào)失真現(xiàn)象。通常情況下,對(duì)于脈沖發(fā)射部分,通過(guò)模擬觸發(fā)采集發(fā)射脈沖信號(hào),對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析;對(duì)于信號(hào)接收部分,將超聲波探傷儀置為一收一發(fā),發(fā)射信號(hào)經(jīng)衰減器后連接到信號(hào)發(fā)生器的同步端,信號(hào)發(fā)生器發(fā)

8、送指定的信號(hào)到超聲波探傷儀接收端,觀(guān)察超聲波探傷儀顯示屏上的變化,對(duì)超聲探傷儀接收部分進(jìn)行評(píng)定。2 檢定內(nèi)容及檢定方法2.1 時(shí)基線(xiàn)性誤差時(shí)基線(xiàn)性誤差測(cè)試是對(duì)探傷儀屏幕的時(shí)基線(xiàn)性與已校準(zhǔn)的計(jì)數(shù)定時(shí)器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。數(shù)字探傷儀時(shí)基線(xiàn)性誤差測(cè)試曲線(xiàn),如圖2所示。檢定時(shí)基線(xiàn)性誤差時(shí),按圖1所示連接測(cè)試設(shè)備和探傷儀,調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生1個(gè)單周期的正弦波,使其頻率為探傷儀的中心頻率f0。依次將探傷儀的時(shí)基線(xiàn)范圍設(shè)置在最小、最大和中間值,在每種設(shè)置上調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲、探傷儀的增益或衰減控制器和已校準(zhǔn)的外部衰減器,使探傷儀的時(shí)基線(xiàn)中間位置上顯示1個(gè)幅度至少為全屏幅度80%的回波信號(hào)。以不大于屏寬5%的增量改變

9、觸發(fā)延遲,記錄每個(gè)延遲值T(計(jì)數(shù)定時(shí)器測(cè)得和探傷儀屏幕上顯示的回波前沿相應(yīng)位置L。繪制探傷儀屏幕顯示回波前沿位置對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)定時(shí)器所測(cè)得延遲值的曲線(xiàn)圖,繪制或計(jì)算與測(cè)量值最吻合的曲線(xiàn),并計(jì)算每次測(cè)量誤差。2.2 數(shù)字采樣誤差檢定檢定數(shù)字采樣誤差時(shí),將探傷儀設(shè)置為雙探頭工作模式(發(fā)射器和接收器分開(kāi),利用圖1所示測(cè)試裝置,產(chǎn)生1個(gè)與探傷儀發(fā)射脈沖同步的測(cè)試脈沖送到信號(hào)發(fā)生器。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器,使其輸出1個(gè)單周期的正弦波信號(hào),其幅度為全屏幅度的80%,將信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)到探傷儀頻帶的上限截止頻率f u,測(cè)試信號(hào)的延遲T調(diào)至T0(T0大于發(fā)射脈沖后盲區(qū)。利用可變時(shí)間延長(zhǎng),以小增量T=1/10f u 增加延

10、遲時(shí)間T。每次增加T,記錄探傷儀屏幕上顯示的回波信號(hào)幅度A,繼續(xù)增加延遲時(shí)間,并測(cè)量回波信號(hào)幅度,直至完成30次測(cè)量為止。30次測(cè)量的最大與最小值之差即為數(shù)字采樣誤差。本項(xiàng)測(cè)試應(yīng)對(duì)每個(gè)頻帶進(jìn)行測(cè)試,如果探傷儀具有DAC功能,則DAC功能應(yīng)關(guān)閉。對(duì)于影響數(shù)字采樣誤差的每種設(shè)置,如時(shí)基線(xiàn)范圍和脈沖重復(fù)頻率,應(yīng)重復(fù)進(jìn)行本項(xiàng)測(cè)試。數(shù)字探傷儀數(shù)字采樣誤差的測(cè)試曲線(xiàn),如圖3所示。2.3 響應(yīng)時(shí)間的檢定檢定響應(yīng)時(shí)間時(shí),利用圖1的裝置產(chǎn)生1個(gè)與探傷儀發(fā)射脈沖同步的單周期正弦波測(cè)試脈沖,送到信號(hào)發(fā)生器,將信號(hào)發(fā)生器的頻(下轉(zhuǎn)第30頁(yè) 數(shù)字探傷儀時(shí)基線(xiàn)性誤差測(cè)試曲線(xiàn)1 TxTx輸出波形脈沖發(fā)生器信號(hào)探傷儀屏幕顯示

11、Rx2346 9710111213+14151617383520dB30dB參考文獻(xiàn)1 劉鵬 .青藏客車(chē)電力連接器冷凝水問(wèn)題分析及改進(jìn)建議 J .鐵道車(chē)輛,2013(11: 24-26.2 孫景鵬 .淺談青藏鐵路客車(chē)電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題J .鐵道車(chē)輛, 2003(12:28-30.(編輯李樹(shù)坤 車(chē)號(hào)改造前后一路干線(xiàn)絕緣值(北/M二路干線(xiàn)絕緣值(南/M空氣濕度/ 車(chē)組號(hào)改造前后一路干線(xiàn)絕緣值(北/M二路干線(xiàn)絕緣值(南/M空氣濕度/正對(duì)地負(fù)對(duì)地正對(duì)地負(fù)對(duì)地表1 單車(chē)干線(xiàn)絕緣值對(duì)比表2 全列干線(xiàn)絕緣值對(duì)比全列干線(xiàn)絕緣值對(duì)比見(jiàn)表2。表2和表3顯示,結(jié)合青藏客車(chē)A4級(jí)檢修,所設(shè)計(jì)的綜合整改措施,可消除電力連接器

12、處產(chǎn)生冷凝水現(xiàn)象,使干線(xiàn)絕緣性能滿(mǎn)足要求,保障車(chē)輛運(yùn)行安全。率調(diào)到探傷儀頻帶的上限截止頻率f u 。將探傷儀的增益調(diào)至其增益范圍的中間值,保證探傷儀屏幕能顯示1個(gè)幅度為全屏幅度80的回波信號(hào)。記錄下探傷儀第1個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻t 0,注意探傷儀屏幕上有1個(gè)完整的全屏幅度80的回波信號(hào)的時(shí)刻,記錄此時(shí)刻后的探傷儀又一個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻t 1,t 1-t 0即為數(shù)字探傷儀的響應(yīng)時(shí)間t r ?；蛘哂糜?jì)數(shù)器記錄t 0到t 1時(shí)刻內(nèi)的探傷儀的發(fā)射脈沖數(shù)。對(duì)于影響探傷儀響應(yīng)時(shí)間的每種設(shè)置,如時(shí)基線(xiàn)范圍或脈沖重復(fù)頻率,重復(fù)本項(xiàng)測(cè)試。數(shù)字探傷儀數(shù)字響應(yīng)時(shí)間測(cè)試曲線(xiàn),如圖4所示。3 結(jié)語(yǔ)在分析EN12668-1:2

13、004和TB/T23402012的基礎(chǔ)上,得到檢定數(shù)字鋼軌探傷儀時(shí)基線(xiàn)性、數(shù)字采樣誤差和響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)的測(cè)試曲線(xiàn),可為現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字探傷儀的檢定工作提供參考。伴隨著數(shù)字式智能化探傷儀的廣泛使用,加快新型鋼軌探傷儀的研制和新型鋼軌探傷儀檢定儀標(biāo)準(zhǔn)的制定,進(jìn)一步規(guī)范新型鋼軌探傷儀的研發(fā)、生產(chǎn)、使用及維護(hù)勢(shì)在必行。集成式智能化鋼軌探傷儀檢定儀的研制可能是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1 王鐵楠,劉杰.超聲波探傷儀在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用J .現(xiàn)代機(jī)械,2007(4:11-13.2 左榮森.做好鋼軌探傷儀計(jì)量檢定工作J .鐵道技術(shù)監(jiān)督, 2004(11:32-34.3 蔡志龍,羅映明.TJB-93 型鋼軌探傷儀檢定儀及其應(yīng)用J . 鐵道技術(shù)監(jiān)督,1995(6:33-34.4 EN 12668-1/A1:2004 Non-destructive testing-Characterization