一种钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法与流程

本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是涉及一种应用于钢轨探伤车的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法。

背景技术：

大型超声波钢轨探伤车是用于检测钢轨内部伤损的常用检测工具，大型轮式钢轨探伤车基于超声反射原理，利用高压激励脉冲激发超声波探轮晶片，产生的超声信号经过探轮液、轮膜、耦合液层入射至钢轨，不同角度的超声晶片可探测的钢轨区域不同，如附图1所示。超声信号在钢轨内传播，遇到伤损或者轨底则返回，返回的超声回波信号经过数字信号处理形成伤损图形信息。其中，钢轨探伤检测系统100的检测软件在钢轨检测时需要进行大量的参数调节和设置，而目前检测参数的设置很大程度上依赖于操作手个人的经验判断。

超声波传播过的路程通常与时间成正比，据此测量超声波回波信号在钢轨中的传播时间，从而确定回波的位置。在单个周期中，超声回波信号总在固定时域区域出现，该固定时域区域与一次回波声长对应或与特定探伤区域对应。该固定时域区域的长度即对应钢轨可探测区间，可在探伤车上位机软件上进行设定，但这只是一个时域长度，具有丰富经验的操作手经过算术运算能大体估计超声在钢轨中覆盖的区域，但无法准确地评估固定时域区域对应的钢轨可探测区间。同时，超声晶片有八种入射角度，国内的钢轨也包括多种轨型。

因此，目前的钢轨探伤分析处理系统还存在以下缺点：

（1）在钢轨探伤作业时无法准确评估固定时域区域对应的钢轨可探测区间（通常需要精确到mm）；

（2）以偏斜角前向70度晶片超声入射为例，在作业过程中，由于车辆的晃动、曲线等原因，导致探轮中轴线不一定始终保持在钢轨的正中心，入射点不一样，其在轨颚部位的反射位置就不一样，二次波探测区间也不一样，如果没有直观的反映，对钢轨伤损图形的判别可能存在误判；

（3）不同轨型的钢轨高度和踏面尺寸不一样，固定时域区域范围不一样，在切换不同轨型后操作手容易搞混淆，从而导致参数设置错误的情况发生。

由于操作手很难在很短的时间内量化超声对应的区域，因此急需一种操作简单直观的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法来帮助检测人员进行闸门参数设置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法，以解决现有参数设置方式过于依赖操作手的经验，参数设置不直观（甚至不合理），不利于探伤检测系统检出钢轨特定部位特定伤损的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法的技术实现方案，一种钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法，包括以下步骤：

s10）通过上位机的闸门参数设置模块调整超声回波信号的闸门延迟及宽度参数值，以调节对应钢轨中的可探测区域；

s20）所述闸门延迟及宽度参数值下载至实时控制单元，超声回波信号经模数转换后变换成回波数字信号后输入至数字信号处理单元；由所述实时控制单元控制所述数字信号处理单元调整回波数字信号的闸门延迟及宽度，经过闸门延迟及宽度调整处理后的回波数字信号经数模转换后变换成模拟的a型显示信号，并通过a型显示单元进行波形同步显示。

优选的，所述方法还包括b型显示过程，该过程包括以下步骤：

所述数字信号处理单元对所述回波数字信号进行处理后输出至所述上位机，所述上位机根据经过处理的回波数字信号中回波脉冲的时间量信息重构伤损图形信号，并将所述伤损图形信号发送至b型显示单元进行显示。

优选的，所述上位机根据触发信号上升沿与所述回波数字信号中的回波脉冲上升沿的时间差、通道号，以及是否有底波信号在所述b型显示单元上重构伤损图形。

优选的，所述闸门参数设置模块用于调整所述超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数值。

优选的，所述步骤s10进一步包括以下过程：

s101）通过所述闸门参数设置模块选择钢轨的轨型，对应通道的超声晶片，以及监视闸门和轨底闸门；通过所述闸门参数设置模块设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数，同时查看闸门宽度对应的超声信号可探测钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数；或通过所述闸门参数设置模块设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数，同时查看闸门宽度对应的钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数；

s102）在进行检测作业的同时对照所述a型显示单元、b型显示单元查看显示效果；如果显示满足要求，则继续选择其它的对应通道进行参数设置，如果显示不满足要求，则继续选择对应的通道重新进行参数设置。

优选的，所述闸门参数设置模块包括钢轨类型切换单元、入射点横向位置调节单元、超声晶片选择及闸门参数设置单元和钢轨横截面显示单元。所述步骤s101进一步包括以下过程：

s1011）通过钢轨类型切换单元切换钢轨的轨型，不同的轨型对应不同的钢轨横截面尺寸；

s1012）通过入射点横向位置调节单元选择不同的钢轨踏面入射点；

s1013）通过超声晶片选择及闸门参数设置单元选择不同通道的超声晶片，以及设置超声晶片对应的闸门延迟及宽度参数；

s1014）通过钢轨横截面显示单元将对应通道超声回波信号的闸门延迟及宽度参数对应的时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值在钢轨横截面图形中显示。

优选的，所述钢轨横截面显示单元将对应通道超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数对应时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值在钢轨横截面图形中以不同颜色或线型进行显示，同时对应的深度值在所述超声晶片选择及闸门参数设置单元中显示。

优选的，所述钢轨类型切换单元可切换的钢轨轨型包括50kg/m、60kg/m和75kg/m三种类型。

通过实施上述本发明提供的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法的技术方案，具有如下有益效果：

（1）本发明能够使参数设置更直观、更合理，减少对操作手经验的依赖，能够准确评估固定时域区域对应的钢轨可探测区间（精确到mm），对固定时域区域对应的钢轨可探测区间显示直观、明了，有利于钢轨探伤检测系统检出钢轨特定部位的特定伤损；

（2）本发明能够避免车辆晃动、曲线等原因，导致探轮中轴线不会始终保持在钢轨正中心，导致探测区间变化，对钢轨伤损图形的判别造成误判的问题；

（3）本发明实现了大型探伤车钢轨超声探伤参数设置的可视化，涵盖了探伤车所有超声换能器激发的超声通道以及不同的轨型，使超声作业参数设置目的性明确，可以大大提升操作手的钢轨探伤作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是现有技术大型超声波钢轨探伤车的结构组成及探伤原理示意图；

图2是本发明钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法b型显示界面示意图；

图3是本发明钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法0度通道超声晶片的a型显示及触发信号波形示意图；

图4是本发明方法所基于的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示系统一种具体实施例的系统结构框图；

图5是本发明钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法一种具体实施例中闸门参数设置界面示意图；

图6是钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法一种具体实施例闸门参数设置过程的程序流程图；

图中：1-数字信号处理单元，2-实时控制单元，3-闸门参数设置模块，4-上位机，5-a型显示单元，6-b型显示单元，7-数模转换单元，8-模数转换单元，9-超声激励产生电路，10-传感器，11-超声激励接收电路，12-信号调理电路，31-钢轨类型切换单元，32-入射点横向位置调节单元，33-超声晶片选择及闸门参数设置单元，34-钢轨横截面显示单元，100-钢轨探伤检测系统。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

探轮：一种轮式结构体，轴中心架装有几种不同检测角度的超声晶片，轮胎外膜内充满耦合液，当机车运行时，探轮沿钢轨滚动，检测晶片移动方向与钢轨平行；

a型显示：是通过示波器显示模拟超声波信号的一种显示方式；

b型显示：是通过图像直观地显示钢轨内部超声波反射点信息的一种显示方式。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图2至附图6所示，给出了本发明钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图4所示，一种本发明方法所基于的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示系统的具体实施例，包括：数字信号处理单元1、实时控制单元2、闸门参数设置模块3、上位机4、a型显示单元5、数模转换单元7和模数转换单元8。

超声回波信号经模数转换单元8转换成回波数字信号后输入至数字信号处理单元1。

上位机4设置有闸门参数设置模块3，通过闸门参数设置模块3调整超声回波信号的闸门延迟及宽度参数值，以调节对应钢轨中的可探测区域。

闸门延迟及宽度参数值下载至实时控制单元2，由实时控制单元2通过总线控制数字信号处理单元1调整回波数字信号的闸门延迟及宽度，经过闸门延迟及宽度调整处理后的回波数字信号经数模转换单元7转换成模拟的a型显示信号，并通过a型显示单元5进行波形显示。

钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法还包括b型显示单元6，数字信号处理单元1对回波数字信号进行处理后输出至上位机4，上位机4根据经过处理的回波数字信号中回波脉冲的时间量信息重构伤损图形信号，并将伤损图形信号发送至b型显示单元6进行显示，如附图2所示。上位机4根据触发信号上升沿与回波数字信号中的回波脉冲上升沿的时间差、通道号，以及是否有底波信号在b型显示单元6上重构伤损图形。

如附图3中上半部分波形所示，以入射角度为0度通道的超声晶片为例，一种典型的a型显示波信号包括超声激励信号b、界面波闸门c、监视闸门e和轨底闸门f，其中在监视闸门e中可能接收到一个超声回波信号d。如附图3中下半部分所示，为触发信号a的波形，触发信号a的下降沿与超声激励信号b的上升沿间隔时间t。通过引入闸门，只有位于闸门区间内的超声回波信号才被采集，而该闸门区间与一次超声回波的声长对应或与特定的钢轨探伤区域对应，钢轨可探测的深度为超声信号在钢轨中的传播速度和传播时间的乘积，从而能够最大限度地减小时域内非有效区域引入的噪声影响。闸门的延迟和宽度参数则对应钢轨的可探测区间，可通过探伤车上位机4的闸门参数设置模块3进行设定。

超声信号在钢轨内传播，遇到钢轨界面、伤损或者轨底则返回，返回的超声回波信号经过数字信号处理单元1处理后形成b型显示和a型显示信号，通过a型显示单元5和b型显示单元6两个显示界面的图形化特征进行钢轨伤损的判定。

如附图5所示，闸门参数设置模块3进一步包括：

钢轨类型切换单元31，用于切换钢轨的轨型，不同的轨型对应不同的钢轨横截面尺寸，钢轨类型切换单元31可切换的钢轨轨型包括50kg/m、60kg/m和75kg/m三种类型，可直观进行钢轨轨型的切换，以便于在相应轨型下设置闸门参数并进行评估；

入射点横向位置调节单元32，用于选择不同的钢轨踏面入射点，比如设置入射点横向位置调节值为0.0mm，则表示此时超声信号入射点为钢轨踏面的正中心；

超声晶片选择及闸门参数设置单元33，用于选择不同通道的超声晶片，以及设置超声晶片对应的闸门延迟及宽度参数；

钢轨横截面显示单元34，用于将对应通道超声回波信号的闸门延迟及宽度参数对应的时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值在钢轨横截面图形中显示。

钢轨横截面显示单元34将对应通道超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数对应时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值（以mm为单位）在钢轨横截面图形中以不同颜色或线型进行显示，同时对应的深度值在超声晶片选择及闸门参数设置单元33中显示。相应的参数值设置后能通过不同的颜色或线型在钢轨横截面上标注相应闸门对应的钢轨可探测区间，例如附图5中线段g所示为监视闸门对应的钢轨可探测区间，如线段h所示为轨底闸门对应的钢轨可探测区间，可以帮助钢轨探伤作业人员设置和验证钢轨探测的闸门参数。同时，本发明具体实施例描述的技术方案能直观反映不同角度的超声晶片在钢轨的不同位置入射时，超声声束在钢轨中的具体传播路径及长度。闸门参数设置模块3的上部还设置有标题版本栏，闸门参数设置模块3的下部设置有说明栏。

闸门参数设置模块3用于调整超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数值，其设置步骤具体如附图6所示。当检测作业开始，钢轨探伤检测系统100开启，通过闸门参数设置模块3的钢轨类型切换单元31选择钢轨的轨型，通过超声晶片选择及闸门参数设置单元33选择对应通道的超声晶片，以及监视闸门和轨底闸门。设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数，同时在钢轨横截面显示单元34中查看闸门宽度对应的超声信号可探测钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数。设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数，同时钢轨横截面显示单元34中查看闸门宽度对应的钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数。在检测作业的同时对照a型显示单元5、b型显示单元6查看显示效果。如果显示满足要求，则继续选择其它的对应通道进行参数设置，如果显示不满足要求，则继续选择对应的通道重新进行参数设置。闸门参数设置也可以在检测作业开始前进行。闸门参数设置一般伴随钢轨探伤检测作业进行，在钢轨检测作业之前或作业中先根据钢轨的轨型设置监视闸门和轨底闸门的宽度及延迟参数，评估其检测区间，按照评估后的参数修改钢轨探伤检测系统100中钢轨探伤检测软件中的监视闸门和轨底闸门的宽度及延迟参数，然后再根据超声回波信号在闸门中的位置、闸门内是不是包含明显的噪声，以及噪声的具体情况等判断参数设置的合理性，不合理即重新进行评估和参数设置。

一种钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法的具体实施例，包括以下步骤：

s10）通过上位机4的闸门参数设置模块3调整超声回波信号的闸门延迟及宽度参数值，以调节对应钢轨中的可探测区域；

s20）闸门延迟及宽度参数值下载至实时控制单元2，超声回波信号经模数转换后变换成回波数字信号后输入至数字信号处理单元1；由实时控制单元2控制数字信号处理单元1调整回波数字信号的闸门延迟及宽度，经过闸门延迟及宽度调整处理后的回波数字信号经数模转换后变换成模拟的a型显示信号，并通过a型显示单元5进行波形同步显示。

钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法还包括b型显示过程，该过程包括以下步骤：

数字信号处理单元1对回波数字信号进行处理后输出至上位机4，上位机4根据经过处理的回波数字信号中回波脉冲的时间量信息重构伤损图形信号，并将伤损图形信号发送至b型显示单元6进行显示。上位机4根据触发信号上升沿与回波数字信号中的回波脉冲上升沿的时间差、通道号，以及是否有底波信号在b型显示单元6上重构伤损图形。闸门参数设置模块3用于调整所述超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数值。

步骤s10进一步包括以下过程：

s101）通过闸门参数设置模块3选择钢轨的轨型，对应通道的超声晶片，以及监视闸门和轨底闸门；通过闸门参数设置模块3设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数，同时查看闸门宽度对应的超声信号可探测钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的延迟参数；或通过闸门参数设置模块3设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数，同时查看闸门宽度对应的钢轨深度，如果满足要求则修改对应通道的参数，如果不满足则继续设置监视闸门和轨底闸门的宽度参数；

s102）在进行检测作业的同时对照a型显示单元5、b型显示单元6查看显示效果；如果显示满足要求，则继续选择其它的对应通道进行参数设置，如果显示不满足要求，则继续选择对应的通道重新进行参数设置。

步骤s101进一步包括以下过程：

s1011）通过钢轨类型切换单元31切换钢轨的轨型，不同的轨型对应不同的钢轨横截面尺寸；钢轨类型切换单元31可切换的钢轨轨型包括50kg/m、60kg/m和75kg/m三种类型；

s1012）通过入射点横向位置调节单元32选择不同的钢轨踏面入射点；

s1013）通过超声晶片选择及闸门参数设置单元33选择不同通道的超声晶片，以及设置超声晶片对应的闸门延迟及宽度参数；

s1014）通过钢轨横截面显示单元34将对应通道超声回波信号的闸门延迟及宽度参数对应的时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值在钢轨横截面图形中显示。钢轨横截面显示单元34将对应通道超声回波信号的监视闸门和轨底闸门延迟及宽度参数对应时间量信息转换为超声信号在钢轨中可探测的深度值在钢轨横截面图形中以不同颜色或线型进行显示，同时对应的深度值在所述超声晶片选择及闸门参数设置单元33中显示。

本发明具体实施例描述的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法中的闸门参数设置模块3可以在原有的钢轨探伤检测系统100主检测软件中嵌入，也可以单独设置和使用。系统作业人员根据示波器（a型显示单元5）上的a型显示波形，结合上位机4的闸门参数设置模块3中的闸门延迟及宽度参数，评估闸门参数设置模块3中闸门延迟及宽度参数对应的钢轨可探测区域，调整并修改闸门延迟及宽度参数值，该值自动下载到实时控制单元2中，实时控制单元2通过总线控制数字信号处理单元1调整闸门的宽度及延迟，相应的示波器a型显示波形根据调整值显示修改后的a型显示波形，从而完成整个闸门参数调整的闭环。通过本发明具体实施例描述的技术方案，实现了钢轨探伤作业超声参数设置界面的可视化，包括数字化钢轨截面、轨型切换、入射点横向偏移设置、超声回波信号闸门等参数项，可以直观地显示闸门参数对应的钢轨可探测区间。同时，实现了钢轨截面数字化并在钢轨超声探伤检测时将相应轨型和超声入射点、闸门、超声主声束传播路径对应图形化、可视化，为钢轨探伤车用户提供了一个判断参数设置是否合理的科学工具。

通过实施本发明具体实施例描述的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

（1）本发明具体实施例描述的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法能够使参数设置更直观、更合理，减少对操作手经验的依赖，能够准确评估固定时域区域对应的钢轨可探测区间（精确到mm），对固定时域区域对应的钢轨可探测区间显示直观、明了，有利于钢轨探伤检测系统检出钢轨特定部位的特定伤损；

（2）本发明具体实施例描述的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法能够避免车辆晃动、曲线等原因，导致探轮中轴线不会始终保持在钢轨正中心，导致探测区间变化，对钢轨伤损图形的判别造成误判的问题；

（3）本发明具体实施例描述的钢轨探伤闸门参数设置和同步显示方法实现了大型探伤车钢轨超声探伤参数设置的可视化，涵盖了探伤车所有超声换能器激发的超声通道以及不同的轨型，使超声作业参数设置目的性明确，可以大大提升操作手的钢轨探伤作业效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。