数字式超声波钢轨探伤仪的检定方案进行分析

1、数字式超声波钢轨探伤仪检定方案分析包 磊1,曹青松2,刘志洋2( 1.南昌铁路局技术监督所,江西 南昌 330002; 2.华东交通大学机电工程学院,江西 南昌 330013 摘要:依据EN12668-1:2004无损检测超声检查设备的表征及验证仪器和TB/T23402012钢轨超声波探伤仪,对数字式超声波钢轨探伤仪的检定方案进行分析,重点剖析数字式钢轨探伤仪的时基线性、数字采样误差和响应时间等性能指标的检定方法,分别给出检定这3项指标的测试曲线。为开展新型探伤仪检定仪的研制、检定规程的制定以及数字探伤仪的现场检定提供借鉴。关键词:数字式超声波探伤仪;钢轨;校准;检定规程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 中图分类号:U213.43-34文献标识码:B文章编号:1006-9178(201409-0023-03收稿日期:2014-04-10作者简介:包磊,工程师0 引言超声波探伤仪可以及早发现钢轨的损伤情况,为消除铁路运行的安全隐患、保证铁路正常运行奠定基础。数字式探伤仪具有模拟式探伤仪无法比拟的优点,其利用计算机系统的功能,对接收的回波信号先完成模数转换,再执行数

5、字化处理,实时显示数字化的回波波形,同时具有记录、存储和计算分析能力。针对目前广泛应用的数字式钢轨探伤仪的特点和特性,TB/T23402012钢轨超声波探伤仪提出新的数字式多通道钢轨探伤仪和探头的技术要求、试验方法及检验规则,特别增加了数字式超声波探伤仪的检定内容。而目前实际工作中主要使用的TJB-93型钢轨超声波探伤仪检定仪,仅满足传统的模拟信号钢轨超声探伤仪的检定要求,新型检定仪还有待进一步研究与开发。有必要结合欧洲标准EN12668-1:2004无损检测超声检查设备的表征及验证仪器和TB/T23402012钢轨超声波探伤仪,重点对数字式钢轨探伤仪的时基线性、数字采样误差和响应时间等检定内

6、容及检定方案进行分析。1 检定系统总体方案EN12668-1:2004与TB/T23402012给定的数字式钢轨探伤仪检定系统主要包括脉冲信号产生模块、计数与测试模块以及缓冲与保护模块等。脉冲信号产生模块产生时间与幅度可控、且可由外部输入信号控制的测试信号,主要由任意波形发生器或2个脉冲发生器组成;计数与测试模块主要由100MHz 的数字示波器、定时计数器组成,测试探伤仪的脉冲信号与信号发生模块的测试信号,记录脉冲发生时刻与次数、测试信号的时间与幅值等;缓冲及保护模块主要由固定衰减器、可调衰减器以及终端缓冲器或保护电路组成,目的是为了匹配探伤仪脉冲发生模块与信号发生器、示波器之间的电气特性,探

7、伤仪接受模块与信号发生器之间的电气特性等,起到缓冲与保护作用。数字式钢轨探伤仪检定系统总体方案如图1所示。钢轨探伤仪的发射端发出脉冲经固定衰减器2到信号发生器的接收端,由脉冲发生器9、选通RF闸门信号发生器7、定时器间隔13,产生与超声探伤仪的发射脉冲同步的测试信号。通过示波器观察发射脉冲与测试信号,测试信号经由可调RF衰减器5进行信号幅值调节,由终端缓冲器6实现与探伤仪输入端的阻抗匹配,避免出现信号失真现象。通常情况下,对于脉冲发射部分,通过模拟触发采集发射脉冲信号,对脉冲信号进行测量分析;对于信号接收部分,将超声波探伤仪置为一收一发,发射信号经衰减器后连接到信号发生器的同步端,信号发生器发

8、送指定的信号到超声波探伤仪接收端,观察超声波探伤仪显示屏上的变化,对超声探伤仪接收部分进行评定。2 检定内容及检定方法2.1 时基线性误差时基线性误差测试是对探伤仪屏幕的时基线性与已校准的计数定时器测量结果进行比较。数字探伤仪时基线性误差测试曲线,如图2所示。检定时基线性误差时,按图1所示连接测试设备和探伤仪,调节脉冲发生器产生1个单周期的正弦波,使其频率为探伤仪的中心频率f0。依次将探伤仪的时基线范围设置在最小、最大和中间值,在每种设置上调节触发延迟、探伤仪的增益或衰减控制器和已校准的外部衰减器,使探伤仪的时基线中间位置上显示1个幅度至少为全屏幅度80%的回波信号。以不大于屏宽5%的增量改变

9、触发延迟,记录每个延迟值T(计数定时器测得和探伤仪屏幕上显示的回波前沿相应位置L。绘制探伤仪屏幕显示回波前沿位置对应计数定时器所测得延迟值的曲线图,绘制或计算与测量值最吻合的曲线,并计算每次测量误差。2.2 数字采样误差检定检定数字采样误差时,将探伤仪设置为双探头工作模式(发射器和接收器分开,利用图1所示测试装置,产生1个与探伤仪发射脉冲同步的测试脉冲送到信号发生器。调节信号发生器,使其输出1个单周期的正弦波信号,其幅度为全屏幅度的80%,将信号发生器的频率调到探伤仪频带的上限截止频率f u,测试信号的延迟T调至T0(T0大于发射脉冲后盲区。利用可变时间延长,以小增量T=1/10f u 增加延

10、迟时间T。每次增加T,记录探伤仪屏幕上显示的回波信号幅度A,继续增加延迟时间,并测量回波信号幅度,直至完成30次测量为止。30次测量的最大与最小值之差即为数字采样误差。本项测试应对每个频带进行测试,如果探伤仪具有DAC功能,则DAC功能应关闭。对于影响数字采样误差的每种设置,如时基线范围和脉冲重复频率,应重复进行本项测试。数字探伤仪数字采样误差的测试曲线,如图3所示。2.3 响应时间的检定检定响应时间时,利用图1的装置产生1个与探伤仪发射脉冲同步的单周期正弦波测试脉冲,送到信号发生器,将信号发生器的频(下转第30页 数字探伤仪时基线性误差测试曲线1 TxTx输出波形脉冲发生器信号探伤仪屏幕显示

11、Rx2346 9710111213+14151617383520dB30dB参考文献1 刘鹏 .青藏客车电力连接器冷凝水问题分析及改进建议 J .铁道车辆,2013(11: 24-26.2 孙景鹏 .浅谈青藏铁路客车电气设计问题J .铁道车辆, 2003(12:28-30.(编辑李树坤 车号改造前后一路干线绝缘值(北/M二路干线绝缘值(南/M空气湿度/ 车组号改造前后一路干线绝缘值(北/M二路干线绝缘值(南/M空气湿度/正对地负对地正对地负对地表1 单车干线绝缘值对比表2 全列干线绝缘值对比全列干线绝缘值对比见表2。表2和表3显示,结合青藏客车A4级检修,所设计的综合整改措施,可消除电力连接器

12、处产生冷凝水现象,使干线绝缘性能满足要求,保障车辆运行安全。率调到探伤仪频带的上限截止频率f u 。将探伤仪的增益调至其增益范围的中间值,保证探伤仪屏幕能显示1个幅度为全屏幅度80的回波信号。记录下探伤仪第1个发射脉冲的时刻t 0,注意探伤仪屏幕上有1个完整的全屏幅度80的回波信号的时刻,记录此时刻后的探伤仪又一个发射脉冲的时刻t 1,t 1-t 0即为数字探伤仪的响应时间t r 。或者用计数器记录t 0到t 1时刻内的探伤仪的发射脉冲数。对于影响探伤仪响应时间的每种设置,如时基线范围或脉冲重复频率,重复本项测试。数字探伤仪数字响应时间测试曲线,如图4所示。3 结语在分析EN12668-1:2

13、004和TB/T23402012的基础上,得到检定数字钢轨探伤仪时基线性、数字采样误差和响应时间等性能指标的测试曲线,可为现场的数字探伤仪的检定工作提供参考。伴随着数字式智能化探伤仪的广泛使用,加快新型钢轨探伤仪的研制和新型钢轨探伤仪检定仪标准的制定,进一步规范新型钢轨探伤仪的研发、生产、使用及维护势在必行。集成式智能化钢轨探伤仪检定仪的研制可能是未来的发展趋势。参考文献1 王铁楠,刘杰.超声波探伤仪在高速钢轨检测中的应用J .现代机械,2007(4:11-13.2 左荣森.做好钢轨探伤仪计量检定工作J .铁道技术监督, 2004(11:32-34.3 蔡志龙,罗映明.TJB-93 型钢轨探伤仪检定仪及其应用J . 铁道技术监督,1995(6:33-34.4 EN 12668-1/A1:2004 Non-destructive testing-Characterization