錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統及採集方法

2023-08-08 13:34:36

專利名稱：錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統及採集方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波信號採集系統及方法，特別涉及一種對跨座式單軌 軌道交通系統中的錨固螺杆進行缺陷檢測時的超聲波信號自動採集系統及採集 方法。
背景技術：
在軌道交通系統，特別是跨座式單軌軌道交通系統中，錨固螺杆是連接 軌道梁與墩臺的關鍵受力構件，在單軌列車運行過程中，由於衝擊等多種原 因錨固螺杆易出現裂紋甚至斷裂，對跨座式單軌交通運營造成了嚴重的安全 隱患，因此錨固螺杆需要定期進行安全檢測，便於對出現問題的錨固螺杆及 時進行更換。現今主要採用超聲波技術以人工操作的方式對錨固螺杆進行裂 紋或斷裂檢測，先將耦合劑塗抹在錨固螺杆端面，再用手工將超聲波傳感器 對準放置在錨固螺杆上端面，這種方法費時費力，致使超聲波檢測效率低下。
為解決上述問題，公開號為CN101191323A的發明專利申請公布說明書 公開了 一種超聲波傳感器自適應安置裝置，能夠準確的自動將超聲波傳感器 安置在錨固螺杆上端面，並在超聲波傳感器下表面和錨固螺杆上端面之間形 成耦合液膜，提高檢測效率和檢測質量。
由於跨座式單軌軌道通常架設於高處，現有技術中採用上述的超聲波傳 感器自適應安置裝置時需要人工高空作業，存在安全隱患，另外，檢測過程 需要對多處錨固螺杆進行超聲波信號釆集，現有技術效率低，不能滿足高效 的錨固螺杆裂紋檢測要求。
同時，在現有技術中，依靠人眼觀察顯示屏上的波形並通過人工調整波 儀信號增益和/或調整超聲波傳感器位置，才能最終採集到有效的超聲波信
6號，採集效率低，採集的超聲波信號質量較差。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採 集系統，能自動判定所採集的錨固螺杆超聲波信號的有效性，並自動調整超 聲波信號採集卡增益，採集和保存有效的質量高的超聲波信號。
本發明的目的是這樣實現的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系 統，包括超聲波傳感器和超聲波信號採集控制系統，所述超聲波信號採集控制 系統包括超聲波數據採集模塊，所述超聲波信號採集控制系統還包括
信號有效性分析模塊，分析超聲波數據採集模塊採集的超聲波信號的有效
性；
所述超聲波信號有效性分析模塊包括 回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波； 增益調整子模塊，根據回波檢測子模塊的分析結果，自動調整增益。 有效性判定子模塊，判定增益調整後的超聲波信號有效性。 進一步，所述錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統還包括軌道行進 機構、升降機構和超聲波傳感器自適應安置裝置，所述軌道行進機構可沿軌道 行進，所述升降機構設置於軌道行進機構上，所述超聲波傳感器自適應安置裝 置固定設置於升降機構下端，由升降機構帶動超聲波傳感器自適應安置裝置升 降，所述超聲波傳感器設置於超聲波傳感器自適應安置裝置內；
進一步，所述升降機構由步進電機驅動升降，所述超聲波信號採集控制系 統還包括一步進電機控制模塊；
進一步，所述超聲波傳感器自適應安置裝置的底部設置有一光電開關，所 述錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動釆集系統還包括一耦合液存儲裝置，所述 耦合液存儲裝置通過電磁閥與超聲波傳感器自適應安置裝置的進液口連接，所 述超聲波信號採集控制系統還包括一 I/O控制模塊，所迷I/O控制模塊接收光電開關的響應信號、控制電磁閥的開閉；所述錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動 採集系統還包括一計算機和超聲波信號自動採集卡，1/0控制卡，步進電機控制 卡，所述的超聲波信號自動採集卡，1/0控制卡，步進電機控制卡安裝在計算機
插槽內。
本發明還提供一種錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號的自動採集方法，包括如 下步驟
A. 軌道行進機構進行到待測錨固螺杆的上方並停止，使超聲波傳感器正對 待測錨固螺杆上端面；
B. 升降機構帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，並使超聲波傳感器與 錨固螺杆的上端面耦合；
C. 超聲波數據採集模塊採集超聲波信號；
D. 信號有效性分析模塊分析超聲波數據採集模塊採集的超聲波信號的有效
性；
E. 若信號有效，則超聲波信號採集控制系統對有效信號進行保存，結束當 前超錨固螺杆超聲波信號採集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 杆進行重新耦合，即轉到步驟B執行；若連續Z次採集信號判斷都無效，則轉 為人工處理，其中Z為預先設定的大於等於2的整數；
進一步，其中步驟D具體包括如下步驟 D-l.判斷信號是否存在底面回波； D-2.有底面回波則進行自動增益調整； D-3.自動增益調整後，判斷信號的有效性； 進一步，其中步驟D-1具體包括如下步驟 D-l-l.設置一個窗體大小為M個採樣點的矩形窗；
D-l-2.設定信號分析的起始點和終止點，所述矩形窗與信號分析的起始點對
齊；
D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl;D-l-4.將矩形窗沿採樣點軸橫向移動，形成新矩形框，計算新矩形窗中信號 的方差var2;
D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大於設定的閾值設定一個閾 值thrl，判斷var2-varl是否大於所設定的閾值thrl,當大於時，記錄該點位置， 將值儲存到變量K1中,並跳轉執行步驟D-2;當var2-varl小於或等於thrl時，
繼續下一步；
D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當矩形窗到了信號分析 的終止點時，則該信號沒有底面回波，判定信號無效，跳轉執行步驟E; D-l-7.將var2的值賦給varl，並轉到步驟D-l-4執行； 進一步，所述步驟D-2具體包括如下步驟
D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min;
D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大於254或最 小值小於l時，將增益減小P，並轉到D-2-4執行，其中P為大於O的整數；當 max小於254並且min大於1時，即信號幅值在1與254間，執行下一步；
D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，將增益增 加Q並轉到D-2-4，其中Q為大於0的整數；當最大值max在200與240之間， 最小值min在1與60之間，則轉到步驟D-3;
進一步，所述步驟D-3具體包括如下步驟
D-3-l.搜索回波幅值對增益調整後的超聲波信號，在Kl至Kl+200區間 搜索最大幅度值value。
D-3-2.計算信號分析起始點到Kl區間的方差var、均值mean和均方差Svar;
D-3-3.設定兩個閾值thr2和thr3,其中0 < thr2^255, 0 < thr3 < 0.5;判斷回 波的最大幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大於所設定的閾值thr2, 並計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小於所設定的閾值 thr3,當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時， 判定信號無效；
9進一步，所述步驟B具體包括如下步驟 B-l.啟動升降機構的步進電機；
B-2.超聲波信號採集控制系統控制步進電機驅動升降機構垂直向下運動， 從而使與升降機構下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；
B-3.根據光電開關的響應信號判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭 狀孔的底部是否運動到錨固螺杆頂端處，若是，則執行步驟B-4，若否，則轉到 步驟B-2;
B-4.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，耦合液供給系統工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺杆上端面獲得耦 合液，並接觸、對正；
B-5.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，使超聲波傳感器與錨固螺杆緊密貼合，升降機構停止運動，超聲波傳感 器與錨固螺杆的耦合完成。
相對於現有技術，本發明的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號採集系統及採集 方法能夠自動判定所採集的錨固螺杆超聲波信號的有效性，並自動調整超聲 波信號採集卡增益，以保存有效的超聲波信號，利於後續的信號處理和裂紋 等缺陷判別，提高超聲波檢測的質量和效率；在進一步的技術方案中，通過 對信號回波的分析，判斷信號的有效性，判斷準確、且過程簡單；在更進一 步的技術方案中，設置了軌道行進機構、升降機構和超聲波傳感器自適應安 置裝置及相應的控制模塊，可準確地自動控制錨固螺杆的端面與超聲波傳感器 良好的耦合，進一步提高採集超聲波信號的質量，並可極大地提高了檢測效 率。
本發明的其他優點、目標，和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進 行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言 將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其 他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。


為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本
發明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發明錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統模塊示意圖； 圖2為本發明錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統的結構示意圖； 圖3為超聲波傳感器自適應安置裝置的結構示意圖； 圖4為信號採集系統工作流程示意圖5為超聲波傳感器自適應安置裝置向下運動至與錨固螺杆耦合子流程圖6為超聲波傳感器自適應安置裝置向下運動中供^M合液子流程圖7為信號有效性分析流程圖8為搜索信號有無底面回波子流程框圖9為自動增益調整子流程框圖IO為信號有效性判定子流程框圖。
附圖中
l-壓板；2-傳感器套體；3-耦合裝置；4-超聲波傳感器；5-喇叭狀孔；6-凸 輪；7-活塞杆；8-活塞I; 9-活塞II; 10-復位彈簧；U-孔道I; 12-孔道11; 13-擋塊；14-耦合液管；15-光電開關；16-絲槓；17-聯軸器；18-螺母；19-步進電 機；20-軌道行進機構；21-耦合液儲存箱；22-電磁水閥；23-機架；24-導杆；25-錨固螺杆26-對中彈簧。
具體實施例方式
以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解， 優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。
參見圖1、圖2和圖3，本實施例的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集 系統，包括超聲波傳感器、超聲波傳感器自適應安置裝置、升降機構、軌道行進機構和超聲波信號採集控制系統。
本實施例中，超聲波傳感器4選用TR收發兼用型傳感器，如頻率為5MHZ 的雙晶聚焦探頭，軌道行進機構20選用湘潭電機公司生產的Q2DGZ-1型跨座 式單軌車，超聲波信號採集控制系統的計算機選用PC機，所述PC機安裝於所 述車內，PC機的PCI槽上安裝有超聲波數據採集卡、步進電機控制卡、1/0控 制卡，其中超聲波數據採集卡選用的是SUPERAY科技有限公司研發的四通道 數據採集卡，採樣頻率為50MHZ,步進電機控制卡選用的是研華公司生產的 型號為PCI-1760控制卡，1\0控制模塊選用的是研華公司生產的型號為 PCI-1261的控制卡；所述PC機內安裝有控制軟體，所述控制軟體包括信號 有效性分析模塊，所述超聲波信號有效性分析模塊分析超聲波數據採集模塊採 集的超聲波信號的有效性,具體包括如下子模塊
回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波； 增益調整子模塊，根據回波檢測子模塊的分析結果，自動調整增益； 有效性判定子模塊，判定增益調整後的超聲波信號有效性。 參見圖2,所述升降機構安裝於軌道行進機構20—側，所述升降機構包括 絲槓16、聯軸器17、螺母18及步進電機19,絲槓16的一端通過螺母18與超 聲波傳感器自適應安置裝置的壓板i相連接，絲槓16的另一端連接聯軸器17 後連接步進電機19,升降機構通過機架23、連接導杆24與超聲波傳感器自適 應安置裝置連接，步進電機19通過步進電機驅動器與超聲波信號採集控制系統 中的步進電機控制卡連接，所述步進電機驅動器可選用三相混合式步進電機 86BYG350(四通電機)，步距角為0.6°至1.2°範圍，電流為6A,步進電機驅 動器可選用三相混合式步進電機驅動器SH-30806;所述絲杆的絲距為5mm， 步進電機運動一周，絲杆可上升或下降5mm。
參見參見圖2、圖3,所述超聲波傳感器自適應安置裝置包括壓板1、傳感 器套體2和耦合裝置3，壓板1設置在傳感器套體2的頂部，所述壓板1與傳感 器套體2通過對中彈簧26連接並保持有受力接觸面，所述傳感器套體2的下部
12連接有超聲波傳感器4;所述耦合裝置3為柱體，所述耦合裝置3的內部設置有 空腔，所述傳感器套體2設置在空腔的上部，所述空腔下部設計成喇叭狀孔5， 喇叭狀孔5的錐度為5~15° ，喇叭狀孔5上端孔的形狀及尺寸與錨固螺杆25上 端面的形狀及尺寸相配合，在耦合裝置3的喇叭狀口的兩側設置有耦合液噴淋 裝置，所述耦合液噴淋裝置包括凸輪6、活塞、活塞杆7、閥缸、擋塊13，所述 凸輪6設置在喇叭狀孔的內部，所述凸輪6與閥缸內活塞杆7的一端固定連接， 所述活塞杆7的另一端由內到外依次與活塞I 8和活塞II 9固定連接並套裝復位 彈簧IO,通過擋塊13將活塞杆7、活塞18、活塞II 9和復位彈簧IO限制在閥 缸中，所述凸輪6的工作面是線型斜面，工作面的頂端是圓弧，凸輪6沿活塞 杆7方向的行程等於活塞I8與活塞II9之間的距離，所述閥缸通過孔道I 11與 喇叭狀孔5相連並通過孔道II 12與耦合液管14的進液端相連，在凸輪6的上部 還橫向開有凸輪限位槽，該槽與凸輪6滑動配合；所述喇叭狀孔5的內壁下端 還設置有光電開關15，所述光電開關15的位置與耦合時錨固螺杆25的進杆位 置相對應，所述光電開關15與I/O控制控制模塊電連接；超聲波傳感器自適應 安置裝置下套喇叭狀孔為扁方形，超聲波傳感器自適應安置裝置喇叭狀孔上 端面到下端面的垂直距離為15mm。
軌道行進機構20上還設置有耦合液儲存箱21,耦合液儲存箱21的出液端 通過電磁水閥22與耦合液管14的進液端相連，電磁水閥22與I/O控制控制模 塊電連接。
參見圖4，本發明的錨固螺杆超聲波信號自動採集方法，包括如下步驟
A. 軌道行進機構沿軌道行進至待測錨固螺杆的上方停止，使超聲波傳感器 正對待測錨固螺杆上端面；
B. 升降機構帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，並使超聲波傳感器與 錨固螺杆的上端面耦合；
C. 採集錨固螺杆超聲波信號；即超聲波傳感器將激發的超聲波信號作用於錨 固螺杆上端面，並獲取從錨固螺杆系統反射回的超聲波信號並傳送給信號接收裝置；
D. 對採集的超聲波信號的有效性進行分析；
E. 若信號有效，則超聲波信號採集控制系統對有效信號進行保存，結束當 前超錨固螺杆超聲波信號採集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 杆進行重新耦合，即轉到步驟B執行；若連續Z次採集信號判斷都無效，則轉 為人工處理，其中Z為預先設定的大於等於2的整數；
參見圖5所示，步驟B具體包括如下步驟 B-l.啟動步進電才幾；
B-2.超聲波信號採集控制系統控制步進電機驅動升降機構垂直向下運動， 從而使與升降機構下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；
B-3.判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭狀孔5的底部是否運動到 錨固螺杆頂端處在超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動的過程中，計 算機不斷對光電開關採樣，當超聲波傳感器自適應安置裝置下端下端喇叭狀孔5 的底部運動到錨固螺杆頂端處時，光電開關被錨固螺杆頂端遮擋，光電開關響 應，產生一個電信號輸入超聲波信號採集控制系統中，並繼續下一步，否則轉 到步驟B-2執行；
B-4.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，耦合液供給系統工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺杆上端面獲得耦 合液，並接觸、對正；
B-5.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，運動中，超聲波傳感器自適應安置裝置的對中彈簧壓縮，使超聲波傳感 器與錨固螺杆緊密貼合，由於喇叭狀孔5的導向和對中彈簧的調節作用，使超 聲波傳感器下端面與錨固螺杆上端面正對並均勻受力，同時使超聲波傳感器下 端面與錨固螺杆上端面的耦合劑均勻分布；此時，升降機構停止運動，超聲波 傳感器與錨固螺杆的耦合完成；
14參見圖6,步驟B-4具體包括如下步驟
B_4-l.超聲波信號採集控制系統通過1\0控制卡開啟電磁水閥，使連接耦合
液儲存箱與耦合液管連通；
B-4-2.噴灑耦合液到超聲波傳感器下表面與錨固螺杆上端面超聲波傳感器 自適應安置裝置向下運動過程中，錨固螺杆沿超聲波傳感器自適應安置裝置中 的凸輪工作面頂凸輪，耦合液儲存箱中的耦合液通過耦合液管經超聲波傳感器 自適應安置裝置的孔道噴出，噴嘴將耦合液噴灑到超聲波傳感器的下表面和錨 固螺杆的上端面；
B-4-3.停止向超聲波傳感器下表面及錨固螺杆上端面噴灑耦合液超聲波傳 感器自適應安置裝置繼續向下運動到設定位置時，錨固螺杆頂凸輪至凸輪工作 面頂端，超聲波傳感器自適應安置裝置的活塞II移動到通口位置將通口堵住， 噴嘴停止噴水，此時，超聲波傳感器自適應安置裝置喇叭狀孔5的小口端套裝 到錨固螺杆上，超聲波傳感器與錨固螺杆接觸，並相互對正；
B-4-4.超聲波信號採集控制系統通過1\0控制卡關閉電磁水閥；
參見圖7所示，步驟D具體包括如下步驟
D-l.信號是否存在回波的判定；
D-2.自動增益調整；
D-3.信號有效性判定；
參見圖8所示，步驟D-l具體包括如下步驟
D-l-l.設置一個窗體大小為M個採樣點的矩形窗，M值越大，信號有效性 分析效率越高，但準確性降低，M值越小，信號有效性分析的準確性越高，但 分析效率越低，可根據錨固螺杆的長度和超聲波數據採集卡採樣頻率來確定一 個合適的取值範圍，本實施例中超聲波數據採集卡採樣頻率為50MHZ,錨固螺 杆長度為1米，M的優選取值範圍為80-300，最佳為120;
D-l-2.設定信號分析的起始點(Bpoint)和終止點(Epoint),起始點設定在 底面回波前若千點，終止點設定在起始點之後M的10至20倍的點位上，本實施例的起始點設置為15000,終止點設置為20000，所述矩形窗與信號分析的起 始點對齊；
膨""二—— Z X[/]
D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl:先根據公式 M 計算矩
var 1 = — Z (刷_
形窗中信號的均值，再根據公式 M 計算矩形窗中信號的
方差varl;
D-l-4.計算新矩形窗中信號的方差矩形窗沿採樣點軸^f黃向移動，移動的步 長為N個採樣點，N可根據M的取值範圍確定，本實施例優選的N的取值範圍
為10-100;根據公式 M '一。w 得到新矩形窗中信號的均值，其中a
為矩形窗向後移動的次數，a的初值為l,矩形窗每移動一次讓a加1, N為移
var 2 = — Z (x[7J - wea"2) 動的步長，然後根據公式 M '+。'v 計算新矩形窗中信號的方
差var2;
D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大於設定的閾值設定一個閾 值thrl(thrl為大於0的任意整數)，判斷var2-varl是否大於所設定的閾值thrl, 當大於時，則該信號有底面回波，並且該點為底面回波的起始位置，記錄該點 位置，將值儲存到變量K1中，並轉到步驟D-2執行。當不大於thrl時，繼續下
一步；
D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當到了信號分析的終止 點時，則該信號沒有底面回波，判定信號無效，轉到步驟E執行； D-l-7.將var2的值賦給varl，並轉到步驟D-l-4執行； 參見圖9，步驟D-2具體包括如下步驟
D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min; D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大於254或最 小值min小於1時，將超聲波數據採集卡的增益減小P(P為大於0的整數，最佳的，P=2),並轉到步驟D-2-1執行；當max小於254並且min大於1時，即 信號值在1與254間，執行下一步；
D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，信號值過 小，將增益增加Q (Q為大於0的整數，最佳的，Q=l)，並轉到步驟D-2-l執 行；當最大值max在200與240之間，最小值min在1與60之間，則信號值均 在合適的範圍，不用調節增益，並轉到步驟D-3執行；
參見圖IO所示，步驟D-3具體包括如下步驟
D-3-l.搜索底面回波幅值對增益調整後的超聲波信號，在Kl至Kl+200 區間搜索最大幅度值value。
D-3-2.計算基準線的均值、方差及均方差，從信號分析起始點到Kl區間，
算該區間的均方差；
D-3-3.設定兩個閾值thr2 ( 0 < thr2^255 )和thr3 ( 0 < thr3 < 0.5 ),判斷回 波的幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大於所設定的閾值thr2,並 計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小於所設定的閾值thr3， 當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時，判定 信號無效。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理 解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案
的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
按照公式
計算該區間的均值，然後根據公式
權利要求
1. 錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，包括超聲波傳感器和超聲波信號採集控制系統，所述超聲波信號採集控制系統包括超聲波數據採集模塊，其特徵在於所述超聲波信號採集控制系統還包括超聲波信號有效性分析模塊，分析超聲波數據採集模塊採集的超聲波信號的有效性；所述超聲波信號有效性分析模塊包括回波檢測子模塊，判斷超聲波信號是否存在底面回波；增益調整子模塊，根據回波檢測子模塊的分析結果，自動調整增益；有效性判定子模塊，判定增益調整後的超聲波信號有效性。
2. 根據權利要求1所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，其特 徵在於所述錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統還包括軌道行進機構、 升降機構和超聲波傳感器自適應安置裝置，所述軌道行進機構可沿軌道行進， 所述升降機構設置於軌道行進機構上，所述超聲波傳感器自適應安置裝置固定 設置於升降機構下端，由升降機構帶動超聲波傳感器自適應安置裝置升降，所 述超聲波傳感器設置於超聲波傳感器自適應安置裝置內。
3. 根據權利要求2所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，其特 徵在於所述升降機構由步進電機驅動升降，所述超聲波信號採集控制系統還 包括一步進電機控制模塊。
4. 根據權利要求2所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，其特 徵在於所述超聲波傳感器自適應安置裝置的底部設置有一光電開關，所述錨 固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統還包括一耦合液存儲裝置，所述耦合 液存儲裝置通過電磁閥與超聲波傳感器自適應安置裝置的進液口連接，所述超 聲波信號採集控制系統還包括一 I/O控制模塊，所述I/O控制模塊接收光電開關的響應信號、控制電磁閥的開閉。
5. 錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集方法，其特徵在於包括如下步驟A. 軌道行進機構進行到待測錨固螺杆的上方並停止，使超聲波傳感器正對 待測錨固螺杆上端面；B. 升降機構帶動超聲波傳感器自適應安置裝置下降，並使超聲波傳感器與 錨固螺杆的上端面耦合。C. 超聲波數據採集模塊採集超聲波信號；D. 信號有效性分析模塊分析超聲波數據採集模塊採集的超聲波信號的有效性；E. 若信號有效，則超聲波信號採集控制系統對有效信號進行保存，結束當 前超錨固螺杆超聲波信號採集；若信號無效，則對超聲波傳感器與待測錨固螺 杆進行重新耦合，即轉到步驟B執行；若連續Z次採集信號判斷都無效，則轉 為人工處理，其中Z為預先設定的大於等於2的整數。
6. 錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集方法，其特徵在於其中步驟D 具體包括如下步驟D-l.判斷信號是否存在底面回波； D-2.有底面回波則進行自動增益調整； D-3.自動增益調整後，判斷信號的有效性。
7. 根據權利要求6所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集方法，其特 徵在於其中步驟D-1具體包括如下步驟D-l-l.設置一個窗體大小為M個採樣點的矩形窗；D-卜2.設定信號分析的起始點和終止點，所迷矩形窗與信號分析的起始點對齊；D-l-3.計算矩形窗中信號的方差varl;D-l-4.將矩形窗沿採樣點軸橫向向後移動，形成新矩形框，計算新矩形窗中 信號的方差var2;D-l-5.判斷相鄰矩形窗中信號的方差之差是否大於設定的閾值設定一個閾 值thrl，判斷var2-varl是否大於所設定的閾值thrl,當大於時，記錄該點位置， 將值儲存到變量Kl中，並跳轉執行步驟D-2;當var2-varl小於或等於thrl時， 繼續下一步；D-l-6.判斷矩形窗是否移動到了信號分析的終止點，當矩形窗到了信號分析 的終止點時，則該信號沒有回波，判定信號無效，跳轉執行步驟E; D-l-7.將var2的值賦給varl，並轉到步驟D-l-4執行。
8. 根據權利要求7所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動釆集方法，其特 徵在於所述步驟D-2具體包括如下步驟D-2-l.在信號分析起始點與終止點間搜索信號的最大值max和最小值min;D-2-2.判斷最大值max和最小值min的大小，當最大值max大於254或最 小值小於1時，將增益減小P,並轉到D-2-4執行，其中P為大於0的整數；當 max小於254並且min大於1時，即信號幅值在1與254間，執行下一步；D-2-3.判斷信號值是否在60與200之間，當在60與200之間時，將增益增 加Q並轉到D-2-4,其中Q為大於0的整數；當最大值max在200與240之間， 最小值min在1與60之間，則轉到步驟D-3。
9. 根據權利要求8所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集方法，其特 徵在於所迷步驟D-3具體包括如下步驟D-3-l.搜索回波幅值對增益調整後的超聲波信號，在Kl至Kl+200區間 搜索最大幅度值value。D-3-2.計算信號分析起始點到Kl區間的方差var、均值mean和均方差Svar;D-3-3.設定兩個閾值thr2和thr3，其中0 < thr2^255， 0 < thr3 < 0.5;判斷回 波的最大幅度值value與基準線方差var之間的比值是否大於所設定的閾值thr2， 並計算基準線均方差Svar與基準線均值mean的比值是否小於所設定的闊值 thr3,當兩個條件都滿足時，判定信號有效，當兩個條件中至少一個不滿足時， 判定信號無效。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動 採集方法，其特徵在於所述步驟B具體包括如下步驟 B-1.啟動升降機構的步進電機；B-2.超聲波信號採集控制系統控制步進電機驅動升降機構垂直向下運動， 從而使與升降機構下端連接的超聲波傳感器自適應安置裝置垂直向下運動；B-3.根據光電開關的響應信號判斷超聲波傳感器自適應安置裝置下端喇叭 狀孔的底部是否運動到錨固螺杆頂端處，若是，則扭^f亍步驟B-4，若否，則轉到 步驟B-2;B-4.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，耦合液供給系統工作，使超聲波傳感器下端面與錨固螺杆上端面獲得耦 合液，並接觸、對正；B-5.超聲波信號採集控制系統控制超聲波傳感器自適應安置裝置繼續向下 運動，使超聲波傳感器與錨固螺杆緊密貼合，升降機構停止運動，超聲波傳感 器與錨固螺杆的耦合完成。
全文摘要
本發明的目的是提供一種錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，能自動判定所採集的錨固螺杆超聲波信號的有效性，並自動調整超聲波信號採集卡增益，以保存有效的超聲波信號，所述錨固螺杆缺陷檢測超聲波信號自動採集系統，包括超聲波傳感器和超聲波信號採集控制系統，所述超聲波信號採集控制系統包括一增益可調的超聲波數據採集模塊，通過信號有效性分析模塊保證採集超聲波信號的質量；所述採集方法包括超聲波數據採集模塊採集超聲波信號的步驟和信號有效性分析模塊分析超聲波數據採集模塊採集的超聲波信號的有效性的步驟。
文檔編號G01N29/04GK101504390SQ200810233299
公開日2009年8月12日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年12月11日
發明者葉俊勇, 汪同慶 申請人:重慶大學