本發(fā)明屬于無損檢測技術領域，涉及一種便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，還涉及利用便攜式自動超聲波無損探傷定位儀進行軌道檢測的方法。
背景技術：
據(jù)中國鐵道部數(shù)據(jù)顯示，截至2015年底，中國高速鐵路運營里程達到1.9萬公里，居世界第一位，鐵路運輸在我國的交通運輸系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位。但是當氣溫較低時，由于軌道本身材質(zhì)和構造時的原因，在軌道中存在各種缺陷的部位，很容易發(fā)生軌道斷裂。若軌道存在損傷沒有及時檢測出來，將對列車的行車安全構成重大的安全隱患。
目前用于日常巡檢中的軌道探傷設備主要有手推式探傷小車和大型軌道探傷車。手推式探傷小車需要人工檢測，存在耗費人力大、自動化程度和檢測效率低的缺點，大型軌道探傷車存在體積大、緊急情況下無法及時撤離軌道的缺點。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供了一種便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，解決了現(xiàn)有軌道探傷設備體積大的問題。
本發(fā)明的目的在于提供了一種檢測軌道的方法。
本發(fā)明所采用的技術方案是，便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，包括依次連接的顯示器和藍牙通信和小車平臺；
小車平臺上設置有依次連接的超聲波換能器、信號調(diào)理模塊、AD采集模塊、存儲FIFO、數(shù)據(jù)采集控制器和超聲波激勵單元，超聲波換能器與超聲波激勵單元連接，數(shù)據(jù)采集控制器上依次連接有數(shù)據(jù)處理控制器和報警裝置；
顯示器上設置有手持設備。
本發(fā)明的特點還在于，小車平臺與太陽能電池板連接。
本發(fā)明所采用的另一個技術方案是，一種檢測軌道的方法，采用便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，包括以下步驟：
步驟1、在無損傷的軌道上，采集得到點信號的幅值最大值Amax；
步驟2、在待檢測的軌道上，采集得到檢測點信號的幅值最大值A'max；
步驟3、將步驟2中得到幅值最大值A'max與無損傷時的幅值最大值Amax進行比較：當A'max<Amax時，有缺陷，當A'max≥Amax時，將該信號進入步驟4中進行計算；
步驟4、將接收到的超聲波回波信號x'1(n)與無損時回波底波信號x0(m)按照公式(1)進行計算x'1(n)和x0(m)的線型互相關：
公式(1)中，為x'1(n)和x0(m)的線型互相關，x'1(n)是超聲波回波信號，其信號長度為n，x0(m)是無損時回波的底波信號，其信號長度為m，且滿足：m<n，k是線型互相關后的下標，
然后將得到序列做歸一化處理，按照公式(2)、(3)和(4)具體如下：
由于具有上限，如公式(2)所示，故做公式(3)的變換，即可完成歸一化計算，得到公式(4)中的取值范圍，其中為x'1(n)和x0(m)的線型互相關，k是線型互相關后的下標，是線型互相關歸一化后的結果，n是超聲波回波信號的長度，
歸一化處理后，得到系數(shù)，其值在[-1,1]之間，設定閾值P為0.64，若在底波信號對應的互相關系數(shù)前出現(xiàn)大于P，則該點處有缺陷，數(shù)據(jù)采集控制器將結果發(fā)送給顯示器顯示，并控制報警裝置開啟，反之，沒缺陷，報警裝置不開啟，
完成上述步驟后，便攜式自動超聲波無損探傷定位儀在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下，沿著軌道移動，重復上述過程，直到完成所有檢測任務。
本發(fā)明的特點還在于，
步驟1具體為：將小車平臺放置在無損傷的軌道上，小車平臺在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下沿著軌道運動，在運動過程中，數(shù)據(jù)處理控制器給數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號，經(jīng)AD采集模塊采集后，將超聲波回波信號記為x0(n)，將x0(n)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理控制器完成均值濾波后的信號記為x'0(n)，x0(n)的均值為Ex，將x'0(n)快速排序后得到其最大值Amax，通過繪制x'0(n)的波形，根據(jù)公式(5)計算軌道底部反射的回波時間T，在x'0(n)中提取底波包絡信號，并記為x0(m)，其中m<n；
T＝((2×I)×10-3)/V (5)
公式(5)中，V為超聲波在軌道中的傳播速度，單位m/s，I為軌道的高度，單位mm。
步驟1中，在x'0(n)中提取底波包絡信號具體為：通過繪制x'0(n)波形，在軌道底部反射的回波中提取帶有底部信息的包絡，有300-400點數(shù)據(jù)構成底波包絡信號。
步驟2具體為：將小車平臺放置在待檢測區(qū)間內(nèi)的軌道上，小車平臺在數(shù)據(jù)處理控制器的控制下沿著軌道運動，在運動過程中，數(shù)據(jù)處理控制器給數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)出該點的數(shù)據(jù)采集信號，經(jīng)AD采集模塊采集后，將超聲波回波信號記為x1(n)，分別根據(jù)公式(6)和公式(7)設定閾值上限值H和下限值L，
H＝Ex+500 (6)
L＝Ex-500 (7)
公式(6)和公式(7)中，Ex為x0(n)的均值，
當x1(n)>H或x1(n)<L時，將x1(n)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理控制器完成均值濾波后的信號記為x'1(n)，將處理后的信號x'1(n)快速排序得到其幅值最大值A'max。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明利用自動化程度高的小車平臺機制和藍牙通信方式實現(xiàn)了檢測裝置與檢測結果的有效分離，避免了傳統(tǒng)探傷裝置復雜的物理連線和笨重的結構設計；解決了現(xiàn)有技術存在的探傷勞動強度大、難度大的問題；同時采用太陽能供電，達到了節(jié)能的目的以及更適用于野外作業(yè)的要求；
2、本發(fā)明采用兩種算法相結合的方式，從而確保檢測區(qū)間內(nèi)軌道的損傷情況及時檢測出來，大大提高軌道損傷檢出效率、檢測準確性和檢測可靠性，平衡了檢測速度、檢測精度和自動化程度三者之間的矛盾；
3、本發(fā)明采用負窄脈沖方式激勵超聲波換能器，使得回波信號相較于傳統(tǒng)方式更加便于提取、采集。
附圖說明
圖1是本發(fā)明便攜式自動超聲波無損探傷定位儀的結構示意圖。
圖中：1.小車平臺，2.顯示器，3.藍牙通信，4.太陽能電池板，5.超聲波激勵單元，6.超聲波換能器，7.信號調(diào)理模塊，8.AD采集模塊，9.存儲FIFO，10.數(shù)據(jù)采集控制器，11.數(shù)據(jù)處理控制器，12.報警裝置，13.手持設備。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明提供了一種便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，如圖1所示，包括依次連接的顯示器2、藍牙通信3和小車平臺1；
小車平臺1上設置有依次連接的超聲波換能器6、信號調(diào)理模塊7、AD采集模塊8、存儲FIFO9、數(shù)據(jù)采集控制器10和超聲波激勵單元5，超聲波換能器6與超聲波激勵單元5連接，數(shù)據(jù)采集控制器10上依次連接有數(shù)據(jù)處理控制器11和報警裝置12；
顯示器2上設置有手持設備13；
小車平臺1與太陽能電池板4連接；
手持設備13給數(shù)據(jù)處理控制器11發(fā)送啟動信號，數(shù)據(jù)處理控制器11控制數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出激勵脈沖信號給超聲波激勵單元5，超聲波激勵單元5接收到信號后產(chǎn)生高壓負脈沖激勵超聲波換能器6，信號調(diào)理模塊7接收超聲波換能器6產(chǎn)生的信號并進行放大濾波后送到AD采集模塊8中，進行回波信號采集，采集到的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集控制器10存儲到存儲FIFO9中，最后數(shù)據(jù)采集控制器10將數(shù)據(jù)FIFO9中的數(shù)據(jù)通過SPI通信傳遞給數(shù)據(jù)處理控制器11中并按照本發(fā)明一種檢測軌道的方法計算，然后將判斷結果通過藍牙通信3發(fā)送給顯示部分2中的手持設備13，并決定是否啟動報警裝置12；
小車平臺1整體均是由太陽能電池板4提供電能，小車平臺1是由數(shù)據(jù)處理控制器11控制其運動狀態(tài)；
手持設備13是一部具有藍牙通信功能的手機，接收小車平臺1發(fā)送的信息并予以顯示，手持設備13還提供必要的調(diào)試按鈕，用于小車平臺1的基本調(diào)試操作。
本發(fā)明還提供了一種檢測軌道的方法，采用一種便攜式自動超聲波無損探傷定位儀，包括以下步驟：
步驟1、在無損傷的軌道上，采集得到點信號的幅值最大值Amax；
步驟1具體為：將小車平臺1放置在無損傷的軌道上，小車平臺1在數(shù)據(jù)處理控制器11的控制下沿著軌道運動，在運動過程中，數(shù)據(jù)處理控制器11給數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號，經(jīng)AD采集模塊8采集后，將超聲波回波信號記為x0(n)，將x0(n)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理控制器11完成均值濾波后的信號記為x'0(n)，x0(n)的均值為Ex，將x'0(n)快速排序后得到其最大值Amax，通過繪制x'0(n)的波形，根據(jù)公式(5)計算軌道底部反射的回波時間T，在x'0(n)中提取底波包絡信號，并記為x0(m)，其中m<n；
T＝((2×I)×10-3)/V (5)
公式(5)中，V為超聲波在軌道中的傳播速度，單位m/s，I為軌道的高度，單位mm。
步驟1中，在x'0(n)中提取底波包絡信號具體為：通過繪制x'0(n)波形，在軌道底部反射的回波中提取帶有底部信息的包絡，有300-400點數(shù)據(jù)構成底波包絡信號。
步驟2、在待檢測的軌道上，采集得到檢測點信號的幅值最大值A'max；
步驟2具體為：將小車平臺1放置在待檢測區(qū)間內(nèi)的軌道上，小車平臺1在數(shù)據(jù)處理控制器11的控制下沿著軌道運動，在運動過程中，數(shù)據(jù)處理控制器11給數(shù)據(jù)采集控制器10發(fā)出該點的數(shù)據(jù)采集信號，經(jīng)AD采集模塊8采集后，將超聲波回波信號記為x1(n)，分別根據(jù)公式(6)和公式(7)設定閾值上限值H和下限值L，
H＝Ex+500 (6)
L＝Ex-500 (7)
公式(6)和公式(7)中，Ex為x0(n)的均值，
當x1(n)>H或x1(n)<L時，將x1(n)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理控制器11完成均值濾波后的信號記為x'1(n)，將處理后的信號x'1(n)快速排序得到其幅值最大值A'max。
步驟3、將步驟2中得到幅值最大值A'max與無損傷時的幅值最大值Amax進行比較：當A'max<Amax時，有缺陷，當A'max≥Amax時，將該信號進入步驟4中進行計算；
步驟4、將接收到的超聲波回波信號x'1(n)與無損時回波底波信號x0(m)按照公式(1)進行計算x'1(n)和x0(m)的線型互相關：
公式(1)中，為x'1(n)和x0(m)的線型互相關，x'1(n)是超聲波回波信號，其信號長度為n，x0(m)是無損時回波的底波信號，其信號長度為m，且滿足：m<n，k是線型互相關后的下標，
然后將得到序列做歸一化處理，按照公式(2)、(3)和(4)具體如下：
由于具有上限，如公式(2)所示，故做公式(3)的變換，即可完成歸一化計算，得到公式(4)中的取值范圍，其中為x'1(n)和x0(m)的線型互相關，k是線型互相關后的下標，是線型互相關歸一化后的結果，n是超聲波回波信號的長度，
歸一化處理后，得到系數(shù)，其值在[-1,1]之間，設定閾值P為0.64，若在底波信號對應的互相關系數(shù)前出現(xiàn)大于P，則該點處有缺陷，數(shù)據(jù)采集控制器10將結果發(fā)送給顯示器2顯示，并控制報警裝置12開啟，反之，沒缺陷，報警裝置(12)不開啟，
完成上述步驟后，便攜式自動超聲波無損探傷定位儀在數(shù)據(jù)處理控制器(11)的控制下，沿著軌道移動，重復上述過程，直到完成所有檢測任務。