学生姓名：刘鹏

班学生级：测控2017-01班

指导教师：王雪梅

毕设题目：基于超声和模式识别技术的橡胶脱粘检测系统设计

一、概况

1.选题意义

随着我国高速列车的迅速发展，为了提高列车运行的平稳性、安全性和舒适性，轨道车辆转向架上大量使用橡胶弹性元件。轨道车辆转向架上的橡胶弹性元件，主要应用于弹簧装置与定位装置，此外车体与摇枕、摇枕与构架、轴箱与构架、弹簧支撑面与金属部件直接接触部件之间，也经常采用橡胶衬垫、衬套、止挡等橡胶元件。列车在高速运行过程中，转向架受到复杂的动态力的作用，可能发生橡胶弹性元件的橡胶和金属的粘接面剥离或橡胶撕裂等现象，破坏了弹性元件的使用性能，严重威胁高速列车的运行安全。在CRH2、3型动车组检修的过程中，涉及到非常多橡胶和金属相结合的配件，目前基本上是靠人工进行目测，不仅检测效率低，而且常常无法判断处于工件内部的橡胶和金属的粘接界面是否发生脱粘。

因此采用有效的无损检测（超声波检测）手段和信号处理方法来实现转向架橡胶件脱粘检测和自动识别，对于提高高速列车检修效率、可靠性，保障列车的安全运行具有十分重要的作用和意义。

2.任务分解

（1）总体方案设计

（2）建立超声C扫描检测系统，编程实现二维扫描运动控制，即超声探头对被测对象进行自动扫描。

（3）构建数据采集系统，编写数据通信程序，实现通信功能。将示波器所采集到的数据传到上位机，在上位机做数据处理。

（4）超声检测信号分析处理算法研究及实现，对超声检测信号进行时频分析，提取特征量。

（5）脱粘检测分类识别算法研究及实现，以提取到的特征量作为输入，判断检测对象的脱粘情况。

（6）系统调试，超声探头完成自动扫描，超声仪器采集到数据传到上位机，上位机对数据做处理，最后在界面上显示结果。

二、已完成工作

（1）总体方案设计

图1  系统总体框图

（2）建立了超声C扫描检测系统，编程实现了二维扫描运动控制，即超声探头

对被测对象进行自动扫描。

图2  数据采集卡                       图3  电机驱动器

图4  二维扫描机构

（3）构建了信号检测系统，编写了数据通信程序，实现通信功能。将示波器所

采集到的数据传到上位机。

图5  Labview上位机界面

（4）超声检测信号分析处理算法研究及实现，对超声检测信号了进行时频分析，

对特征量进行了分析。

图6  时域特征

图7  频域特征

（5）对于手持式超声检测所采集到的数据用分类识别算法进行分类取得了较好

的效果。

（6）对于二维自动扫描检测采集到的超声数据进行了处理，由于超声探头与

被测件之间存在有较厚的水层，对数据效果影响较大，用分类识别算法进行分类

的准确度还有待提高。

图8  二维自动扫描检测结果

三、下一步工作计划

（1）对算法继续进行改进，以期能在采取水浸方法检测的情况下取得较好的准确度。

（2）对系统进行调试，能够完成超声探头的自动扫描，超声仪器采集到数据传到上位机，上位机对数据做处理，最后在界面上显示结果。

（3）根据研究结果撰写论文，参加结题答辩。

问题一：手持式检测和自动扫描检测在原理上有没有差别？

回生答：手持式测量时超声探头是通过一层非常薄的耦合剂与试块直接接触，回波信号能量的损失小，噪声也小，所得到的脱粘与不脱粘两种情况的噪声回波信号差异明显。由于引入了二维扫描机构，超声探头与试块之间就要有一层较厚的水层，由于水层的存在，超声信号在传播过程中会消耗一部分能量，同时还有一大部分能量在水和金属界面以界面波的形式耗散，只有小部分能量耦合进了金属和橡胶界面；同时由于超声传播距离较长，也会引入一定的噪声。从而造成脱粘与不脱粘信号差异不明显，信号处理上较手持式测量更为不易。

问题二：这个检测系统最终能实现哪些功能？

回生答：包括二维机构的扫描控制，超声信号的实时数据采集，超声信号的实时处理以及实时的检测结果显示。

从毕设开题到现在，遇到了许多问题，取得了一定进展。

通过此毕设，让我学习到了一些超声检测领域的相关知识，同时在完成过程中，结合了相关的专业知识，进一步锻炼了相关的专业技能，增强了解决问题的能力。

与此同时，第一次全流程地去解决一个实际的工程问题，培养了自己的科学素养，进一步学习了如何去做科研，为今后的发展奠定了基础。

最后，我会继续就具体问题寻求解决办法，不断完善，最终圆满毕设任务。