电子科技大学硕士论文
独创性声明
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签名：彭小丹日期：2005 年6月22日
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签名：彭小丹导师签名：丁杰雄
日期：2005 年 6 月22 日
摘要
本文介绍了一种基于声弹性原理测量焊接长钢轨温度应力的方法及智能仪器的设计。 钢轨是铁路交通系统中一个非常重要的组成部分。随着环境温度的变化，暴露在野外的钢轨，在其内部产生温度应力。过大的温度应力会导致钢轨变形，威胁到列车的运行安全。多年来各国均在开发、研制用来检测钢轨温度应力的方法和装置，但是至今尚未研制出公认、通用的检测仪器。本文采用超声波无损检测方法设计应力检测装置，并对系统软硬件各部分进行了全面研究。 1、论文对基于声弹性原理的温度应力测量方法进行理论推导，得出适用于测量应力的超声波型和理论公式。
2、测量系统充分利用了较完善的转换电路和单片机技术，提高了系统的性能指标，增强了系统的功能。
3、为测量系统建立了较完善的智能化软件构架，其具有温度补偿和自动校准等特性，提出了采用高精度时间测量芯片来改进测量精度的方法。
钢轨温度应力检测仪的研制开发适应了准确快速测量的需求，具有体积小、成本低、可靠性高、响应速度快等特点，具有良好的推广价值。
关键词：无缝钢轨、温度应力、超声波、DS89C430
无缝隙政府ABSTRACT
This paper presents the method based on acoustoelasticity theory to test longitudinal temperature stresses in the continuously welded rails and design of the intelligent stress measure instrument with the ultrasonic.
Rails are the important part of railroad. While rails temperature alone with environment temperature, the longitudinal forces may be created in the rails. Oversize stresses will cause the rail bent or ruptured, which seriously influence the safety of railroad. In resent years, many measurement methods and measure instruments were developed to test longitudinal thermal stresses of continuously welded rails. However, simple, universal and effective instruments or methods don’t appear up to now. This paper present a measurement method based on acoustoelasticity theory and the general study of displacement sensor, interface circuit and software arithmetic.
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1. The paper presents a theoretic deduce to the stresses measurement based on acoustoelasticity theory, and worked out the mathematic formulas of the measurement.
2. The design of measure instrument sufficiently applied the technology of new type ultrasonic signal convert circuit and micro controller, which can improve the function and capability of the instrument.
3. Designed perfect intelligent software for measure system. The software actualized auto-adjust, auto-plus control and temperature expiate, and so on, which father improves the measure precision.
The development of this new type instrument of temperature stresses fulfilled fast and precise measurement. The instrument has the characteristics of simple, low cost, credible and fast responds, which make the instrument having applied value.
Keyword: continuously welded rails, temperature stresses, ultrasonic, DS89C430
目录
摘要 (Ⅰ)苍蝇一分钟的生命
ABSTRACT (Ⅱ)
目录 (Ⅲ)
第一章绪论 (1)
1.1 无缝钢轨纵向温度应力检测在铁路工业中的地位和作用 (1)
1.2 无缝钢轨温度应力检测方法的探索 (2)
1.2.1 破坏性应力测定法 (2)
1.2.2 标记法 (3)
1.2.3 非破坏性检测方法 (3)
1.3 超声波应力检测在铁路工业中的应用 (4)
1.4 课题的背景、主要工作和需要达到的目的 (5)
第二章与无缝钢轨温度应力相关的问题及传统的测量方法 (6)
2.1 与无缝钢轨纵向温度应力相关的定义 (6)
2.1.1 无缝钢轨纵向温度应力变化的范围 (6)
2.1.2 轨温 (6)
2.1.3 轨长 (7)
2.2 无缝钢轨中的应力 (7)
2.3 国内无缝钢轨温度应力的传统测量方法 (9)
第三章超声波应力检测系统的工作原理 (11)
3.1 固体中的超声波 (11)
3.1.1 超声波的几种传播方式 (11)
3.1.2 超声波的在金属固体中的传播速度 (12)
3.1.3 超声波的产生和接收 (12)
3.2 用超声波方法检测钢轨温度应力的基本原理 (14)
3.2.1 声弹性原理 (14)
3.2.2 声波波速与应力关系模型 (15)
3.3 超声波检测系统的工作原理 (17)
第四章钢轨热应力超声波检测系统的主要功能模块 (19)
4.1 检测系统的主要功能模块结构 (19)
4.2 检测区部分 (20)
4.2.1 超声波探头 (20)
4.2.2 实时温度测量 (23)
4.3 模拟电路部分 (26)
4.3.1 循环平均声速测量原理及工作过程 (26)
4.3.2 脉冲产生电路 (26)
4.3.3 发射单元 (27)
4.3.4 接收放大、滤波单元 (28)
4.3.5 检波、比较单元 (30)
4.3.6 提高测速可靠性的电路措施 (30)
4.4数字电路部分 (31)
4.4.1 利用DS89C430单片机实现声脉冲循环频率 (31)
4.4.2 DS89C430单片机芯片介绍 (31)
哥特式电影4.4.3 DS89C430通信接口电路 (35)
第五章超声检测系统的软件功能模块 (37)
5.1 主程序 (37)
5.2 子程序 (38)
5.2.1 INT0中断服务子程序 (39)
5.2.2 T2定时器中断服务子程序 (39)
5.3 功能程序块程序 (42)
5.4 报警 (42)
第六章热应力测试系统的误差分析及改进措施 (43)
6.1 误差来源 (43)
6.2 测量系统提高精度的改进方案 (44)
6.2.1 时间间隔测量芯片TDC-GP1 (44)
6.2.2 TDC—GP1应用在应力测试系统中 (47)
第七章总结和展望 (48)
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致谢 (49)
参考文献 (50)
