1 引言
  近年来，为推动国民经济的发展和促进不同地域信息和物质的交流，火车的行车速度逐年提升，使得行车安全问题变得更为重要。国外列车事故原因[1]提示我们必须对车轮金属的疲劳断裂加以注意。所谓的金属“疲劳”，是指金属由于在小于其断裂应力的外力作用下，在金属的某些宏观缺陷和微观组织不均匀处形成应力集中，而外力的长期反复作用会导致这些地方产生局部裂纹，裂纹扩展后就会造成金属的断裂。从这个意义上讲，对车轮疲劳裂纹的产生和扩展的检测是保证行车安全的重要内容之一。
  本文在详细分析超声探伤仪器功能的基础上，提出了一种便携式超声探伤仪器设计方案，这为车轮缺陷检测提供了一种新的、可移动的测量手段, 对保证行车安全有借鉴意义。
2 车轮超声探伤系统功能分析
  一般来讲，一个测量系统的主要功能有：信号采集功能，信号处理功能，信号显示功能，通讯功能和信息存储功能等。针对车轮超声探伤系统，不仅要对系统功能具体化，而且还要有针对实际的被测对象的特殊功能。
  下面就轮对超声探伤系统主要的功能作用做一简要的介绍。

  超声信号发生与数据采集功能：这是超声探伤仪器的基本功能，产生高频超声信号和采集回声信号，从采集的信号中提取有关工件内部损伤的信息。一般来讲，ADC的转换速率为超声波信号的5～8倍是比较合理的。这主要因为超声探头换能器的能量近场公式和半扩散角θ的值是：
  N=D2/λ=f D2/(4C) (1)
  θ=arcsinln22λ/D (2)
  从公式（1）和（2）可以看出，超声波频率越高，波长越短，扩散角小，声束窄，能量集中，显小缺陷能力强，分辨率高，对缺陷定位准确。如果超声波信号是2.5MHz, 那么采样的频率可以确定为15Msps。
  探伤信号处理功能：回波深度检测功能是指超声波从探头发出，到缺陷反射，又被探头接收的时间为Δt, 若超声纵波的传播速度为C, 则缺陷的深度l为
  l=Δt C/2 (3)
  距离补偿功能是指在超声场中对于同样大小的缺陷不同的声源距离，反射波的强度是不同的，为了得到正确的可视检测结果，对声源距离不同的信号做适当的补偿。
  峰值搜索功能是指在超声探伤过程中，在波形游动过程中自动将波幅最高的反射波留在屏幕上的功能。
  包络检测功能是指根据采样数据的时间和幅值位置，将其各点峰值连接成一条包络线，由包络线的形状确定缺陷类型的功能。
  自校准功能：测定材料速度功能是指若已知两个规则反射体的间距为ΔW, 超声波在传播ΔW距离所需的时间为 Δt，则计算出材料声速=ΔW/Δt的功能。
  信息存储与显示功能和外部通讯功能一般来讲是针对测量结果显示、存储、传送和记录而设计的。这些功能是测量系统必要的基本功能。

  3 超声探伤系统设计
  图1是便携式超声探伤系统的原理框图。由图可知，系统是以计算机为核心的、主要由信号发生与采集、数据处理和显示数据生成等几个部分组成的。在计算机控制下经过I/O扩展口、扫描时基、发射波驱动等产生超声波信号。检测到的信号经过限幅放大、检波、直流放大送到ADC，再经过数据处理送到计算机。在计算机控制下产生栅格信号、字符信号、同步信号合成后形成正确的屏幕显示信号。
4 软件程序结构 

  图2给出的是软件程序结构示意图。由图可知，程序主要有五个模块组成：系统管理模块、系统校正模块、数据管理模块、数据处理模块和显示管理模块。因为在上面我们已经介绍了各个模块的基本功能，所以这里不再详细介绍。
5 结束语
  本文在详细介绍超声探伤系统功能分析的基础上，给出了一种便携式超声探伤仪器的设计方案，该设计方案除了具有一般数字仪器的优点外还具有距离补偿功能、包络检测功能，峰值搜索功能，使得探伤盲区小，数据存储和操作观察方便，可以作为移动式超声探伤设备使用。这对于研究便携式超声探伤设备有借鉴意义。