CN103149273B - 一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置，装置包括多个探头支撑斜块、多个单线圈涡流检测探头、阵列电子切换接通开关、可编程逻辑控制器、涡流检测仪、标准试件、信号线缆，该设计基于电磁无损检测原理，将多个单线圈涡流检测探头以推到的多米诺骨牌形式一字排列固定在被检钢轨检测面上，采用的阵列电子切换接通开关技术，可以只采用单通道涡流检测仪接收涡流信号，无需昂贵的阵列涡流检测仪，大大降低了检测成本，同时涡流检测线圈采用圆角方形缠绕方式，多个涡流检测线圈的检测覆盖面相互交叉重叠，消除了检测盲区。本装置适用于铁路、港口、桥梁、建筑行业中的钢轨（例如铁路钢轨、港口天车滑轨）的在用实时监测工作。

Description

一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置

所属技术领域

本发明涉及一种无损检测方法及装置，特别是涉及一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置。

背景技术

钢轨是轨道交通基础设施，其承压部位在使用过程中容易出现疲劳裂纹，应定期进行无损检测，及时发现疲劳裂纹，避免发生因裂纹扩大导致钢轨断裂的重大安全事故。以铁路道岔钢轨检测为例，道岔钢轨的特点是断面宽度逐渐变窄，所受压力不均匀，断面宽度越窄，所受压力越大，在用过程中，钢轨极易出现断面疲劳裂纹，如不及时发现，断面裂纹进一步向上扩大超过踏面时，将发生钢轨断裂火车脱轨的重大安全事故。目前多采用磁粉、渗透等无损检测方法，这些检测方法大多需要人工检测，检测效率较低，且造成环境污染，超声检测虽然可以实现自动化检测，但受到超声探头耦合问题的限制，其自动化检测技术难度与成本较高。

发明内容

 本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置，该设计基于电磁无损检测原理，将多个单线圈涡流检测探头以推到的多米诺骨牌形式一字排列固定在被检钢轨检测面上，采用的阵列电子切换接通开关技术接通和关闭每一个单线圈涡流检测探头，从被检钢轨检测面的前端至末端一个一个顺序接通，并与标准试件上的单线圈涡流检测探头组成一组标准比较式涡流检测探头组进行比较式涡流检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，包括多个探头支撑斜块、多个单线圈涡流检测探头、阵列电子切换接通开关、可编程逻辑控制器、涡流检测仪、标准试件、信号线缆，其特征在于：所述多个探头支撑斜块端面紧贴一字排列固定；所述多个单线圈涡流检测探头固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上，多个单线圈涡流检测探头之间有重叠部分，即一个单线圈涡流检测探头的边缘部分压在相邻的另一个单线圈涡流检测探头的边缘部分上，形状如推倒的多米诺骨牌，每个单线圈涡流检测探头与其相邻的单线圈涡流检测探头检测覆盖面有相互交叉重叠区，与常规涡流检测相比，消除了检测盲区；所述多个单线圈涡流检测探头的输入引线与阵列电子切换接通开关电连接，所述多个单线圈涡流检测探头的输出引线接地；所述阵列电子切换接通开关的输出接口（31）通过信号线缆连接至涡流检测仪的探头接口；所述涡流检测仪的I/O接口通过信号线缆连接至可编程逻辑控制器的输入接口（40）；所述可编程逻辑控制器的输出接口（41）通过信号线缆连接至阵列电子切换接通开关的输入接口（30）；所述标准试件检测面上固定一个探头支撑斜块，该探头支撑斜块的斜面上固定一个单线圈涡流检测探头，该单线圈涡流检测探头的输入引线接地，该单线圈涡流检测探头的输出引线通过信号线缆连接至涡流检测仪的探头接口，该标准试件上的单线圈涡流检测探头与一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上的单线圈涡流检测探头接线方式相反，形成标准比较式涡流检测探头组，检测过程中，当被检钢轨质量不同于标准试件时，例如存在裂纹缺陷，涡流检测探头就有缺陷信号输出。所述多个探头支撑斜块的尺寸规格相同，探头支撑斜块的上表面为斜面，斜面为方形，斜面长度小于单线圈涡流检测探头的长度；探头支撑斜块的底面为弧形，与被检钢轨的检测面吻合。所述多个单线圈涡流检测探头的尺寸规格相同，单线圈涡流检测探头外形为扁长方体，单线圈涡流检测探头中的的缠绕线圈横截面为圆角方形。所述涡流检测仪至少具有一个检测通道和一个I/O信号输出端。所述标准试件的材质、检测面形状和尺寸与被检钢轨相同，且质量完好。

一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法，其特征在于：

a. 将装置中的一字排列的多个探头支撑斜块与固定在其斜面上的多个单线圈涡流检测探头沿着检测方向铺盖固定在被检钢轨检测面上，确保探头支撑斜块的底面与被检钢轨检测面接触吻合；

b. 开启涡流检测仪与可编程逻辑控制器，设置涡流检测仪的相关检测参数和可编程信号控制器的顺序控制参数；所述顺序控制为，从被检钢轨检测面的前端至末端，顺序控制阵列电子切换接通开关依次接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上的单线圈涡流检测探头，且每次只接通一个单线圈涡流检测探头，当所有单线圈涡流检测探头都接通和关闭一次后，视为完成一次扫查；

c. 可编程逻辑控制器首先接通被检钢轨检测面最前端的第一个单线圈涡流检测探头，该单线圈涡流检测探头与标准试件上的单线圈涡流检测探头组成一组标准比较式涡流检测探头组，涡流检测仪以预置的频率激励电子切换阵列接通开关接通的第一个单线圈涡流检测探头和标准试件上的单线圈涡流检测探头，两个单线圈涡流检测探头分别在被检钢轨和标准试件内激励形成涡流场，产生的涡流信号再由两个单线圈涡流检测探头接收并传输至涡流检测仪的差动比较检测通道；当被检钢轨检测面完好无损时，两个单线圈涡流检测探头接收的信号幅值相同，通过涡流检测仪的差动比较处理，输出的信号幅值为零；当被检钢轨检测面的表面与近表面有裂纹缺陷时，即被检钢轨质量不同于标准试件时，两个单线圈涡流检测探头接收的信号幅值不同，通过涡流检测仪的差动比较处理，输出显示一个幅值不为零的涡流信号，当涡流信号超过设定的报警阀值时，涡流检测仪报警输出，判定这一涡流信号为缺陷信号，当前阵列电子切换接通开关接通的单线圈涡流检测探头下面位置的被检钢轨检测面有裂纹缺陷；

d. 涡流检测仪接收到涡流信号后，通过I/O接口向可编程信号控制器发送控制信号，可编程信号控制器接收到涡流检测仪的控制信号后，向阵列电子切换接通开关发送关闭当前接通的单线圈涡流检测探头并接通相邻的下一个单线圈涡流检测探头的控制信号；

e.按照步骤c、步骤d中的方法，从被检钢轨检测面的前端至末端，顺序控制接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上的单线圈涡流检测探头，直到所有的单线圈涡流检测探头都完成一次涡流检测。

 本发明的有益效果是，提供一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置，该设计基于电磁无损检测原理，将多个单线圈涡流检测探头以推到的多米诺骨牌形式一字排列固定在被检钢轨检测面上，采用的阵列电子切换接通开关技术接通和关闭每一个单线圈涡流检测探头，从被检钢轨检测面的前端至末端一个一个顺序接通，并与标准试件上的单线圈涡流检测探头组成一组标准比较式涡流检测探头组进行比较式涡流检测，因此，可以只采用单通道涡流检测仪接收涡流信号，无需昂贵的阵列涡流检测仪，大大降低了检测成本，同时涡流检测线圈采用圆角方形缠绕方式，多个涡流检测线圈的检测覆盖面相互交叉重叠，消除了检测盲区，本装置可对被检钢轨进行在用实时监测，装置检测效率与检测精度高，无需耦合剂，安装与维护方便快捷，设施设备无需要暂停运行，非常适用于铁路、港口、桥梁、建筑行业中的大型设施设备中的钢轨（例如铁路钢轨、港口天车滑轨）的在用实时监测工作。

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置不局限于实施例。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的装置示意图。

图2是本发明实施例的装置中的多个探头支撑斜块与多个单线圈涡流检测探头三维结构示意图。

图3是本发明实施例的装置中的多个探头支撑斜块与多个单线圈涡流检测探头侧视示意图。

图4是本发明实施例的装置中的多个探头支撑斜块与多个单线圈涡流检测探头三维分解示意图。

图5是本发明实施例的装置中的探头支撑斜块三维示意图。

图6是本发明实施例的装置中的探头支撑斜块俯视示意图。

图7是本发明实施例的装置中的探头支撑斜块侧视示意图。

图8是本发明实施例的装置中的探头支撑斜块前视示意图。

图9是本发明实施例的装置中的多个单线圈涡流检测探头检测覆盖面示意图。

图10是本发明实施例的装置中的多个单线圈涡流检测探头与阵列电子切换接通开关的线路连接示意图。

图11是常规圆柱型涡流检测线圈的裂纹缺陷检测示意图。

图12是本发明实施例的装置的裂纹缺陷检测示意图。

图13是本发明实施例的钢轨踏面检测中装置安放示意图。

图14是本发明实施例的钢轨断面裂纹缺陷检测示意图。

 图中，1.探头支撑斜块，2.单线圈涡流检测探头，3.阵列电子切换接通开关，4.可编程逻辑控制器，5.涡流检测仪，6.标准试件，7.信号线缆，8.被检钢轨，9.裂纹缺陷，10.探头支撑斜块的斜面，11.探头支撑斜块的端面，12.探头支撑斜块的底面，20.单线圈涡流检测探头的输入引线，21.单线圈涡流检测探头的输出引线，30.阵列电子切换接通开关的输入接口，31.阵列电子切换接通开关的输出接口，40.可编程逻辑控制器的输入接口，41.可编程逻辑控制器的输出接口，50.涡流检测仪的探头接口，51.涡流检测仪的I/O接口，A.单线圈涡流检测探头检测覆盖面，B.两个单线圈涡流检测探头检测覆盖面的交叉重叠区，2′.常规涡流检测探头。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的实施例中，一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，包括多个探头支撑斜块1、多个单线圈涡流检测探头2、阵列电子切换接通开关3、可编程逻辑控制器4、涡流检测仪5、标准试件6、信号线缆7、其特征在于：所述多个探头支撑斜块1端面11紧贴一字排列固定；所述多个单线圈涡流检测探头2固定在一字排列的多个探头支撑斜块1的斜面10上，多个单线圈涡流检测探头2之间有重叠部分，即一个单线圈涡流检测探头2的边缘部分压在相邻的另一个单线圈涡流检测探头2的边缘部分上，形状如推倒的多米诺骨牌，每个单线圈涡流检测探头2与其相邻的单线圈涡流检测探头2检测覆盖面A有相互交叉重叠区B，与常规涡流检测探头2′相比，消除了检测盲区；所述多个单线圈涡流检测探头2的输入引线20与阵列电子切换接通开关3电连接，所述多个单线圈涡流检测探头2的输出引线21接地；所述阵列电子切换接通开关3的输出接口31通过信号线缆7连接至涡流检测仪5的探头接口50；所述涡流检测仪5的I/O接口51通过信号线缆7连接至可编程逻辑控制器4的输入接口40；所述可编程逻辑控制器4的输出接口41通过信号线缆7连接至阵列电子切换接通开关3的输入接口30；所述标准试件6检测面上固定一个探头支撑斜块1，该探头支撑斜块1的斜面10上固定一个单线圈涡流检测探头2，该单线圈涡流检测探头2的输入引线20接地，该单线圈涡流检测探头2的输出引线21通过信号线缆7连接至涡流检测仪5的探头接口50，该标准试件6上的单线圈涡流检测探头2与一字排列的多个探头支撑斜块1的斜面10上的单线圈涡流检测探头2接线方式相反，形成标准比较式涡流检测探头组，检测过程中，当被检钢轨8质量不同于标准试件6时，例如存在裂纹缺陷9，涡流检测探头就有缺陷信号输出。所述多个探头支撑斜块1的尺寸规格相同，探头支撑斜块1的上表面为斜面10，斜面10为方形，斜面10长度小于单线圈涡流检测探头2的长度；探头支撑斜块1的底面12为弧形，与被检钢轨的检测面吻合。所述多个单线圈涡流检测探头2的尺寸规格相同，单线圈涡流检测探头2外形为扁长方体，单线圈涡流检测探头2中的的缠绕线圈横截面为圆角方形。所述涡流检测仪5至少具有一个检测通道和一个I/O信号输出端。所述标准试件6的材质、检测面形状和尺寸与被检钢轨8相同，且质量完好。

图11、图12、图13、图14所示的实施例中，一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法，其特征在于：

a. 将装置中的一字排列的多个探头支撑斜块1与固定在其斜面10上的多个单线圈涡流检测探头2沿着检测方向铺盖固定在被检钢轨8检测面上，确保探头支撑斜块1的底面12与被检钢轨8检测面接触吻合；

b. 开启涡流检测仪5与可编程逻辑控制器4，设置涡流检测仪5的相关检测参数和可编程信号控制器4的顺序控制参数；所述顺序控制为，从被检钢轨8检测面的前端至末端，顺序控制阵列电子切换接通开关3依次接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块1的斜面10上的单线圈涡流检测探头2，且每次只接通一个单线圈涡流检测探头2，当所有单线圈涡流检测探头2都接通和关闭一次后，视为完成一次扫查；

c. 可编程逻辑控制器4首先接通被检钢轨8检测面最前端的第一个单线圈涡流检测探头2，该单线圈涡流检测探头2与标准试件6上的单线圈涡流检测探头2组成一组标准比较式涡流检测探头组，涡流检测仪5以预置的频率激励电子切换阵列接通开关3接通的第一个单线圈涡流检测探头2和标准试件6上的单线圈涡流检测探头2，两个单线圈涡流检测探头2分别在被检钢轨8和标准试件6内激励形成涡流场，产生的涡流信号再由两个单线圈涡流检测探头2接收并传输至涡流检测仪5的差动比较检测通道；当被检钢轨8检测面完好无损时，两个单线圈涡流检测探头2接收的信号幅值相同，通过涡流检测仪5的差动比较处理，输出的信号幅值为零；当被检钢轨8检测面的表面与近表面有裂纹缺陷9时，即被检钢轨8质量不同于标准试件6时，两个单线圈涡流检测探头2接收的信号幅值不同，通过涡流检测仪5的差动比较处理，输出显示一个幅值不为零的涡流信号，当涡流信号超过设定的报警阀值时，涡流检测仪5报警输出，判定这一涡流信号为缺陷信号，当前阵列电子切换接通开关3接通的单线圈涡流检测探头2下面位置的被检钢轨8检测面有裂纹缺陷9；

d. 涡流检测仪5接收到涡流信号后，通过I/O接口51向可编程信号控制器4发送控制信号，可编程信号控制器4接收到涡流检测仪5的控制信号后，向阵列电子切换接通开关3发送关闭当前接通的单线圈涡流检测探头2并接通相邻的下一个单线圈涡流检测探头2的控制信号；

e.按照步骤c、步骤d中的方法，从被检钢轨8检测面的前端至末端，顺序控制接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块1的斜面10上的单线圈涡流检测探头2，直到所有的单线圈涡流检测探头2都完成一次涡流检测。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法及装置，但发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，包括多个探头支撑斜块、多个单线圈涡流检测探头、阵列电子切换接通开关、可编程逻辑控制器、涡流检测仪、标准试件、信号线缆，其特征在于：所述多个探头支撑斜块端面紧贴一字排列固定；所述多个单线圈涡流检测探头固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上，多个单线圈涡流检测探头之间有重叠部分，即一个单线圈涡流检测探头的边缘部分压在相邻的另一个单线圈涡流检测探头的边缘部分上；所述多个单线圈涡流检测探头的输入引线与阵列电子切换接通开关电连接，所述多个单线圈涡流检测探头的输出引线接地；所述阵列电子切换接通开关的输出接口（31）通过信号线缆连接至涡流检测仪的探头接口；所述涡流检测仪的I/O接口通过信号线缆连接至可编程逻辑控制器的输入接口（40）；所述可编程逻辑控制器的输出接口（41）通过信号线缆连接至阵列电子切换接通开关的输入接口（30）；所述标准试件检测面上固定一个探头支撑斜块，该探头支撑斜块的斜面上固定一个单线圈涡流检测探头，该单线圈涡流检测探头的输入引线接地，该单线圈涡流检测探头的输出引线通过信号线缆连接至涡流检测仪的探头接口。

2.根据权利要求1所述的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，其特征在于：所述多个探头支撑斜块的尺寸规格相同，探头支撑斜块的上表面为斜面，斜面为方形，斜面长度小于单线圈涡流检测探头的长度；探头支撑斜块的底面为弧形，与被检钢轨的检测面吻合。

3.根据权利要求1所述的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，其特征在于：所述多个单线圈涡流检测探头的尺寸规格相同，单线圈涡流检测探头外形为扁长方体，单线圈涡流检测探头中的的缠绕线圈横截面为圆角方形。

4.根据权利要求1所述的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，其特征在于：所述涡流检测仪至少具有一个检测通道和一个I/O信号输出端。

5.根据权利要求1所述的一种在用钢轨的涡流电控扫查监测装置，其特征在于：所述标准试件的材质、检测面形状和尺寸与被检钢轨相同，且质量完好。

6.一种在用钢轨的涡流电控扫查监测方法，其特征在于：

a. 将权利要求1～5中任一项所述装置中的一字排列的多个探头支撑斜块与固定在其斜面上的多个单线圈涡流检测探头沿着检测方向铺盖固定在被检钢轨检测面上，确保探头支撑斜块的底面与被检钢轨检测面接触吻合；

b. 开启涡流检测仪与可编程逻辑控制器，设置涡流检测仪的相关检测参数和可编程信号控制器的顺序控制参数；所述顺序控制为，从被检钢轨检测面的前端至末端，顺序控制阵列电子切换接通开关依次接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上的单线圈涡流检测探头，且每次只接通一个单线圈涡流检测探头，当所有单线圈涡流检测探头都接通和关闭一次后，视为完成一次扫查；

c. 可编程逻辑控制器首先接通被检钢轨检测面最前端的第一个单线圈涡流检测探头，该单线圈涡流检测探头与标准试件上的单线圈涡流检测探头组成一组标准比较式涡流检测探头组，涡流检测仪以预置的频率激励电子切换阵列接通开关接通的第一个单线圈涡流检测探头和标准试件上的单线圈涡流检测探头，两个单线圈涡流检测探头分别在被检钢轨和标准试件内激励形成涡流场，产生的涡流信号再由两个单线圈涡流检测探头接收并传输至涡流检测仪的差动比较检测通道；当被检钢轨检测面完好无损时，两个单线圈涡流检测探头接收的信号幅值相同，通过涡流检测仪的差动比较处理，输出的信号幅值为零；当被检钢轨检测面的表面与近表面有裂纹缺陷时，即被检钢轨质量不同于标准试件时，两个单线圈涡流检测探头接收的信号幅值不同，通过涡流检测仪的差动比较处理，输出显示一个幅值不为零的涡流信号，当涡流信号超过设定的报警阀值时，涡流检测仪报警输出，判定这一涡流信号为缺陷信号，当前阵列电子切换接通开关接通的单线圈涡流检测探头下面位置的被检钢轨检测面有裂纹缺陷；

d. 涡流检测仪接收到涡流信号后，通过I/O接口向可编程信号控制器发送控制信号，可编程信号控制器接收到涡流检测仪的控制信号后，向阵列电子切换接通开关发送关闭当前接通的单线圈涡流检测探头并接通相邻的下一个单线圈涡流检测探头的控制信号；

e.按照步骤c、步骤d中的方法，从被检钢轨检测面的前端至末端，顺序控制接通和关闭固定在一字排列的多个探头支撑斜块的斜面上的单线圈涡流检测探头，直到所有的单线圈涡流检测探头都完成一次涡流检测。