CN106153734B - 二次波轮式探头支架及探头 - Google Patents

二次波轮式探头支架及探头 Download PDF

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Abstract

一种二次波轮式探头支架，为对称结构，中间为平面安装部，平面安装部的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，每个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器，安装有能够在钢轨中产生折射角度为37～45度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部，其顶面相对于两侧的平面安装部或者倾斜安装部与其交界部分连接产生的面具有一定的高度差。本发明还公开了一种使用上述支架的探头。本发明相比现有技术具有以下优点：无需改变现有轮状耦合介质容器的尺寸，通过改变探头支架的结构，即可以扩大检测范围、减小检测盲区，达到对钢轨全面检测的效果。

Description

二次波轮式探头支架及探头
技术领域
本发明涉及一种超声波检测装置，特别是一种二次波轮式探头支架及探头。
背景技术
利用超声波对钢轨进行无损探伤检测是确保机车安全运行的重要举措。公告号为CN20181765Y的中国专利公开的一种用于手推式超声波探伤车的轮式探头，包括超声波换能器、支架、耦合介质、轮状耦合介质容器及固定到车体上的支架轴，所述的支架具有中间为平面安装部、平面安装部两侧分别依次连接的第一倾斜安装部和第二倾斜安装部，其端面上垂直开设有安装超声波换能器的螺孔和透射超声波的圆形或方形窗口，支架中间平面安装部上安装的超声波换能器产生的超声波在钢轨中的折射角度为0度(折射角是在钢轨中折射的波束与垂直方向的夹角)，其在钢轨中产生垂直向下的波束，主要用于检测钢轨的水平裂纹；支架中间平面安装部两侧的第一倾斜安装部的端面上分别相对倾斜安装的超声波换能器产生的超声波束在钢轨中的折射角度为37～45度，主要用于检测钢轨的腰部；紧挨第一倾斜安装部的第二倾斜安装部的端面上相对倾斜安装的超声波换能器产生的超声波束在钢轨中的折射角度为65～75度，主要用于检测钢轨的头部。由于支架第二倾斜安装部的端面上相对倾斜安装的三对超声波换能器产生的超声波束在钢轨中的折射角度是相同的，且三对超声波换能器产生的超声波束的传播方向和钢轨的行进方向时平行的，分别对应于钢轨的内、中、外，而钢轨头部的两侧则是弧形的，故即使把安装在支架第二倾斜安装部的端面外侧和内侧上的超声波换能器分别向外侧和内侧移动，其产生的超声波束也不能有效地进入到弧形钢轨头部的两侧，因此该超声波换能器在检测钢轨的头部时存在部分盲区，特别就是钢轨头部的两侧。
基于上述技术问题,本申请人的公告号为CN203643404U的中国专利公开了一种二次波轮式探头，包括超声波换能器、支架、耦合介质、轮状耦合介质容器及固定到车体上的支架轴，如图1和图2所示，所述的支架具有中间为平面安装部24、平面安装部24两侧分别依次连接的第一倾斜安装部25和第二倾斜安装部26，其端面上垂直开设有安装超声波换能器的螺孔和透射超声波的圆形或方形窗口，平面安装部24和第一倾斜安装部25上安装有超声波换能器6，所述支架的第二倾斜安装部26向下拉长，其向下拉长部分的端面上分别相对倾斜的安装一个超声波换能器64，第二倾斜安装部26上半部分的端面上自该端面中心线两旁分别由高至低向两边外侧倾斜的安装一个超声波换能器63，第二倾斜安装部26上半部分端面中心线的两旁与安装的超声波换能器63之间，分别设有一块自该端面中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块7。该超声波换能器产生的超声波束在钢轨中的折射角度为70度，并产生反射的二次波，扩大了检测范围，减小了检测盲区，实际70度探头只是一个习惯性叫法，指的是超声波换能器产生的超声波束在钢轨中的折射角度为70度左右。
但是实际应用过程中，当信号从超声波换能器发出时，当碰到和钢轨的表面接触时会有信号反射回来，我们称为第一次界面波，当超声波再次从钢轨表面反射回去时，我们称为第二次界面波。由于我们要使有效的检测信号处于一次界面波和二次界面波之间，当检测钢轨的轨底裂纹或者用二次波来检测钢轨头部的核伤时，必须有距离足够长的声程来保证，这样必须使一次界面波和二次界面波之间的距离足够长，这就必须将探头抬高，增大耦合介质容器的尺寸，但是这将导致重量的增加及安装的困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能够扩大检测范围、减小检测盲区的二次波轮式探头支架及探头。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种二次波轮式探头支架，为对称结构，中间为平面安装部，平面安装部的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，若干个倾斜安装部首尾相接，每个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器，定义安装有能够在钢轨中产生折射角度为37～45度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部为第二安装部，与该第二安装部的两侧连接的分别是第一安装部和第三安装部，第一安装部为平面安装部或者倾斜安装部，第三安装部为倾斜安装部，第一安装部的顶面与第二安装部交界的部分称为第一交界线，第三安装部的顶面与第二安装部交界的部分称为第二交界线，以超声波的入射方向作为垂直参考轴，第二安装部的顶面高于第一交界线和第二交界线连接产生的面。
因为各倾斜安装部的位置可以互换，所以所述第二安装部两边的安装部可以一边是平面安装部部一边是倾斜安装部，所述第二安装部两边的安装部也可以都是倾斜安装部。
作为优选的方案，该第二安装部为一体成型。
作为优选的方案，该第二安装部包括上下两部分，下部的前后两边即与两侧的平面安装部或者倾斜安装部交界的部分，上部为固定在下部上的垫块。
作为优选的方案，所述垫块包括第一垫块和第二垫块，所述第一垫块固定在第二安装部的左右两侧，第二垫块固定在第一垫块的上方。
作为优选的方案，所述固定方式是焊接或者是螺丝锁固。
作为优选的方案，安装能够在钢轨中产生折射角度为65～75度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部的上部设有自其中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块。
作为优选的方案，所述支架上没有安装超声波换能器的地方镂空。
作为优选的方案，距离平面安装部较近的倾斜安装部的顶面相对于平面安装部的顶面向下倾斜的角度小于距离平面安装部的顶面较远的倾斜安装部的顶面相对于平面安装部的顶面向下倾斜的角度。
作为优选的方案，所述安装有能够在钢轨中产生折射角度为65～75度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部，其分为两部分顶端具有高度差的两部分。
本发明还提供一种使用如上任一项方案所述的二次波轮式探头支架的探头，包括支架、超声波换能器、耦合介质、轮状耦合介质容器及固定到车体上的支架轴，支架、超声波换能器、耦合介质均安装在轮状耦合介质容器内，超声波换能器安装在支架上，支架轴连接在支架的两边；
所述支架为对称结构，中间为平面安装部，平面安装部的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，每个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器。
本发明相比现有技术具有以下优点：无需改变现有轮状耦合介质容器的尺寸，通过改变探头支架的结构，即可以扩大检测范围、减小检测盲区，达到对钢轨全面检测的效果。
附图说明
图1是现有二次波轮式探头支架的结构示意图；
图2是现有二次波轮式探头支架上安装了超声波换能器的结构示意图；
图3是二次波轮式探头的示意图；
图4是本发明实施例一中的不带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图；
图5是本发明实施例一中的带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图；
图6是本发明实施例二中的不带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图；
图7是本发明实施例二中的带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图；
图8是本发明实施例三中的不带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图；
图9是本发明实施例三中的带阶梯块的二次波轮式探头支架结构示意图。
图10为第一倾斜安装部的高度未增加时的一次界面波和二次界面波之间的有效检测范围示意图。
图11为第一倾斜安装部的高度增加后的一次界面波和二次界面波之间的有效检测范围示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图3、图4所示，本实施例二次波轮式探头，包括支架100、超声波换能器(图未示)、耦合介质(图未示)、轮状耦合介质容器300及固定到车体上的支架轴400。
支架100、超声波换能器、耦合介质均安装在轮状耦合介质容器300内，超声波换能器安装在支架100上，上述的支架轴400为两段，分别连接在支架100的两边。
所述支架100为对称结构，中间为平面安装部102，平面安装部102的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，本实施例中每侧各有两个倾斜安装部：第一倾斜安装部104、第二倾斜安装部106。所述第二倾斜安装部106的起始端与第一倾斜安装部104的结束端重合，第一倾斜安装部104的顶面相对于平面安装部102的顶面向下倾斜的角度小于第二倾斜安装部106的顶面相对于平面安装部102的顶面向下倾斜的角度。平面安装部102和各个倾斜安装部上均开设有使超声波换能器的超声波透过的孔。
所述第一倾斜安装部104的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生37度～45度的超声波。所述第二倾斜安装部106的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生65度～75度的超声波。
平面安装部102和各个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器。
实际应用中发现，用来检测轨道腰部的第一倾斜安装部104上的超声波换能器发射的超声波无法保证轨底的检测在第二次界面波之前，造成检测盲区，通过改变该倾斜安装部的角度也无法改变超声波的入射范围，通过增大轮状耦合介质容器300的整体尺寸，并将轮状耦合介质容器300内的探头支架安装位置相对于原紧凑的安装位置整体抬高，能够扩大第一倾斜安装部104上的超声波换能器发射的超声波的入射范围，但是该种设计需要改变轮状耦合介质容器300尺寸，造成制造成本增加，并且由于轮状耦合介质容器300尺寸的增加，其中填充的耦合介质的质量增加，探头整体重量增加，且相对应的安装探头的钢轨探伤车的相应部位的尺寸均需要改变，涉及改造的部件较多。
本申请人采用加高第一倾斜安装部104的高度的方式，使安装在第一倾斜安装部104上的超声波换能器发射的超声波的检测范围扩大。具体的，所述第一倾斜安装部104的顶面相对于两侧的平面安装部102或者第二倾斜安装部106的顶面具有一定的高度差，该高度差以需要检测的实际钢轨的尺寸而定。如图4，平面安装部102的顶面与第一倾斜安装部104交界的部分称为第一交界线1042，第二倾斜安装部106的顶面与第一倾斜安装部104交界的部分称为第二交界线1046，以超声波的入射方向作为垂直参考轴，第一倾斜安装部104的顶面高于第一交界线1042和第二交界线1046连接产生的面。
该加高的第一倾斜安装部104可以是一体成型的结构，如图4中所示，也可以是在现有的倾斜安装部的两侧固定垫块，然后使用一具有开孔的垫块固定在垫块上。上述固定方式可以是焊接或者是螺丝锁固。
如图10和图11所示，图10为第一倾斜安装部104的高度未增加时的一次界面波和二次界面波之间的有效检测范围，图11为第一倾斜安装部104的高度增加后的一次界面波和二次界面波之间的有效检测范围，可以看出，第一倾斜安装部104的高度增加后，一次界面波和二次界面波之间的有效检测范围加大，减小了检测盲区。
作为优化的方案，探头支架上没有安装超声波换能器的地方都可以镂空，从而使无用的超声波从镂空的地方透射出去，避免对有用的信号造成干扰。
请参阅图5，第二倾斜安装部106上半部分端面中心线的两旁分别设有一块自该端面中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块1062，扩大了检测范围，减小了检测盲区。
该实施例中，可以将第一倾斜安装部104和第二倾斜安装部106的位置互换，本领域的一般技术人员均知晓，互换前后的区别只是检测到钢轨头部和腰部的时间先后对调而已，不影响任何的检测效果。
实施例二
该实施例与实施例一的区别在于支架的结构不同，请同时参阅图6所示，支架110为对称结构，中间为平面安装部112，平面安装部112的两侧分别依次连接第一倾斜安装部114、第二倾斜安装部116，以及第三倾斜安装部118。所述第二倾斜安装部116的起始端与第一倾斜安装部114的结束端重合，第一倾斜安装部114相对于平面安装部112向下倾斜的角度小于第二倾斜安装部116相对于平面安装部112向下倾斜的角度，第二倾斜安装部116相对于平面安装部112向下倾斜的角度小于第三倾斜安装部118相对于平面安装部112向下倾斜的角度。
所述第一倾斜安装部114的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生37度～45度的超声波。所述第二倾斜安装部116和第三倾斜安装部118的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生65度～75度的超声波。
当然同样的，各倾斜安装部的位置可以互换。
该种结构的支架增加了第三倾斜安装部118，相当于延长了第二倾斜安装部116的长度，使原来安装在第二倾斜安装部116上的超声波换能器分散安装到第二倾斜安装部116和第三倾斜安装部118，避免多个超声波换能器的二次波信号相互干扰的问题。
本申请人采用加高第一倾斜安装部114的高度的方式，使安装在第一倾斜安装部114上的超声波换能器发射的超声波的入射范围扩大。具体的，所述第一倾斜安装部114的顶面相对于两侧的平面安装部112或者第二倾斜安装部116的顶面具有一定的高度差，该高度差以需要检测的实际钢轨的尺寸而定。该加高的第一倾斜安装部114可以是一体成型的结构，如图中所示，也可以是在现有的倾斜安装部的两侧固定垫块，然后使用一具有开孔的垫块固定在垫块上。上述固定方式可以是焊接或者是螺丝锁固。
请参阅图7，第二倾斜安装部116上半部分端面中心线的两旁分别设有一块自该端面中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块1162，扩大了检测范围，减小了检测盲区。
实施例三
该实施例与实施例一的区别在于支架的结构不同，请同时参阅图8所示，支架120为对称结构，中间为平面安装部122，平面安装部122的两侧分别依次连接第一倾斜安装部124、第二倾斜安装部126，以及第三倾斜安装部128。所述第二倾斜安装部126的起始端与第一倾斜安装部124的结束端重合，第一倾斜安装部124相对于平面安装部122向下倾斜的角度小于第二倾斜安装部126相对于平面安装部122向下倾斜的角度。所述第三倾斜安装部128的起始端与第二倾斜安装部126的结束端不重合，且第三倾斜安装部128的起始端高于第二倾斜安装部126的结束端，从而第二倾斜安装部126与第三倾斜安装部128之间具有一向上立起的支撑墙268，所述第二倾斜安装部126相对于平面安装部122向下倾斜的角度接近或者等于第三倾斜安装部128相对于平面安装部122向下倾斜的角度。具体的，第二倾斜安装部126相对于平面安装部122向下倾斜的角度可以大于、小于或者等于第三倾斜安装部128相对于平面安装部122向下倾斜的角度。
所述第一倾斜安装部124的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生37度～45度的超声波。所述第二倾斜安装部126和第三倾斜安装部128的倾斜角度能使安装在该斜面上的超声波换能器在钢轨中产生65度～75度的超声波。
当然同样的，各倾斜安装部的位置可以互换。
该种结构的支架抬高了第三倾斜安装部268，使产生相近角度(65度～75度)超声波的超声波换能器不在同一个平面安装部上，避免多个超声波换能器的二次波信号相互干扰的问题。
本申请人采用加高第一倾斜安装部124的高度的方式，使安装在第一倾斜安装部124上的超声波换能器发射的超声波的入射范围扩大。具体的，所述第一倾斜安装部124的顶面相对于两侧的平面安装部122或者第二倾斜安装部126的顶面具有一定的高度差，该高度差以需要检测的实际钢轨的尺寸而定。该加高的第一倾斜安装部124可以是一体成型的结构，如图中所示，也可以是在现有的倾斜安装部的两侧固定垫块，然后使用一具有开孔的垫块固定在垫块上。上述固定方式可以是焊接或者是螺丝锁固。
请参阅图9，第二倾斜安装部126上半部分端面中心线的两旁分别设有一块自该端面中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块1262，扩大了检测范围，减小了检测盲区。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二次波轮式探头支架，为对称结构，中间为平面安装部，平面安装部的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，若干个倾斜安装部首尾相接，每个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器，其特征在于：定义安装有能够在钢轨中产生折射角度为37～45度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部为第二安装部，与该第二安装部的两侧连接的分别是第一安装部和第三安装部，第一安装部为平面安装部或者倾斜安装部，第三安装部为倾斜安装部，第一安装部的顶面与第二安装部交界的部分称为第一交界线，第三安装部的顶面与第二安装部交界的部分称为第二交界线，以超声波的入射方向作为垂直参考轴，第二安装部的顶面高于第一交界线和第二交界线连接产生的面。
2.根据权利要求1所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，该第二安装部为一体成型。
3.根据权利要求1所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，该第二安装部包括上下两部分，下部的前后两边即与两侧的平面安装部或者倾斜安装部交界的部分，上部为固定在下部上的垫块。
4.根据权利要求3所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，所述垫块包括第一垫块和第二垫块，所述第一垫块固定在第二安装部的左右两侧，第二垫块固定在第一垫块的上方。
5.根据权利要求4所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，所述固定方式是焊接或者是螺丝锁固。
6.根据权利要求1至5任一项所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，安装能够在钢轨中产生折射角度为65～75度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部上部设有自其中心线两旁由高至低向两边外侧倾斜的阶梯块。
7.根据权利要求1所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，所述支架上没有安装超声波换能器的地方镂空。
8.根据权利要求1所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，距离平面安装部较近的倾斜安装部的顶面相对于平面安装部的顶面向下倾斜的角度小于距离平面安装部较远的倾斜安装部的顶面相对于平面安装部的顶面向下倾斜的角度。
9.根据权利要求8所述的二次波轮式探头支架，其特征在于，安装有能够在钢轨中产生折射角度为65～75度的超声波束的超声波换能器的倾斜安装部分为顶端具有高度差的两部分。
10.一种使用如权利要求1-9任一项所述的二次波轮式探头支架的探头，其特征在于：包括支架、超声波换能器、耦合介质、轮状耦合介质容器及固定到车体上的支架轴，支架、超声波换能器、耦合介质均安装在轮状耦合介质容器内，超声波换能器安装在支架上，支架轴连接在支架的两边；
所述支架为对称结构，中间为平面安装部，平面安装部的两侧分别依次连接若干个倾斜安装部，每个倾斜安装部上均装有至少一个超声波换能器。
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