CN109596704B - 一种车轮专用涡流感应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮专用涡流感应器，包括：铁制固定套，其内侧设有环形开口，涡流检测探头，其分为三段；所述铁制固定套展开成一个平面时，三段涡流检测探头成一条直线；连接涡流检测探头与综合处理装置的导线；支架；与车轮相配合的摇杆；其中，所述铁制固定套由第一固定套体和第二固定套体组成；第一固定套体与所述支架相连；所述第一固定套体与第二固定套体一端可旋转连接在一起；另一端卡扣连接。本发明的涡流感应器，整体采用环形结构，内设环形开口，提供了一种适用于车轮形状的涡流感应器，且涡流检测探头，采用线排布，减少了多个涡流检测探头在检测时的相互干扰；涡流成像装置和声光报警装置相连，对缺陷的判断更加直观。

Description

一种车轮专用涡流感应器

技术领域

本发明属于无损检测领域，尤其涉及一种车轮专用涡流感应器。

背景技术

随着城市交通的快速发展，人们对乘车的安全性和可靠性提出了更高的要求。昔日的以故障修为主的维修模式，已不能满足日益繁忙的交通对安全性的要求。对轨道以及车轮进行抽检或定期检测，转变维护模式，使得乘车安全向着综合化、智能化方向发展，已成为保障乘车安全的重要手段之一。

目前已研制成功并投入使用的监测系统，绝大多数都是以铁路或高速铁路的需求为基础的。虽然铁路与铁路查到系统有很多相似的地方，但在设备环境和使用等方面还存在很大的的的差异。而在监测系统中，针对车轮缺陷测距的方法主要由超声波、激光、图像识别以及电涡流者四种。激光对反射面的光洁度、偏转角度要求较高，且激光和图像识别均易受车轮状态影响，如粉尘、油污较大等。而超声波对宽度小于50mm的部分难以实施探伤。电涡流在相同条件下，具有很好的检测效果。

现有的涡流感应器，多采用阵列式，不需要使用接卸是探头扫描即可实现大面积范围的高速检测，有效地提高了传感器系统的检测速度、精度和可靠性。而且在检测过程中，因为阵列式感应器设有多个检测探头，彼此在工作时，会产生一定的干扰，影响最终的精确度。并且，因为车轮的特殊形状，其具有踏面和两个侧面，目前还没有针对车轮的特殊形状进行检测的涡流感应器。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种车轮专用的涡流感应器，其涡流检测探头采用线式排布，精密度高。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

一种车轮专用涡流感应器，包括：

铁制固定套，其靠近圆心一侧设有环形开口，用于套合所述车轮；

涡流检测探头，其设与铁制固定套内侧，其分为三段，分别用于检测所述车轮的踏面及两个侧面；所述铁制固定套展开成一个平面时，三段涡流检测探头成一条直线；

导线，其一端与所述涡流检测探头相连，另一端与综合处理装置相连；

支架，其与所述铁制固定套固定连接；

摇杆，其与所述车轮相配合，使得所述车轮转动；

其中，所述铁制固定套由第一固定套体和第二固定套体组成；所述第一固定套体远离环形开口一侧与所述支架相连；所述第一固定套体的第一连接端与所述第二固定套体的第二连接端可旋转连接在一起；所述第一固定套体的第一自由端设置有第一扣件；所述第二固定套体的第二自由端设置有第二扣件；所述铁制固定套套合所述车轮时，所述第一扣件和所述第二扣件相互扣合。

本发明所述涡流感应器，整体采用环形，内设环形开口的铁制固定套，并且将铁制固定套分成两部分，一端可旋转连接，另一端卡扣连接，实现套合所述车轮。所述涡流感应器环形开口的内部还设有涡流检测探头，分为三段，分别用于检测所述车轮的踏面以及两个侧面，所述铁制固定套展开成一个平面时，三段涡流检测探头成一条直线；采用线式排布，降低了阵列排布时，多个涡流检测探头之间产生的干扰，提高了涡流感应器的精密度和准确度；所述涡流感应器的其中一部分与支架相连，用于固定所述涡流感应器。本发明还设有摇杆，其与涡流检测探头的线排布相配合使用。因为涡流检测探头为线排布，仅仅能检测车轮的一条线的缺陷情况，而在加了摇杆之后，摇杆使得与所述涡流感应器套合的车轮旋转，呈线排布的涡流检测探头即可扫描整个车轮。

作为本发明的一种优选方案，所述涡流检测探头由磁芯和线圈组成；所述磁芯为铁氧体磁芯；所述线圈缠绕在所述铁氧体磁芯上；所述涡流检测探头与车轮的接触端面由柔性材料制成，非接触端面由磁场屏蔽材料制成。在线圈内加磁芯，可以集中磁场能量，提高检测灵敏度。而将涡流检测探头不与车轮接触的端面设置成磁场屏蔽材料，可以减少在检测过程中，涡流检测探头彼此之间的干扰以及其他外界因素对其的干扰。该线圈同时具有激励线圈和接收线圈两种功能。将涡流检测探头于车轮的接触端面设为柔性材料，减小了车轮表面粗糙度对检测结果的影响。

作为本发明的一种优选方案，所述支架包括顶面、侧面和底面；所述顶面的宽度不小于车轮踏面的宽度，且不大于底面的宽度；所述顶面至少有一部分为曲面。顶面设有至少一部分曲面，用于放置铁制固定套。顶面的宽度不小于车轮踏面的宽度，可使得铁制固定套放入所述顶面时，所述车轮可全部放入所述曲面中，即，车轮的重力全部放入曲面上，保障了检测过程中的稳定性。而地面的宽度大于或者等于顶面宽度，使得支架的重心在中间或者下部，也是保障了整体的稳定性。

本发明的另一种优选方案为，所述摇杆包括：

操作杆，其一端设有手柄，另一端设有卡头；

摇把头，其一端为与所述卡头相配合的卡口；另一端为与所述车轮相连接的端头；

其中，所述手柄与所述操作杆一体成型；所述手柄上设有防滑护套。

摇把头用来联系操作杆和车轮，通过操作杆控制摇把头的旋转，来间接控制所述车轮的旋转。所述操作杆上设有防滑护套，防止手部出汗而打滑。

作为本发明的一种优选方案，还包括温度感应器；所述铁制固定套上设有通孔，所述温度感应器的工作端插入所述通孔，并通过橡胶胶水固定；所述温度感应器外侧设有封闭结构；所述温度感应器与所述综合处理装置导线相连。绝对式涡流检测探头对材料性能或形状的突变或缓慢变化均能作出反应，混合信号较易区分，能显示缺陷的整个长度，但易受温度变化影响产生漂移。在铁制固定套外设置温度感应器，通过综合处理器进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

作为本发明的一种优选方案，所述综合处理装置包括振荡器模块、检波模块、温度补偿模块、线性补偿模块和输出缓冲级模块；所述涡流检测探头通过导线与所述振荡器模块相连。振荡器模块产生的高频振荡电流通过导线流入探头线圈中，线圈产生一个高频电磁场。当铁制固定套套合待检测车轮时，由于高频磁场的作用，在车轮表面上就产生了感应电流，即电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈磁场方向相反，这个磁场相互叠加改变了原线圈的阻抗。探头线圈的等效电阻变化受被检测金属导体的电阻率、磁导率、线圈与金属导体的距离以及线圈激励电流的频率等影响。其中，在实际应用中，控制电导率、磁导率、频率这几个参数在一定范围内保持不变。则线圈的等效电阻变化由线圈与金属导体的距离控制，此函数为曲线，中间线性最好，两端线性变差。通过线性补偿模块，将线圈与金属导体的距离变化，转化为电压或者电流变化，从而利用线性好的部分，来检测缺陷。涡流检测探头易受温度变化影响产生漂移。振荡器模块将振荡器模块输出的交流电压信号转换（整流滤波）成直流电压信号，输送到检波模块。在铁制固定套外设置温度感应器，通过综合处理器进行温度补偿计算，降低了系统性误差。输送缓冲级模块将直流电压信号放大病输送到成像系统。

作为本发明的一种优选方案，还包括声光报警装置和成像装置，二者并联，且均与所述综合处理装置导线相连。成像装置，可以清楚的将涡流检测探头检测到的缺陷呈现出来，使得对缺陷的判断更加直观。声光报警装置，可以通过设置报警阈值，在缺陷高于某一数值时，进行声光报警。二者并联，即，其中某一装置发生故障，另一装置还可继续进行判断。确保了在特殊情况下，对车轮缺陷的判断。

作为本发明的一种优选方案，还包括电子切换装置，其与所述涡流检测探头相连，用于控制和改变涡流检测探头中线圈的激励频率、强度、顺序以及滤波参数。本发明的涡流检测探头并非采用传统的阵列式，而是线排布。但是线排布时，其左右涡流检测探头中的线圈之间也存在着干扰。电子切换装置与所述涡流检测探头相连，可以灵活改变和切换探头的激励和接收方式。激励的顺序可以有多种，如，某一线圈激励时，与其相邻的其他激励线圈不激励，仅当这一激励线圈激励结束后，与其相邻的另一个激励线圈开始激励，激励时序设置有一定的间隔时间；或者是，某一激励线圈激励时，与其不相邻的，即与其间隔1个或多个的线圈同时激励。电子切换装置还可控制线圈的激励频率、强度以及滤波参数。当检测到缺陷时，可不激励未检测到缺陷的线圈，将检测到缺陷的一段的线圈的激励频率、强度增大，以增强其对缺陷的灵敏度。

作为本发明的一种优选方案，所述涡流检测探头扫描方式为单激励/差分接收扫描。根据传感器的原理，传感器首先需要一个激励线圈，通以交变电流，使其周围及受检弓箭内激励形成电磁场；同时为了检出在电磁场作用下反映弓箭各种特征信号，还需要一个接收线圈。涡感应器的激励线圈和接收线圈可以是功能不同的两个线圈，也可以是同一线圈具有激励和接收两种功能。在本优选方案中，将每三个线圈分为一组。因为本发明的涡流检测探头为线排布，所述的单激励/差分接收扫描为：处于中间位置的线圈为激励线圈，而其两侧的线圈为接收线圈。

作为本发明的一种优选方案，所述铁制固定套外表面涂有过氯乙烯防腐漆或高氯化聚乙烯防腐漆中的一种。铁制固定套易于空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应，在其外表面涂有防腐的油漆，可以避免其外表面发生腐蚀现象，从而延长其使用寿命。

本发明的有益之处在于：

1、本发明涡流感应器整体采用环形结构，内设环形开口，提供了一种适用于车轮形状的涡流感应器，可对车轮踏面和侧面检测；

2、涡流感应器内部设置有三段涡流检测探头，采用线排布，与摇杆相配合使用，使得一排涡流检测探头就能检测车轮，减少了多个涡流检测探头在检测时的相互干扰，省时省力；

3、与涡流成像装置和声光报警装置相连，对缺陷进行成像显示和声光报警，对缺陷的判断更加直观。

4、铁制固定套外设温度感应器，通过综合处理器进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

附图说明

图1为本发明的涡流感应器的示意图；

图2为本发明第一固定套与第二固定套体套合车轮示意图；

图3为本发明的铁制固定套展开时局部示意图；

图4为本发明摇杆示意图；

图5为本发明涡流检测探头局部排列示意图；

图6位本发明支架示意图；

图7为本发明的温度感应器插入铁制固定套通孔的示意图；

图8为综合处理装置示意图；

图9为一种涡流线排布传感器线圈分布示意图；

图10为单激励/差分接收扫描规则示意图；

图11为成像示意图。

其中，1、铁制固定套；11、第一固定套体；111、第一连接端；112、第一自由端；1121、第一扣件；12、第二固定套体； 121第二连接端；122、第二自由端；1221、第二扣件；13、通孔；2、涡流检测探头；21、磁芯；22、线圈；23、接触端面；24、非接触端面；3、导线； 4、支架；41、顶面；411、曲面；42、侧面；43、底面；5、摇杆；51、操作杆；511、手柄；512、卡头；52、摇把头；521、卡口；522、端头；6、综合处理装置；61、振荡器模块；62、线性补偿模块； 63、温度补偿模块；64、检波模块； 65、输出缓冲级模块； 7、温度感应器；71、工作端；72、封闭结构； 8、车轮；81、踏面；82、侧面；9、声光报警装置；10、成像装置；14、缺陷。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种车轮8专用涡流感应器，如图1所示，包括：铁制固定套1，其靠近圆心一侧设有环形开口，用于套合所述车轮8，如图2所示。涡流检测探头2，其设与铁制固定套内侧，其分为三段，分别用于检测所述车轮8的踏面81及两个侧面82；所述铁制固定套1展开成一个平面时，三段涡流检测探头2成一条直线，如图3、图5所示；导线3，其一端与所述涡流检测探头2相连，另一端与综合处理装置6相连；支架4，其与所述铁制固定套1固定连接；摇杆5，其与所述车轮8相配合，使得所述车轮8转动；其中，所述铁制固定套1由第一固定套体11和第二固定套体12组成；所述第一固定套体11远离环形开口一侧与所述支架4相连；所述第一固定套体11的第一连接端111与所述第二固定套体12的第二连接端121可旋转连接在一起；所述第一固定套体11的第一自由端112设置有第一扣件1121；所述第二固定套体12的第二自由端122设置有第二扣件1221；所述铁制固定套1套合所述车轮8时，所述第一扣件1121和所述第二扣件1221相互扣合。本发明的涡流检测探头2可以在铁制固定套1任一一处，并不局限于某一处位置。

作为本发明的另一种实施方式，所述涡流检测探头2由磁芯21和线圈22组成；所述磁芯21为铁氧体磁芯21；所述线圈22缠绕在所述铁氧体磁芯21上；所述涡流检测探头2与车轮8的接触端面23由柔性材料制成，非接触端面24由磁场屏蔽材料制成。最好是，所述探头于车轮8的接触端面23为耐磨的柔性材料，一提高探头的使用寿命。

作为本发明的另一种实施方式，如图6所示，所述支架4包括顶面41、侧面42和底面43；所述顶面41的宽度不小于车轮8踏面81的宽度，且不大于底面43的宽度；所述顶面41至少有一部分为曲面411。支架4为实心结构，最好为密度较大的金属结构或木质，其表面刷有耐腐蚀的油漆。

作为本发明的另一种实施方式，如图4所示，所述摇杆5包括：操作杆51，其一端设有手柄511，另一端设有卡头512；摇把头52，其一端为与所述卡头512相配合的卡口521；另一端为与所述车轮8相连接的端头522；其中，所述手柄511与所述操作杆51一体成型；所述手柄511上设有防滑护套。本发明的手柄511设计为符合人体构造的曲线形，使得使用过程中更舒适。

作为本发明的另一种实施方式，如图7所示，还包括温度感应器7；所述铁制固定套1上设有通孔13，所述温度感应器7的工作端71插入所述通孔13，并通过橡胶胶水固定；所述工作端71的长度不超过所述涡流检测探头2的长度。所述温度感应器7外侧设有封闭结构72；所述温度感应器7与所述综合处理装置6导线3相连。本发明并不仅局限于温度感应器7，其他如利用物体的红外辐射特点，采用红外热成像仪摄像机进行监控，来实施监测摄像头可见范围内的物体的表面温度，且探测的温度差极小，仅0.05℃。

作为本发明的另一种实施方式，如图8所示，所述综合处理装置6包括振荡器模块61、检波模块64、温度补偿模块63、线性补偿模块62和输出缓冲级模块65；所述涡流检测探头通过导线3与所述振荡器模块61相连。

作为本发明的另一种实施方式，还包括声光报警装置9和成像装置10，二者并联，且均与所述综合处理装置6导线3相连。在使用声光报警装置9时，设置四个报警区域，分别为H＜0.4mm，0.4 mm＜H＜0.8mm，0.8mm＜H＜1.2mm，H＞mm。不同的报警区域，设置不同的报警声音和不同的灯光颜色，或者以不同的、且明显能区别开的声音时长以及灯光闪烁次数进行区分。成像装置10可以清楚、直观的将缺陷14的图像呈现出来，如图11所示。

作为本发明的另一种实施方式，还包括电子切换装置，其与所述涡流检测探头相连，用于控制和改变涡流检测探头2中线圈22的激励频率、强度、顺序以及滤波参数。

作为本发明的另一种实施方式，所述涡流检测探头2扫描方式为单激励/差分接收扫描，每三个涡流检测探头2为一组。具体地，当某一激励线圈22激励时，与其相邻的其他激励线圈22不激励，仅当此激励线圈22激励结束后，与其相邻的另一个激励线圈22开始激励，激励时序设置一定间隔。如，如图10所示，A2为激励线圈22，与A2相邻的A1和A3位接收线圈22。如图9所示，当A2激励时，其他线圈22不激励，仅当A2线圈22激励结束后，A5才开始激励，激励时序设置为0.1秒。也可以为，互不相邻的线圈22都作为激励线圈22，同时对激励线圈22进行激励。即，在图9中，A2与A5、A8......同时激励。

作为本发明的另一种实施方式，所述铁制固定套1外表面涂有过氯乙烯防腐漆或高氯化聚乙烯防腐漆中的一种。

本发明的涡流感应器的使用方法为：拿起第二固定套体12，使得其沿着第二连接端121旋转，然后将车轮8放入所述第一固定套体11中，继续旋转第二固定套体12，使得第二自由端122与第一固定套体11的第一自由端112相接，然后拿起金属环，使得其旋转，与第二固定套体12上的凸起部相配合，从而使得第一固定套体11与第二固定套体12套合固定连接。将摇把头52的端头522插入所述车轮8中，并将操作杆51的卡头512插入摇把头52的卡口521中。打开电源，打开电子切换装置、成像装置10和声光报警器，电子切换装置控制涡流检测探头2中线圈22的激励频率、强度、顺序以及滤波参数。此时手握防滑护套，轻轻转动车轮8，同时对激励线圈22进行激励，互不相邻的线圈22作为激励线圈22。所述涡流检测探头通过导线3与所述振荡器模块61相连。振荡器模块61产生的高频振荡电流通过导线3流入探头线圈22中，线圈22产生一个高频电磁场。当铁制固定套1套合待检测车轮8时，由于高频磁场的作用，在车轮8表面上就产生了感应电流，即电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈22磁场方向相反，这个磁场相互叠加改变了原线圈22的阻抗。通过线性补偿模块62，将线圈22与金属导体的距离变化，转化为电压或者电流变化。振荡器模块61将振荡器模块61输出的交流电压信号转换（整流滤波）成直流电压信号，输送到检波模块64。在铁制固定套1外设置温度感应器7，通过综合处理器进行温度补偿计算，降低了系统性误差。输送缓冲级模块将直流电压信号放大并输送到成像系统。当检测到的缺陷14较小时，同过电子切换装置，增大缺陷14较小处的涡流检测探头2的线圈22的激励频率以及强度。检测结束后，记录并保存成像装置10中缺陷14的图像，关闭成像装置10、声光报警器、电子切换装置以及电源。将摇把头52和操作杆51卸下后保存好，拉起金属环，使其与凸起部分离，，然后拿起第二固定套体12，使得其沿着第二连接端121旋转，将车轮8取出，继续旋转第二固定套体12，使得第二自由端122与第一固定套体11的第一自由端112相接。最后将铁制固定套1保存收纳、保存，以待下次使用。

检测试验

取2个车轮8，采用人工刻上伤的方式，在表面上刻50个伤痕，深度依次在0.001mm-5mm之间，使用本发明涡流感应器进行测试，标定好涡流感应器探头在无人工刻伤的值为零。经测试得，所能探测出的最小缺陷14处的数值为0.005mm，即为本发明所述涡流感应器的探测灵敏度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (1)

1.一种车轮专用涡流感应器，其特征在于，包括：

铁制固定套，其靠近圆心一侧设有环形开口，用于套合所述车轮；

涡流检测探头，其设于 铁制固定套内侧，分为三段，分别用于检测所述车轮的踏面及两个侧面；所述铁制固定套展开成一个平面时，三段涡流检测探头成一条直线；

导线，其一端与所述涡流检测探头相连，另一端与综合处理装置相连；

支架，其与所述铁制固定套固定连接；

摇杆，其与所述车轮相配合，使得所述车轮转动；

所述铁制固定套由第一固定套体和第二固定套体组成；所述第一固定套体远离环形开口一侧与所述支架相连；所述第一固定套体的第一连接端与所述第二固定套体的第二连接端可旋转连接在一起；所述第一固定套体的第一自由端设置有第一扣件；所述第二固定套体的第二自由端设置有第二扣件；所述铁制固定套套合所述车轮时，所述第一扣件和所述第二扣件相互扣合；所述支架包括顶面、侧面和底面；所述顶面的宽度不小于车轮踏面的宽度，且不大于底面的宽度；所述顶面至少有一部分为曲面；

所述涡流检测探头由磁芯和线圈组成；所述磁芯为铁氧体磁芯；所述线圈缠绕在所述铁氧体磁芯上；所述涡流检测探头与车轮的接触端面由柔性材料制成，非接触端面由磁场屏蔽材料制成；

所述摇杆包括：

操作杆，其一端设有手柄，另一端设有卡头；

摇把头，其一端为与所述卡头相配合的卡口；另一端为与所述车轮相连接的端头；

其中，所述手柄与所述操作杆一体成型；所述手柄上设有防滑护套；

还包括温度感应器；所述铁制固定套上设有通孔，所述温度感应器的工作端插入所述通孔，并通过橡胶胶水固定；所述温度感应器外侧设有封闭结构；所述温度感应器与所述综合处理装置导线相连；

所述综合处理装置包括振荡器模块、检波模块、温度补偿模块、线性补偿模块和输出缓冲级模块；所述涡流检测探头通过导线与所述振荡器模块相连；

还包括声光报警装置和成像装置，二者并联，且均与所述综合处理装置导线相连；

还包括电子切换装置，其与所述涡流检测探头相连，用于控制和改变涡流检测探头中线圈的激励频率、强度、顺序以及滤波参数；

所述涡流检测探头扫描方式为单激励/差分接收扫描，每三个涡流检测探头为一组；

所述铁制固定套外表面涂有过氯乙烯防腐漆或高氯化聚乙烯防腐漆中的一种。

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