CN112083071A - 一种传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，该结构包括：安装支架，及安装于安装支架上的超声波换能器。安装支架包括第一平面，及分别连接于第一平面相对两侧的第一斜面，第一斜面关于第一平面的横向中轴线呈轴对称布置。第一平面及第一斜面上均安装有超声波换能器，压电晶片在第一斜面上的安装面自一平行于第一平面延伸面的平面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向钢轨内侧倾斜第二角度，使得压电晶片发射的超声波束能在钢轨轨颚经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨内侧的整个轨距角。本发明能解决现有探轮在重载铁路钢轨探伤过程中对轨头内侧的轨距角处伤损检出效果不佳的技术问题。

Description

一种传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用

技术领域

本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是应用于铁路，特别是重载铁路钢轨探伤的传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用。

背景技术

轮式超声波探伤技术因其检测速度快、检测精度高、定位准确等特点在铁路探伤领域得到快速发展。现有轮式钢轨探伤车的最高检测速度可达80km/h，适用轨型包括43kg/m、50kg/m、60kg/m及75kg/m。在高速探伤过程中，探伤车通过探轮中不同角度的换能器发射超声波来检测钢轨中不同部位的伤损。其中，0度换能器，产生的超声波束在钢轨内的折射角为0度，用于监控轮式探头工作状态；45度换能器，产生的超声波束在钢轨内的折射角为37-45度，用于检测轨腰、轨底的伤损，常规、偏斜70 度换能器，产生的超声波束在钢轨内的折射角为60-70度，用于检测轨头伤损。

对于60型钢轨(轨型为60kg/m的钢轨)，探轮中偏斜70度换能器产生的超声波声束经轨颚反射后，其二次波能够覆盖轨头内侧，从而检测轨距角处的伤损，其声束覆盖钢轨横截面情况如附图1所示。对于重载铁路75型钢轨(轨型为75kg/m的钢轨)，与60型钢轨相比，其轨面弧度更小且轨头高度更大，偏斜70度声束覆盖钢轨横截面情况如附图2所示，其二次波只能覆盖部分轨距角。因此，对于75kg/m钢轨的轨头内侧伤损，偏斜70度的检出效果待提升。

在现有技术中，主要有以下技术方案与本申请相关：

现有技术1为2007年06月21日申请，并于2008年12月10日公开，公开号为CN101320020A的中国发明申请。该申请公开了一种用于手推式超声波探伤车的轮式探头，包括：多个超声波换能器、支架、耦合介质，轮状耦合介质容器及固定到车体上的轴。其中，支架通过支架轴与手推式探伤车连接，支架固定在支架轴上，多个超声波换能器安装在支架上，超声波换能器和支架位于耦合介质容器内部，耦合介质容器通过轴与车体连接，耦合介质容器为轮状，在耦合介质容器中充有耦合介质，超声波换能器和支架浸在耦合介质中。采用该探头，探头与铁轨表面不直接接触，在小车运动过程中，不仅减小了对探头薄层的磨损，而且也避免了因铁轨面卡陷而导致的探头损坏。同时，将多个探头集中安装在一个轮胎内，使注水口减少为一个，使设备轻便易用。但是现有技术1应用于手推式探伤车，并具有五个换能器，其中包括两个在铁轨中折射角为65-70度的换能器、两个在铁轨中折射角为37-45度的换能器，以及一个在铁轨中折射角为0度的换能器，一个探轮内安装的超声波换能器数量过多，将导致轮内超声信号的干扰，且无法应用于大型钢轨探伤车辆。

现有技术2为2013年12月09日申请，并于2014年06月11日公开，公开号为CN203643404U的中国实用新型专利。该实用新型公开了一种钢轨超声波探轮式探头，其包括超声波换能器、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。支架具有中间为平面、平面两侧分别依次连接的第一倾斜面和第二倾斜面，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，支架的第二倾斜面向下拉长，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，第二倾斜面上半部分的端面上自该端面中轴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，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，从而扩大了检测范围，减小了检测盲区。现有技术2中的支架上共安装有9个超声波换能器，一个探轮内安装的超声波换能器数量过多，将导致探轮内超声信号的相互干扰，如：1号换能器发射的超声波经轮内反射后可能被2号换能器接收。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，以解决现有超声波探轮存在的在重载铁路钢轨探伤过程中对轨头内侧的轨距角处伤损检出效果不佳的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种传感器安装结构的技术实现方案，传感器安装结构，包括：安装支架，及安装于所述安装支架上的超声波换能器。所述安装支架包括第一平面，及分别连接于所述第一平面相对两侧的两个第一斜面，所述的两个第一斜面关于第一平面的横向中轴线呈轴对称布置。所述第一平面及第一斜面上均安装有超声波换能器，所述超声波换能器的压电晶片在第一斜面上的安装面自一平行于所述第一平面延伸面的平面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向所述钢轨的内侧倾斜第二角度，使得所述压电晶片发射的超声波束能在所述钢轨的轨颚经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨内侧的整个轨距角。

本发明还具体提供了另一种传感器安装结构的技术实现方案，传感器安装结构，包括：安装支架，及安装于所述安装支架上的超声波换能器。所述安装支架包括相互连接的第一平面、第一斜面及第二斜面，所述第一平面、第一斜面及第二斜面上均安装有超声波换能器。两组第一斜面及第二斜面分别连接于所述第一平面的相对两侧，并关于第一平面的横向中轴线呈轴对称布置。所述第一斜面与第二斜面关于第一平面的纵向中轴线呈轴对称布置。

所述超声波换能器的压电晶片在第一斜面上的安装面自一平行于所述第一平面延伸面的平面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向所述钢轨的内侧倾斜第二角度，使得所述压电晶片发射的超声波束能在所述钢轨的轨颚经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨内侧的整个轨距角。

所述压电晶片在第二斜面上的安装面自一平行于所述第一平面延伸面的平面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向所述钢轨的外侧倾斜第二角度，使得所述压电晶片发射的超声波束能在所述钢轨的轨颚经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨外侧的整个轨距角。

进一步的，所述超声波换能器的压电晶片在第一平面上的安装面平行于所述钢轨的轨平面。

进一步的，所述第一斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向所述钢轨的内侧倾斜第二角度。

进一步的，所述第二斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，并在此基础上朝向所述钢轨的外侧倾斜第二角度。

进一步的，所述超声波换能器通过第一垫块安装于第一斜面上，所述第一斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度。所述第一垫块的上安装面自第一斜面朝向钢轨的内侧倾斜第二角度。

进一步的，所述超声波换能器通过第二垫块安装于第二斜面上，所述第二斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，所述第一斜面与第二斜面位于同一平面，所述第二垫块的上安装面自第二斜面朝向钢轨的外侧倾斜第二角度。

进一步的，所述第一斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，所述压电晶片在第一斜面上的安装面自第一斜面朝向钢轨的内侧倾斜第二角度。

进一步的，所述第二斜面自第一平面的延伸面朝向钢轨的轨平面倾斜第一角度，所述第一斜面与第二斜面位于同一平面；所述压电晶片在第二斜面上的安装面自第二斜面朝向钢轨的外侧倾斜第二角度。

进一步的，所述第一角度设置为25～30度。

进一步的，所述第二角度设置为8～10度。

进一步的，所述第一斜面及第二斜面上均开设有透声孔，所述透声孔的中心至所述第一斜面与第二斜面之间的纵向中轴线距离为8～20mm。

本发明还另外具体提供了一种超声波探轮的技术实现方案，一种超声波探轮，包括：探轮轴、探轮组件及如上所述的传感器安装结构，所述探轮轴与探轮组件固定连接，所述传感器安装结构设置于探轮组件的内部，所述传感器安装结构沿横向的两侧与探轮轴连接。

进一步的，所述探轮组件包括轮膜、轮液及密封组件，所述密封组件包括磁密封副和法兰盘。所述磁密封副设置于探轮轴与法兰盘之间，所述密封组件与轮膜一起形成用于储存轮液的密闭空间。

本发明还另外具体提供了一种如上所述超声波探轮在重载铁路75kg/m型钢轨探伤中应用的技术实现方案。

通过实施上述本发明提供的传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，不但通过大幅减少换能器数量有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，而且通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，大幅提高了重载铁路钢轨检测中轨头伤损的检出率；

(2)本发明传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，通过设置向钢轨内、外侧倾斜的斜面，扩大了检测范围，减小了检测盲区，使得超声波声束能同时覆盖轨头内、外侧，实现轨头内、外侧伤损的全方位检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。

图1是现有技术中60型钢轨的超声波声束覆盖范围的横截面示意图；

图2是现有技术中75型钢轨的超声波声束覆盖范围的横截面示意图；

图3是钢轨的横向截面结构示意图；

图4是本发明超声波探轮一种具体实施例的结构示意图；

图5是本发明超声波探轮一种具体实施例中超声波换能器在传感器安装支架上的安装结构示意图；

图6是本发明超声波探轮一种具体实施例中密封组件的结构示意图；

图7是本发明超声波探轮一种具体实施例中传感器安装支架的结构示意图；

图8是本发明超声波探轮一种具体实施例中超声波换能器的结构示意图；

图9是本发明超声波探轮一种具体实施例超声波声束覆盖范围的横截面示意图；

图10是本发明超声波探轮另一种具体实施例中传感器安装支架的结构示意图；

图11是本发明超声波探轮另一种具体实施例超声波声束覆盖范围的横截面示意图；

图12是本发明超声波探轮又一种具体实施例中传感器安装支架的结构示意图；

图13是本发明超声波探轮再一种具体实施例中超声波换能器的内部结构示意图；

图14是本发明超声波探轮一种具体实施例钢轨检测范围的截面结构示意图；

图中：1-探轮轴，11-实心轴，12-空心轴，2-探轮组件，21-轮膜，22-轮液，23- 密封组件，231-磁密封副，232-法兰盘，3-安装支架，31-第一平面，32-第一斜面，33- 第二斜面，34-透声孔，35-第一安装孔，4-超声波换能器，41-压电晶片，42-信号线， 43-第二安装孔，5-第一垫块，6-第二垫块，7-钢轨，8-轨颚，9-通孔，10-第三安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容能够涵盖的范围内。

如附图3至附图14所示，给出了本发明传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图3所示，为钢轨7的横向截面结构示意图，其中，如A所示为钢轨7的轨头部位，如B所示为钢轨7的轨腰部位，如C所示为钢轨7的轨底部位。轨头和轨腰的连接处为轨颚8，轨距角部位为轨头的内侧面，具体位置轨顶D和轨侧E的连接位置，是半径比较小的弧形区域，也是钢轨受力不良的集中区域。

实施例1

一种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括第一平面31，及分别连接于第一平面31相对两侧的两个第一斜面32，两个第一斜面32关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一平面31及第一斜面32上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31及第一斜面32上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。

压电晶片41在第一平面31(对应于安装0度换能器)上的安装面平行于钢轨7 的轨平面。压电晶片41在第一斜面32(对应于安装内侧偏斜70度换能器)上的安装面自一平行于第一平面31延伸面的平面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，并在此基础上朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨 7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的内侧(如附图14中F所示一侧)进行超声检测。作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。

实施例1描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和2个偏斜70度换能器，相较于现有技术，扩大了轨头的检测范围，能覆盖钢轨内侧的整个轨距角。实施例1描述的传感器安装结构不但精简了探轮结构 (减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例2

另一种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括相互连接的第一平面31、第一斜面32及第二斜面 33，第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4。两组第一斜面32及第二斜面33分别连接于第一平面31的相对两侧，并关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一斜面32与第二斜面33关于第一平面31的纵向中轴线LL′呈轴对称布置。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34 的上方。

压电晶片41在第一平面31(对应于安装0度换能器)上的安装面平行于钢轨7 的轨平面。压电晶片41在第一斜面32(对应于安装内侧偏斜70度换能器)上的安装面自一平行于第一平面31延伸面的平面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，并在此基础上朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨 7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧(如附图14中F所示一侧)的整个轨距角。

压电晶片41在第二斜面33(对应于安装外侧偏斜70度换能器)上的安装面自一平行于第一平面31延伸面的平面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，并在此基础上朝向钢轨7的外侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7外侧(如附图14中G所示一侧)的整个轨距角。

作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34，透声孔34 的中心至第一斜面32与第二斜面33之间的纵向中轴线LL′距离H为8～20mm。

实施例2描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和4个偏斜70度换能器，不但精简了探轮结构(减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例3

如附图7所示，第三种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括第一平面31，及分别连接于第一平面31相对两侧的两个第一斜面32，两个第一斜面32关于第一平面31的横向中轴线 OO′呈轴对称布置。第一平面31及第一斜面32上均安装有超声波换能器4，压电晶片 41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出，如附图8所示。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31及第一斜面32上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面。对应于安装内侧偏斜70度换能器的第一斜面32自第一平面31的延伸面xx′朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β形成平面yy′，并以此平面yy′为基础朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，如附图9所示，此时可对钢轨7的内侧进行超声检测。作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。

实施例3描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和2个偏斜70度换能器，相较于现有技术，扩大了轨头的检测范围，能覆盖钢轨内侧的整个轨距角。实施例1描述的传感器安装结构不但精简了探轮结构(减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例4

如附图10所示，第四种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括相互连接的第一平面31、第一斜面32及第二斜面33，第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4。两组第一斜面32及第二斜面33分别连接于第一平面31的相对两侧，并关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一斜面32与第二斜面33关于第一平面31的纵向中轴线LL′呈轴对称布置。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面。对应于安装内侧偏斜70度换能器的第一斜面32自第一平面31的延伸面xx′朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β形成平面yy′，并以此平面yy′为基础朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，如附图11所示，此时可对钢轨7的内侧进行超声检测。

对应于安装外侧偏斜70度换能器的第二斜面33自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，并在此基础上朝向钢轨7的外侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7外侧的整个轨距角，如附图11所示，此时可对钢轨7的外侧进行超声检测。

作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34，透声孔34 的中心至第一斜面32与第二斜面33之间的纵向中轴线LL′距离H为8～20mm。

实施例4描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和4个偏斜70度换能器，不但精简了探轮结构(减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例5

第五种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括第一平面31，及分别连接于第一平面31相对两侧的两个第一斜面32，两个第一斜面32关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一平面31及第一斜面32上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面，第一平面31及第一斜面32上均开设有透声孔34和第一安装孔35。超声波换能器4通过第一垫块5安装于第一斜面32(对应于安装内侧偏斜70度换能器)上，第一垫块5上开设有与透声孔34位置对应的通孔9及与第一安装孔35位置对应的第三安装孔10。通过螺丝依次穿过第二安装孔43、第三安装孔10后再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。第一斜面32自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，第一垫块5的上安装面自第一斜面32朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的内侧进行超声检测。作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。

实施例5描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和2个偏斜70度换能器，相较于现有技术，扩大了轨头的检测范围，能覆盖钢轨内侧的整个轨距角。实施例1描述的传感器安装结构不但精简了探轮结构 (减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例6

如附图12所示，第六种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括相互连接的第一平面31、第一斜面32及第二斜面33，第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4。两组第一斜面32及第二斜面33分别连接于第一平面31的相对两侧，并关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一斜面32与第二斜面33关于第一平面31的纵向中轴线LL′呈轴对称布置。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34和第一安装孔35。超声波换能器4通过第一垫块5安装于第一斜面32上，并通过第二垫块6 安装于第二斜面33上。第一垫块5及第二垫块6上均开设有与透声孔34位置对应的通孔9及与第一安装孔35位置对应的第三安装孔10。通过螺丝依次穿过第二安装孔 43、第三安装孔10后再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面。超声波换能器4通过第一垫块5安装于第一斜面32(对应于安装内侧偏斜70度换能器)上，第一斜面 32自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β。第一垫块5的上安装面自第一斜面32朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的内侧进行超声检测。

超声波换能器4通过第二垫块6安装于第二斜面33(对应于安装外侧偏斜70度换能器)上，第二斜面33自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β。第一斜面32与第二斜面33位于同一平面，第二垫块6的上安装面自第二斜面33 朝向钢轨7的外侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7外侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的外侧进行超声检测。

作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34，透声孔34 的中心至第一斜面32与第二斜面33之间的纵向中轴线LL′距离H为8～20mm。

实施例6描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和4个偏斜70度换能器，不但精简了探轮结构(减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例7

第七种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括第一平面31，及分别连接于第一平面31相对两侧的两个第一斜面32，两个第一斜面32关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一平面31及第一斜面32上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31及第一斜面32上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35 中将超声波换能器4安装于透声孔34的上方。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面。对应于安装内侧偏斜70度换能器的第一斜面32自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，压电晶片41在第一斜面32上的安装面自第一斜面32朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α(如附图13所示)，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，此时可对钢轨7 的内侧进行超声检测。作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30 度，第二角度α进一步设置为8～10度。

实施例7描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和2个偏斜70度换能器，相较于现有技术，扩大了轨头的检测范围，能覆盖钢轨内侧的整个轨距角。实施例1描述的传感器安装结构不但精简了探轮结构 (减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例8

第八种传感器安装结构的实施例，具体包括：安装支架3，及安装于安装支架3上的超声波换能器4。安装支架3包括相互连接的第一平面31、第一斜面32及第二斜面 33，第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4。两组第一斜面32及第二斜面33分别连接于第一平面31的相对两侧，并关于第一平面31的横向中轴线OO′呈轴对称布置。第一斜面32与第二斜面33关于第一平面31的纵向中轴线LL′呈轴对称布置。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均安装有超声波换能器4，压电晶片41安装于超声波换能器4的中部，信号线42从压电晶片41的后部引出。超声波换能器4上还设置有用于将其安装于安装支架3上的第二安装孔43。第一平面31、第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34和第一安装孔35，通过螺丝穿过第二安装孔43再旋入第一安装孔35中将超声波换能器4安装于透声孔34 的上方。

对应于安装0度换能器的第一平面31平行于钢轨7的轨平面。对应于安装内侧偏斜70度换能器的第一斜面32自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，压电晶片41在第一斜面32上的安装面自第一斜面32朝向钢轨7的内侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7内侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的内侧进行超声检测。

对应于安装外侧偏斜70度换能器的第二斜面33自第一平面31的延伸面朝向钢轨7的轨平面倾斜第一角度β，第一斜面32与第二斜面33位于同一平面。压电晶片41 在第二斜面33上的安装面自第二斜面33朝向钢轨7的外侧倾斜第二角度α，使得压电晶片41发射的超声波束能在钢轨7的轨颚8经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨7外侧的整个轨距角，此时可对钢轨7的外侧进行超声检测。

作为本发明一种典型的具体实施例，第一角度β进一步设置为25～30度，第二角度α进一步设置为8～10度。第一斜面32及第二斜面33上均开设有透声孔34，透声孔34 的中心至第一斜面32与第二斜面33之间的纵向中轴线LL′距离H为8～20mm。

实施例8描述的传感器安装结构应用于高速探伤的大型探伤车超声波探轮，采用1个0度换能器和4个偏斜70度换能器，不但精简了探轮结构(减少了传统探轮结构的45度和70度换能器)，而且有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，能够大幅提高重载铁路中轨头伤损的检出率。

实施例9

如附图4所示，一种超声波探轮的实施例，具体包括：探轮轴1、探轮组件2及如实施例1至8任一所述的传感器安装结构，探轮轴1与探轮组件2固定连接，传感器安装结构设置于探轮组件2的内部，传感器安装结构沿横向的两侧与探轮轴1连接。

如附图5所示，探轮轴1的一端为实心轴11，另一端为用于通过信号线缆的空心轴12。探轮组件2进一步包括轮膜21、轮液22及密封组件23，密封组件23包括磁密封副231和法兰盘232，如附图6所示。磁密封副231设置于探轮轴1与法兰盘232 之间，密封组件23与轮膜21一起形成用于储存轮液22的密闭空间。

实施例10

一种如实施例9所述的超声波探轮在重载铁路75kg/m型钢轨探伤中的应用，可以大幅提高重载铁路钢轨检测中轨头伤损的检出率。

本发明具体实施例通过第一平面31的延伸面自轴向中心线RR′向内/外侧、前/后侧倾斜形成斜面，或在斜面上设置垫块，或在超声波换能器4内设置倾斜的压电晶片 41(即压电晶体)来实现安装支架的倾角结构，在不脱离本发明精神实质原则下，还可以采用其他类似方式实现安装支架的倾角结构。

通过实施本发明具体实施例描述的传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，不但通过大幅减少换能器数量有效降低了探轮内超声信号的相互干扰，而且通过优化探轮中换能器的安装角度和位置，大幅提高了重载铁路钢轨检测中轨头伤损的检出率；

(2)本发明具体实施例描述的传感器安装结构，包括该结构的超声波探轮及其应用，通过设置向钢轨内、外侧倾斜的斜面，扩大了检测范围，减小了检测盲区，使得超声波声束能同时覆盖轨头内、外侧，实现轨头内、外侧伤损的全方位检测。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (16)

1.一种传感器安装结构，其特征在于，包括：安装支架(3)，及安装于所述安装支架(3)上的超声波换能器(4)；所述安装支架(3)包括第一平面(31)，及分别连接于所述第一平面(31)相对两侧的两个第一斜面(32)，所述的两个第一斜面(32)关于第一平面(31)的横向中轴线(OO′)呈轴对称布置；所述第一平面(31)及第一斜面(32)上均安装有超声波换能器(4)，所述超声波换能器(4)的压电晶片(41)在第一斜面(32)上的安装面自一平行于所述第一平面(31)延伸面的平面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，并在此基础上朝向所述钢轨(7)的内侧倾斜第二角度(α)，使得所述压电晶片(41)发射的超声波束能在所述钢轨(7)的轨颚(8)经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨(7)内侧的整个轨距角。

2.一种传感器安装结构，其特征在于，包括：安装支架(3)，及安装于所述安装支架(3)上的超声波换能器(4)；所述安装支架(3)包括相互连接的第一平面(31)、第一斜面(32)及第二斜面(33)，所述第一平面(31)、第一斜面(32)及第二斜面(33)上均安装有超声波换能器(4)；两组第一斜面(32)及第二斜面(33)分别连接于所述第一平面(31)的相对两侧，并关于第一平面(31)的横向中轴线(OO′)呈轴对称布置；所述第一斜面(32)与第二斜面(33)关于第一平面(31)的纵向中轴线(LL′)呈轴对称布置；

所述超声波换能器(4)的压电晶片(41)在第一斜面(32)上的安装面自一平行于所述第一平面(31)延伸面的平面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，并在此基础上朝向所述钢轨(7)的内侧倾斜第二角度(α)，使得所述压电晶片(41)发射的超声波束能在所述钢轨(7)的轨颚(8)经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨(7)内侧的整个轨距角；

所述压电晶片(41)在第二斜面(33)上的安装面自一平行于所述第一平面(31)延伸面的平面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，并在此基础上朝向所述钢轨(7)的外侧倾斜第二角度(α)，使得所述压电晶片(41)发射的超声波束能在所述钢轨(7)的轨颚(8)经反射产生二次波，从而使该超声波束覆盖钢轨(7)外侧的整个轨距角。

3.根据权利要求1或2所述的传感器安装结构，其特征在于：所述压电晶片(41)在第一平面(31)上的安装面平行于所述钢轨(7)的轨平面。

4.根据权利要求3所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第一斜面(32)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，并在此基础上朝向所述钢轨(7)的内侧倾斜第二角度(α)。

5.根据权利要求4所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第二斜面(33)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，并在此基础上朝向所述钢轨(7)的外侧倾斜第二角度(α)。

6.根据权利要求3所述的传感器安装结构，其特征在于：所述超声波换能器(4)通过第一垫块(5)安装于第一斜面(32)上，所述第一斜面(32)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)；所述第一垫块(5)的上安装面自第一斜面(32)朝向钢轨(7)的内侧倾斜第二角度(α)。

7.根据权利要求6所述的传感器安装结构，其特征在于：所述超声波换能器(4)通过第二垫块(6)安装于第二斜面(33)上，所述第二斜面(33)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)；所述第一斜面(32)与第二斜面(33)位于同一平面，所述第二垫块(6)的上安装面自第二斜面(33)朝向钢轨(7)的外侧倾斜第二角度(α)。

8.根据权利要求3所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第一斜面(32)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，所述压电晶片(41)在第一斜面(32)上的安装面自第一斜面(32)朝向钢轨(7)的内侧倾斜第二角度(α)。

9.根据权利要求8所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第二斜面(33)自第一平面(31)的延伸面朝向钢轨(7)的轨平面倾斜第一角度(β)，所述第一斜面(32)与第二斜面(33)位于同一平面；所述压电晶片(41)在第二斜面(33)上的安装面自第二斜面(33)朝向钢轨(7)的外侧倾斜第二角度(α)。

10.根据权利要求1、2、4、5、6、7、8或9所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第一角度(β)设置为25～30度。

11.根据权利要求10所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第二角度(α)设置为8～10度。

12.根据权利要求2、5、7或9所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第一斜面(32)及第二斜面(33)上均开设有透声孔(34)，所述透声孔(34)的中心至所述第一斜面(32)与第二斜面(33)之间的纵向中轴线(LL′)距离(H)为8～20mm。

13.根据权利要求12所述的传感器安装结构，其特征在于：所述第一角度(β)设置为25～30度，所述第二角度(α)设置为8～10度。

14.一种超声波探轮，其特征在于，包括：探轮轴(1)、探轮组件(2)及如权利要求1至13中任一项所述的传感器安装结构，所述探轮轴(1)与探轮组件(2)固定连接，所述传感器安装结构设置于探轮组件(2)的内部，所述传感器安装结构沿横向的两侧与探轮轴(1)连接。

15.根据权利要求14所述的超声波探轮，其特征在于：所述探轮组件(2)包括轮膜(21)、轮液(22)及密封组件(23)，所述密封组件(23)包括磁密封副(231)和法兰盘(232)；所述磁密封副(231)设置于探轮轴(1)与法兰盘(232)之间，所述密封组件(23)与轮膜(21)一起形成用于储存轮液(22)的密闭空间。

16.一种如权利要求14或15所述的超声波探轮在重载铁路75kg/m型钢轨探伤中的应用。

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