CN112649497A - 一种在线监测级联式互感涡流传感器装置及其系统方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种在线监测级联式互感涡流传感器装置及其系统方法，用于在役钢轨特别是道岔(1)的断裂等缺陷的无损监视检测，通过无线信号传输连接于检测仪器(2)，其特征在于涡流传感器装置(3)包括均匀排布的若干个激励线圈A(31)和接收线圈组合（32），其中，所述的激励线圈A(31)与相邻的接收线圈（321）之间通过互感进行信号传输，各个相邻接收线圈（321）a,b,c……n之间通过级联式互感信号传输连接成接收线圈组合（32）。实现覆盖式的大面积监测在役轨道的道岔轨底角的疲劳裂纹等缺陷，从而达到有效的监测目的。

Description

一种在线监测级联式互感涡流传感器装置及其系统方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及在线监测铁路道岔不连续性的涡流检测传感器技术，特别是涉及一种在线监测级联式互感涡流传感器装置及其系统方法。
背景技术
轨道运输作为现代化建设重要的运输工具，其安全性更是重中之重。然而，在役道岔作为比较特殊而又关键的部位，特别是轨底角的位置，不但容易出现断裂，而且不方便扫查，是目前铁路运营安全的隐患之一，由于其结构形状特殊，容易经常性来回摆动，疲劳裂纹的产生在所难免。目前，铁路行业广泛采用的超声导波、声发射检测和监测等方法，但是，因其基理性上不适合长期在线监测的问题，很难发挥真正的防范作用。
常规的电磁涡流等检测方法，需要人工定时扫查检测，而且，因为受到传感器设计问题，不方便大范围面积的排布，虽然可以实现定点的在线监视检测，只能在比较小的范围面积进行，如需要对一段钢轨道岔的在役监测，在技术和经济费用上都是不容易实现的。
针对以上缺点问题，本发明采用如下技术方案进行改善。
发明内容
本发明的目的提供一种在线监测级联式互感涡流传感器装置及其系统方法，公开的技术方案如下：
一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，用于在役钢轨特别是道岔(1)的断裂等缺陷的无损监视检测，通过无线信号传输连接于检测仪器(2)，其特征在于涡流传感器装置(3)包括均匀排布的若干个激励线圈A (31)和接收线圈组合（32），其中，所述的激励线圈A (31)与相邻的接收线圈（321）之间通过互感进行信号传输，各个相邻接收线圈（321）a,b,c……n之间通过级联式互感信号传输连接成接收线圈组合（32）。
其中所述的激励线圈A (31)在水平的两个方向上同时互感信号连接两组接收线圈组合（32），两边的各个相邻接收线圈（321）a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别通过级联式互感信号传输连接。或者，激励线圈A (31)的外围上设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合（32）。
以及，可以任意抽取接收线圈中的一个作为激励线圈A (31)，将最合适位置点的线圈作为激励线圈。
另一种实施方式，包括两个以上的激励线圈A和B，各个激励线圈(31)外围上分别设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合（32），通过两个以上的不同通道(33)K1和K2连接于检测仪器。
各接收线圈还可以设置串联或并联的不同位置的连接方式，以及各接收线圈为绝对式组合，或差分式组合，形成不同的适应现场所需要的连接结构。
本发明还公开一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，使用如以上权利要求中的任何一项权利要求所述的检测传感器装置，用于在役钢轨特别是道岔(1)的断裂等缺陷的无损监视检测，具体方法步骤如下：
a．激励线圈输入激励信号：激励线圈上加入驱动交变信号，通过计算互感传输衰减评估，由模拟开关程序式设定各个激励线圈的驱动交变信号参数，定时顺序增加于激励线圈；
b. 激励信号互感传输：激励线圈通过互感模式将激励信号传输给相邻的检测线圈，检测线圈级联式互感传输信号给各级检测线圈；
c. 接收线圈拾取检测信号：通过模拟开关程序式设定各个接收线圈定时顺序的拾取检测信号，依照互感线圈规律，造成信号幅度和相位变化和接收线圈信号衰减数据进行判断，某个级联互感连接的接收线圈中的检测信号异常，进行异常分析裂纹缺陷判断；
d.数据综合分析：综合一个时间段中各个接收线圈定时顺序拾取的检测信号数据，系统性分析一段轨道特别是道岔的裂纹缺陷分布情况和演变。
其中，所述的步骤c中的接收线圈拾取检测信号，模拟开关程序式设定选择接收线圈的a1,b1,c1……n1之中的任一个拾取检测信号，通过级联互感传输返回检测信号，还包括通过互感线圈衰减规律性以及各个接收线圈编号排布，进行判断异常裂纹缺陷所在的位置。
其中，所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在水平的两个方向上同时互感传输激励信号，两边的各个相邻接收线圈（321）a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别级联式互感传输激励信号。
其中，所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在两个以上方向同时互感信号传输激励信号，不同通道的多个激励线圈分别在两个以上方向同时互感信号传输激励信号。
另外，本发明还公开一种在线监测级联式互感涡流传感器检测系统，用于在役钢轨特别是道岔的断裂等缺陷的无损监视检测，其特征在于检测系统包括终端检测模块(4)和中心数据处理模块(5)，其中终端检测模块(4)包括电源模块(40)、模拟开关控制模块(41)、激励信号模块(42)和检测信号数据模块(43)；所述的模拟开关控制模块(41)包括用于将数据云发送至中心的云数据发送模块(411)、以及包括有检测线圈编号设定模块(4121)和检测信号时域顺序设定模块(4122)的检测线圈设定模块(412)；激励信号模块(42)包括激励信号设定模块(421)和激励信号发送模块(422)，检测信号数据模块(43)包括检测信号拾取模块(431)；
其中所述的中心数据处理模块(5)包括中心云数据接收模块(51)、数据存储模块(52)、分析时域设定模块(53) 、数据综合分析模块(54) 、显示报警模块(55)。
其中，所述的中心数据处理模块(5)中的数据综合分析模块(54)还包括通过检测信号互感衰减规律进行分析评估确定缺陷位置信息的检测位置信号分析模块(541)。
以及，电路装置(6)包括电源(61)、激励交变信号发生器(62)、激励信号调节切换开关(63)、激励线圈(31)通过互感传输(64)与接收线圈(32)联接，通过云系统传输(65)将数据传输给数据处理分析中心(66)。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：。
一、本发明通过激励线圈信号互感式传输，检测线圈拾取检测信号后，通过级联式互感返回传输检测信号，利用较少激励信号源串接大面积检测传感线圈，实现覆盖式的大面积监测在役轨道的道岔轨底角的疲劳裂纹等缺陷，从而达到有效的监测目的。该检测拾取的信号可以通过有线或无线传输的方式发送至云平台作为后续综合大数据分析处理，可长时间监视一长段在役轨道特别是道岔部分的安全隐患和缺陷演变；
二、本发明通过多通道激励线圈信号，分别级联式互感各组的接收线圈组合，即使衰变的情况下，仍然可以在各个方向上无限大的扩大涡流检测传感器装置的覆盖范围，利用目前有利的无线网络便利，实现灵活性的无限扩大范围的排布涡流监测传感器装置；
三、本发明通过互感衰减规律的计算方法结合各个检测传感器编号排布，实现对大面积监测范围的缺陷位置的定位，在数据综合分析中，更是可以实现一段较长时间内某一位置的缺陷演变过程模拟分析。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的使用状态示意图;
图2为本发明最佳实施例的单个激励线圈单一方向上的传感线圈排布的示意图;
图3为本发明最佳实施例的单个激励线圈在水平两个方向上的传感线圈排布的示意图;
图4为本发明最佳实施例的单个激励线圈在多个方向上的传感线圈排布的示意图；
图5为本发明最佳实施例的多个激励线圈在多个方向上的传感线圈排布的示意图;
图6为本发明最佳实施例的方法流程示意图；
图7为本发明最佳实施例的系统示意图；
图8为本发明最佳实施例的电路结构示意图；
图9为本发明最佳实施例的检测接收线圈串联式结构示意图；
图10为本发明最佳实施例的检测接收线圈并联式结构示意图；
图11为本发明最佳实施例的检测接收线圈绝对式结构示意图；
图12为本发明最佳实施例的检测接收线圈差分式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1至图5所示，一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，如图1中的使用状态图所示，涡流传感器装置3设置于轨道道岔的轨底角等各个部位，用于在役钢轨特别是道岔1的断裂等缺陷的无损监视检测，通过无线信号传输连接于检测仪器2，如图2中所示，涡流传感器装置3包括均匀排布的若干个激励线圈A 31和接收线圈组合32，其中，所述的激励线圈A 31与相邻的接收线圈321之间通过互感进行信号传输，各个相邻接收线圈321的a,b,c……n之间通过级联式互感信号传输连接成接收线圈组合（32）。
如图1所示，检测装置可以安装于柔性铁氧体35（或者为柔性磁体）上，以增加线圈之间的互感系数，组装成涡流检测探头装置安装于在役轨道道岔的轨底角等部位上，这只是其中的一种使用方式。
如图3所示，其中所述的激励线圈A 31在水平的两个方向上同时互感信号连接两组接收线圈组合32，两边的各个相邻接收线圈321的a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别通过级联式互感信号传输连接。或者，如图4所示，激励线圈A 31的外围上设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合32，这种实施方式，更适合于在役长形轨道的大面积监测，特别是针对轨道道岔上的监测。
以及，可以任意抽取接收线圈中的一个作为激励线圈A (31)，将最合适位置点的线圈作为激励线圈。
如图5所示的另一种实施方式，包括两个以上的激励线圈A和B，各个激励线圈31外围上分别设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合32，通过两个以上的不同通道33的K1和K2连接于检测仪器。
以及，各接收线圈还可以设置如图9所示的串联、或者为如图10所示的并联的不同位置的连接方式。
以及如图11所示，各接收线圈为绝对式组合，如图中绝对式检测接收线圈结构的a、b、c、……n分别为检测点；或者如图12所示的差分式检测接收线圈组合，（a 、b）、（a、 c）、（a、d）、（b、 c）、（b、d）……（b、n）分别组合成各自的差分式检测结构，形成不同的适应现场所需要的连接结构。
本发明还公开一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，使用如以上权利要求中的任何一项权利要求所述的检测传感器装置，用于在役钢轨特别是道岔1的断裂等缺陷的无损监视检测，如图6的流程图所示，具体方法步骤如下：
a．激励线圈输入激励信号：激励线圈上加入驱动交变信号，通过计算互感传输衰减评估，由模拟开关程序式设定各个激励线圈的驱动交变信号参数，定时顺序增加于激励线圈；
b. 激励信号互感传输：激励线圈通过互感模式将激励信号传输给相邻的检测线圈，检测线圈级联式互感传输信号给各级检测线圈；
c. 接收线圈拾取检测信号：通过模拟开关程序式设定各个接收线圈定时顺序的拾取检测信号，依照互感线圈规律，造成信号幅度和相位变化和接收线圈信号衰减数据进行判断，某个级联互感连接的接收线圈中的检测信号异常，进行异常分析裂纹缺陷判断；
d.数据综合分析：综合一个时间段中各个接收线圈定时顺序拾取的检测信号数据，系统性分析一段轨道特别是道岔的裂纹缺陷分布情况和演变。
其中，所述的步骤c中的接收线圈拾取检测信号，模拟开关程序式设定选择接收线圈的a1,b1,c1……n1之中的任一个拾取检测信号，通过级联互感传输返回检测信号，还包括通过互感线圈衰减规律性以及各个接收线圈编号排布，进行判断异常裂纹缺陷所在的位置。
其中，所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在水平的两个方向上同时互感传输激励信号，两边的各个相邻接收线圈a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别级联式互感传输激励信号。
其中，所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在两个以上方向同时互感信号传输激励信号，不同通道的多个激励线圈分别在两个以上方向同时互感信号传输激励信号。
另外，如图7中所示，本发明还公开一种在线监测级联式互感涡流传感器检测系统，用于在役钢轨特别是道岔的断裂等缺陷的无损监视检测，其特征在于检测系统包括终端检测模块4和中心数据处理模块5，其中终端检测模块4包括电源模块40、模拟开关控制模块41、激励信号模块42和检测信号数据模块43；所述的模拟开关控制模块41包括用于将数据云发送至中心的云数据发送模块411、以及包括有检测线圈编号设定模块4121和检测信号时域顺序设定模块4122的检测线圈设定模块412；激励信号模块42包括激励信号设定模块421和激励信号发送模块422，检测信号数据模块43包括检测信号拾取模块431；
其中所述的中心数据处理模块5包括中心云数据接收模块51、数据存储模块52、分析时域设定模块53 、数据综合分析模块54 、显示报警模块55。
其中，所述的中心数据处理模块5中的数据综合分析模块54还包括通过检测信号互感衰减规律进行分析评估确定缺陷位置信息的检测位置信号分析模块541。
以及，如图8中所示，电路装置6包括电源61、激励交变信号发生器62、激励信号调节切换开关63、激励线圈31通过互感传输64与接收线圈32联接，通过云系统传输65将数据传输给数据处理分析中心66。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，用于在役钢轨特别是道岔(1)的断裂等缺陷的无损监视检测，通过无线信号传输连接于检测仪器(2)，其特征在于涡流传感器装置(3)包括均匀排布的若干个激励线圈A (31)和接收线圈组合（32），其中，所述的激励线圈A(31)与相邻的接收线圈（321）之间通过互感进行信号传输，各个相邻接收线圈（321）a,b,c……n之间通过级联式互感信号传输连接成接收线圈组合（32）。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，其特征在于所述的激励线圈A (31)在水平的两个方向上同时互感信号连接两组接收线圈组合（32），两边的各个相邻接收线圈（321）a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别通过级联式互感信号传输连接。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，其特征在于所述的激励线圈A (31)的外围上设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合（32）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器装置，其特征在于包括两个以上的激励线圈A和B(31)，各个激励线圈(31)外围上分别设置多个方向同时互感信号连接两组以上的接收线圈组合（32），通过两个以上的不同通道(33)K1和K2连接于检测仪器。
5.一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，使用如以上权利要求中的任何一项权利要求所述的检测传感器装置，用于在役钢轨特别是道岔(1)的断裂等缺陷的无损监视检测，具体方法步骤如下：
a．激励线圈输入激励信号：激励线圈上加入驱动交变信号，通过计算互感传输衰减评估，由模拟开关程序式设定各个激励线圈的驱动交变信号参数，定时顺序增加于激励线圈；
b. 激励信号互感传输：激励线圈通过互感模式将激励信号传输给相邻的检测线圈，检测线圈级联式互感传输信号给各级检测线圈；
c. 接收线圈拾取检测信号：通过模拟开关程序式设定各个接收线圈定时顺序的拾取检测信号，依照互感线圈规律，造成信号幅度和相位变化和接收线圈信号衰减数据进行判断，某个级联互感连接的接收线圈中的检测信号异常，进行异常分析裂纹缺陷判断；
d.数据综合分析：综合一个时间段中各个接收线圈定时顺序拾取的检测信号数据，系统性分析一段轨道特别是道岔的裂纹缺陷分布情况和演变。
6.根据权利要求5所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，其特征在于所述的步骤c中的接收线圈拾取检测信号，模拟开关程序式设定选择接收线圈的a1,b1,c1……n1之中的任一个拾取检测信号，通过级联互感传输返回检测信号，还包括通过互感线圈衰减规律性以及各个接收线圈编号排布，进行判断异常裂纹缺陷所在的位置。
7.根据权利要求5所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，其特征在于所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在水平的两个方向上同时互感传输激励信号，两边的各个相邻接收线圈（321）a1,b1,c1……n1之间和a2,b2,c2……n2之间分别级联式互感传输激励信号。
8.根据权利要求5所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器检测方法，其特征在于所述的步骤b中的激励信号传输，激励线圈在两个以上方向同时互感信号传输激励信号，不同通道的多个激励线圈分别在两个以上方向同时互感信号传输激励信号。
9.一种在线监测级联式互感涡流传感器检测系统，用于在役钢轨特别是道岔的断裂等缺陷的无损监视检测，其特征在于检测系统包括终端检测模块(4)和中心数据处理模块(5)，其中终端检测模块(4)包括电源模块(40)、模拟开关控制模块(41)、激励信号模块(42)和检测信号数据模块(43)；所述的模拟开关控制模块(41)包括用于将数据云发送至中心的云数据发送模块(411)、以及包括有检测线圈编号设定模块(4121)和检测信号时域顺序设定模块(4122)的检测线圈设定模块(412)；激励信号模块(42)包括激励信号设定模块(421)和激励信号发送模块(422)，检测信号数据模块(43)包括检测信号拾取模块(431)；
其中所述的中心数据处理模块(5)包括中心云数据接收模块(51)、数据存储模块(52)、分析时域设定模块(53) 、数据综合分析模块(54) 、显示报警模块(55)。
10.根据权利要求9所述的一种在线监测级联式互感涡流传感器检测系统，其特征在于所述的中心数据处理模块(5)中的数据综合分析模块(54)还包括通过检测信号互感衰减规律进行分析评估确定缺陷位置信息的检测位置信号分析模块(541)。
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