CN201429586Y - 一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，包括为各用电单元进行供电的供电电源、对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器、为涡流传感器提供激励源的正弦函数发生器、对正弦函数发生器所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一、对涡流传感器所检测的检测信号进行放大处理的信号放大电路二、与信号放大电路二相接的控制电路、由所述控制电路进行控制的报警单元和与信号放大电路二相接的显示器；所述涡流传感器由一个激励线圈和一个测量线圈组成。本实用新型结构简单、设计合理、灵敏度高且便于携带、经济实用，能有效解决钢轨损伤探测问题。

Description

一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪

技术领域

本实用新型属于钢轨损伤检测技术领域，尤其是涉及一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪。

背景技术

现阶段我国铁路运输占据主体地位，为满足经济发展要求，近年来铁道部对我国铁路系统已经进行了六次大提速，大大增加了我国铁路的运输能力，在提高运输量和效率的同时，也对列车的安全稳定运行提出了更高的要求。而钢轨损伤是铁路安全的最大隐患，因此对其检测至关重要。

钢轨损伤是影响铁路运输安全的主要因素，目前我国对于钢轨的检测包括定期检测和日常检测。定期检测已经具备了较为成熟的手段和措施，如钢轨超声探伤车、转辙机远程油压监控系统等，已经能满足部分需求。但在疲劳裂纹和焊缝质量等问题的日常检测中，我国还停留在人工目测阶段，受巡道工经验、责任心及天气状况等因素的影响，检测质量很难达到应有的技术要求。同时，钢轨裸露于野外，表面大都被油污、灰尘覆盖，而今又没有相应的检测仪器，所以钢轨损伤很难被检测出来。因此，在钢轨的日常检测中，必须采用现代检测技术，开发便携式探伤仪，以辅助人工检查，提高工作效率，及时发现损伤，排除隐患，做到防患于未然。综上，钢轨损伤主要包括疲劳裂纹和焊缝损伤，对钢轨的检测工作有定期检测和日常检测两种方式。目前我国对钢轨疲劳裂纹和焊缝损伤的日常检测还停留在人工目测结合经验判断的阶段，不能满足社会经济的发展要求，亟待解决。

目前常用于检测钢轨损伤的无损探伤方法有磁粉法、射线法、超声法、渗透法和涡流法。上述技术各有其优缺点：磁粉检测现场应用非常简单，能直接检测表面损伤，但如果被检工件表面有涂层或处于潮湿环境时，其检测可靠性将大为降低；射线法中射线辐射危害人体，检测时必须进行安全防护，且有些工况不易实施；超声法对工件表层下损伤的检测也很有效，但检测时需耦合剂，效率较低，对损伤的判定也有赖于技术人员的经验；渗透法对表面开口裂纹检测灵敏度很高，但不适于有表面涂层的工件及潮湿的环境，且对损伤的判定有赖检验人员的经验；涡流技术对表面开口裂纹很灵敏，在表面涂层、潮湿和水底等恶劣环境下也能开展检测工作，可检测缺陷的极限值为0.4mm，该类设备具有结构简单、灵敏度高、频率响应特性好以及测试电路简单等优点。综上所述，涡流法对钢轨表面裂纹的检测有其独特的优点。

对于涡流检测技术而言，其主要包括传感器(检测探头)技术、测量参数的优化技术、缺陷信号的处理技术以及显示技术。

在国外，铁路运输大多采用无缝钢轨，适合采用超声波探伤；且由于国外劳动力成本昂贵，巡道班组养护维修的钢轨里程多达数十公里，因而速度较快的大型超声波检测仪器备受青睐。因此，国外钢轨检测研究多专注于超声波探伤。目前国外的超声波探伤车体积大、重量大，但其检测速度快，是探伤的主要工具；小型探伤设备一般只用来复查大型探伤车的检验结果。虽然我国也引进过数台超声检测车，但从实际使用效果来看，需要多人合作，且价格十分昂贵，因此超声探伤仪不适合国内钢轨的日常检测。

在国内，多采用焊接有缝钢轨，我国巡道工人每人负责检测的钢轨长度约为1.5公里，与国外相比检测速度无需太快，但检测精度与检测频率的要求比国外要高。而涡流检测法对有缝钢轨的检测灵敏度高于超声检测法，由此可见涡流技术更适合中国现状。目前，国内在钢轨的日常检测中还没有一种专门针对巡道工人使用的精确、方便又经济的探伤设备。因此巡道工人大多是目测同时结合个人经验来进行检测判断，这无疑增加了安全风险。

另外，传感器是整个探伤仪器的核心部件，传感器的性能对探伤仪器测量电路的设计以及测试的精度和可靠性有着重要的影响。为了满足不同工件形状和大小的检测要求，按检测时测量线圈和试样的相互位置关系，传感器的测量线圈可分为三大类：a)穿过式传感器。此传感器将工件插入并通过线圈内部进行检测。可用于检测管材、棒材、线材等可以从线圈内部通过的试件。b)内通过式传感器。由环形线圈组成，用于检测管子或圆孔内部。c)放置式传感器。放置式线圈，是一种使用最为广泛的涡流传感器。它适用于各种板材、带材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件的某一区域进行局部检测。因而，对于钢轨探伤仪器而言，传感器的设计非常重要。

综上所述，国内应大力发展用于钢轨检测的涡流探伤技术。虽然国内目前有些科研机构已经着手于这方面的研究，但大多仍把绝大部分精力放在显示设备等方面，而巡道工人的日常检测使用的仪器根本无需这些附属设备，这无疑增加了生产成本，同时也无法推广使用。总而言之，钢轨损伤是影响铁路运输安全的主要因素，目前对其检测的方法主要是定期检测和日常检测。在日常检测中，国内还没有一种经济方便的设备，因而不能有效防止由于钢轨裂纹引发的众多灾难性事故再次发生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其结构简单、设计合理、灵敏度高且便于携带、经济实用，能有效解决钢轨损伤探测问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：包括为各用电单元进行供电的供电电源、对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器、为涡流传感器提供激励源的正弦函数发生器、对正弦函数发生器所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一、对涡流传感器所检测的检测信号进行放大处理的信号放大电路二、与信号放大电路二相接的控制电路、由所述控制电路进行控制的报警单元和与信号放大电路二相接的显示器；所述涡流传感器由一个激励线圈和一个测量线圈组成；所述正弦函数发生器接信号放大电路一，信号放大电路一的两个输出端分别与激励线圈的两端相接，测量线圈的两端分别与信号放大电路二的两个输入端相接，所述控制电路接报警单元。

所述激励线圈由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈位于激励线圈的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈的直径小于激励线圈的直径。

所述测量线圈的线圈匝数、测量线圈的线圈直径以及激励线圈和测量线圈间的间距H为通过正交试验设计法确定的最佳参数组合。

所述测量线圈的线圈匝数为300匝，测量线圈的直径为0.9mm，激励线圈和测量线圈间的间距H为2mm，激励线圈的直径为9mm。

所述激励线圈和一个测量线圈安装在一能倒扣在钢轨上的外部壳体内，所述外部壳体下部设置有与钢轨的上部结构相对应的凹槽。

所述外部壳体为U形外壳，所述激励线圈和一个测量线圈均安装在U形外壳内且均安装在U形外壳上部中部，所述U形外壳的内部结构与钢轨的上部结构相对应。

所述U形外壳的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨的上部侧壁上前后移动的固定轮，U形外壳的内部上方设置有一个或多个能在钢轨上表面上前后移动的导向轮，U形外壳的外部上方设置有一带动U形外壳沿钢轨前后移动的手扶支杆；所述手扶支杆中部安装有一电源箱，所述正弦函数发生器、信号放大电路一、信号放大电路二和报警单元均设置在一电路板上，所述电路板和供电电源均安装在电源箱内。

所述正弦函数发生器为能产生频率为10～100KHz的正弦波信号的芯片ICL8038。

所述信号放大电路一由前级电压放大电路一和与所述前级电压放大电路一相接的后级功率放大电路组成；所述控制电路为电压比较器。

所述信号放大电路二由前级电压放大电路二和由芯片AD620组成的后级检测信号放大电路组成，所述前级电压放大电路二接后级检测信号放大电路。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单紧凑、设计合理且体积小、重量轻、便于携带，并配备有独立电源，外型尺寸＜230mm×75mm×120mm；重量＜2.5kg。

2、对传感器结构进行特殊设计，具体是在传感器的外部壳体上设置凹槽且使得该凹槽与钢轨结构相对应，即与工字形钢轨嵌套使用，因而检测更加全面快速。

3、检测时无须对钢轨打磨或对表面进行除污去锈处理，能直接穿透钢轨表面的油漆等防腐层进行探测。

4、灵敏度高且使用操作简便，一般人员简单学习即能使用，对检测员技术水平要求不高，不同于传统的定期、高费用检测。本作品只要求巡道工人在两列火车通过的时间间隙，手持仪器以正常步幅推动传感器在钢轨上滑行，如果检测到超出安全标准的裂缝则显示器会显示其相对大小，同时蜂鸣器报警，巡道工及时采取行动以防发生交通事故。

5、适用面广，适合于各种恶劣环境下工作，并且对于一般的铁磁性材料均可检测，具有较广泛的实用价值。

6、对钢轨损伤进行检测的涡流传感器即检测探头而言，影响传感器性能的因素有很多，主要有激励线圈、测量线圈匝数、激励线圈与测量线圈之间的相对距离、测量线圈直径等，本实用新型中采用正交试验法处理上述诸多因素的确定问题，因而能快速准确地获得传感器参数的最佳组合，使传感器达到最好性能。

7、由于钢轨长期裸露在野外，工作环境十分恶劣，与其他检测方法相比，涡流探伤技术对表面裂纹灵敏度较高，不受工件表面涂层和潮湿等不利因素的影响，且结构轻便，因此更适合钢轨检测。本实用新型充分利用涡流检测的优点，使检测灵敏度提高了10％，同时使用长把手即手扶支杆，减小了巡道工人的工作强度，检测速度提高了30％，重量减轻20％左右。

8、经济实用，具有很高的应用前景，本实用新型能完全满足目前国内铁路日常检测的需要，极大地提高铁路运行安全性。如投入生产使用，则会节省大笔的进口设备的费用。例如目前进口的一台超声波检测仪器的价格大约为10000元，而本作品的成本仅为3000元，按6000元的价格出售则可节省大约4000元，具有广泛的应用前景。

综上所述，本实用新型应用涡流探伤的基本原理，且采用正交试验方法设计制作了一种精细的用于提取微弱的裂纹信号的涡流传感器，再由后台放大器放大，并在显示器上同步显示裂纹缺陷的相对大小，且相应驱动蜂鸣器报警，实现了防患于未然的目的。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

图3为本实用新型的使用状态参考图。

图4为本实用新型涡流传感器的内部结构示意图。

附图标记说明：

1-涡流传感器；        1-1-激励线圈；       1-2-测量线圈；

2-正弦函数发生器；    3-信号放大电路一；   4-信号放大电路二；

5-电压比较器；        6-报警单元；         7-U形外壳；

8-固定轮；            9-导向轮；           10-手扶支杆；

11-电源箱；           12-供电电源；        13-底座；

14-钢轨；             15-LCD显示器。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括为各用电单元进行供电的供电电源12、对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器1、为涡流传感器1提供激励源的正弦函数发生器2、对正弦函数发生器2所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一3、对涡流传感器1所检测的检测信号进行放大处理的信号放大电路二4、与信号放大电路二4相接的控制电路、由所述控制电路进行控制的报警单元6和与信号放大电路二4相接的显示器。所述涡流传感器1由一个激励线圈1-1和一个测量线圈1-2组成。所述正弦函数发生器2接信号放大电路一3，信号放大电路一3的两个输出端分别与激励线圈1-1的两端相接，测量线圈1-2的两端分别与信号放大电路二4的两个输入端相接，所述控制电路接报警单元6。所述显示器为LCD显示器15。

结合图4，所述激励线圈1-1由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈1-2由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈1-2位于激励线圈1-1的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈1-2的直径小于激励线圈1-1的直径。其中，激励线圈1-1两端加激励电压Ui，测量线圈1-2两端为感应输出电压Uo。所述测量线圈1-2的线圈匝数、测量线圈1-2的线圈直径以及激励线圈1-1和测量线圈1-2间的间距H为通过正交试验设计法确定的最佳参数组合。其具体确定方法如下：

首先，对涡流传感器1的设计参数进行初步分析，主要有激励线圈1-1、测量线圈1-2的匝数，测量线圈1-2和激励线圈1-1之间的相对距离H，测量线圈1-2的直径等。这些参数对传感器各性能影响各不相同，且影响并非相互独立。其中，测量线圈1-2的尺寸要尽可能地小，因为测量线圈越小，就越能够接近工件缺陷即钢轨14上的缺陷，也就能更好地提取工件即钢轨14上的裂纹缺陷信号。但测量线圈1-2太小，则会加大涡流传感器1的制作难度，因而应取适当参数值。

所述激励线圈1-1相对于测量线圈1-2的尺寸要足够大，这样感应电流相对于小尺寸的感应线圈可近似视为沿单一方向的直线流动，感应线圈附近的磁力线方向亦近似趋于一致。当被检测工件即钢轨14上无缺陷时，穿过两个感应线圈的磁通量最少；当因缺陷存在引起电流扰动而导致磁通变化时，即使是微弱的变化，感应线圈也能很灵敏地测出。

测量线圈1-2和激励线圈1-1间的间距H也是涡流传感器1设计中的一个重要参数，它会影响到传感器的灵敏度。H过大，将会增大激励线圈1-1与工件即钢轨14之间的距离，减小工件上的感应涡流，从而降低传感器的检测灵敏度；H过小，又会增强提离效应。故H值应根据试验适当选取。

总之，传感器直径较小时，磁通量也小，检测深度就会相应较小，为了增加检测深度，可以增大传感器的直径，但是传感器直径增大，必定降低对短小缺陷的检测灵敏度。因而，一个最好的传感器往往是在达到最大的透入深度、最大灵敏度、最小的分辨力以及最小的线圈直径之间取得一个平衡。

本实用新型中，涡流传感器1的参数选取试验，是通过正交试验设计法探求测量线圈1-2的匝数、测量线圈1-2的直径(即I形磁芯的直径)、激励线圈1-1与测量线圈1-2间的间距H三者以怎样的参数组合时，涡流传感器1的性能最好。由此可见，这项试验为多因素试验问题。

所述测量线圈1-2的匝数、测量线圈1-2的直径(即I形磁芯的直径)、激励线圈1-1与测量线圈1-2间的间距H，是上述正交试验的三个因素。设定测量线圈1-2匝数的三个水平分别为：300匝、400匝和500匝，测量线圈1-2直径的三个水平：0.5mm、0.7mm和0.9mm，激励线圈1-1与测量线圈1-2间的间距H的三个水平：2mm、3mm合4mm。相应地，表征涡流传感器1性能好坏的指标是灵敏度和提离效应。试验步骤如下：

第一步、正交试验的安排：

正交试验的进行首先需要一张正交表，正交表是已经制作好的规格化的表，是正交试验设计的基本工具。由于本次试验是3因素3水平试验，因而选择L₉(3⁴)正交表，见表1：

表1              L₉(3⁴)正交表

再根据试验目的，确定试验指标，然后决定影响试验指标的主要因素以及选取各因素的水平后，列出因素水平表，如表2所示：

表2              因素水平表

因素	测量线圈1-1匝数，记为A	测量线圈1-2直径，记为B	激励线圈1-1与测量线圈1-2间距H，记为C
				1水平	A1 300匝	B1 0.5mm	C1 2mm
2水平	A2 400匝	B2 0.7mm	C2 3mm
				3水平	A3 500匝	B3 0.9mm	C3 4mm

用表1中所表示的L₉(3⁴)正交表安排试验的具体过程如下：

第1列为测量线圈1-2的匝数，在三个字码“1”的位置都应写上300匝，即A1所在席位；在三个字码“2”的位置都应写上400匝，即A2所在的席位；同理“3”位置都写上500匝，即A3所在的席位。

第2列为测量线圈1-2的直径，在三个字码“1”的位置都应写上0.5mm，即B1所在席位；在三个字码“2”的位置都写上0.7mm，即B2所在席位；同理“3”位置都写上0.9mm，即B3所在的席位。

第3列的填法也同样，第4列去除。这样就得到本试验的试验方案表，如表3所示：

表3                  试验方案表

因素试验号	测量线圈1-2匝数，记为A	测量线圈1-2直径，记为B	激励线圈1-1与测量线圈1-2间距H，记为C
				1	300	0.5	2
2	400	0.5	4
				3	500	0.5	3
4	300	0.7	3
				5	400	0.7	4
6	500	0.7	2
				7	300	0.9	2
8	400	0.9	3
				9	500	0.9	4

第一步、最优参数的确定：

本次试验的大指标是灵敏度，在示波器上表现为相位、衰减及示值幅度，实际上是多指标试验。因而应按多指标试验方法处理试验结果，采用综合评分法进行分析。试验选用表面光洁的A3钢板制作钢轨14的试样，分别以孔伤与槽伤的相位、衰减及示值幅度作为试验指标。在本实验中，检验频率调定为64kHz。仪器灵敏度的选择以人工缺陷在记录仪上的指示高度作为依据，它应为记录仪满刻度的50％～60％。在本试验中灵敏度调定为57dB。相位选择要考虑：信噪比最大、能区别缺陷的种类和位置。在本次试验中，相位角调定为0°。

经试验后得出具体试验方案及试验结果表，如表4所示：

表4

由于第7号试验中，孔伤及槽伤的示值幅度皆为最高，可以评定为10分。测量线圈1-2的匝数有300匝、400匝和500匝三种，分别设定为条件A1、A2和A3。从表4中可以得出，在A1条件下，试验得分之和为6+6+5.5＝17.5，其平均分K1为5.83分；A2条件下的平均得分K2为6.43分；A3条件下的平均得分K3为7.16分；R为各分数值中相差最大的两值之差。同样测量线圈1-2的直径和两线圈艰巨H也有三种组合，其具体得分见试验结果评分表，如表5所示：

表5                 试验结果评分表

通过表5中的极差分析(R值结果)，可确定三个影响因素的主次，即测量线圈1-2的直径对灵敏度的影响最大，是主要因素；两线圈间距H次之，测量线圈1-2的匝数排在最后。

从试验结果数据可以看出，在本试验中，第7号试验灵敏度最高。它的试验条件是A1B3C1，即测量线圈1-2的匝数为300匝，测量线圈1-2的直径为0.9mm，两线圈间距H为2mm，即得出传感器最优参数表，如表6所示：

表6                传感器最优参数表

试验编号	测量线圈1-2匝数	测量线圈1-2直径	两线圈间距H
				7	300匝	0.9mm	2mm

另外，所述U形磁芯和I形磁芯为锰锌铁氧体磁芯，其适用于信号频率小于1MHz的信号检测，聚磁效果较好，能很大程度提高涡流传感器1的性能。因为表面放置式传感器属接触式测量，因而在涡流传感器1底端设置有上磁屏蔽较小的耐磨钢套，以增加涡流传感器1的使用寿命。

综上所述，本实施例中，所述测量线圈1-2的线圈匝数为300匝，测量线圈1-2的直径为0.9mm，激励线圈1-1和测量线圈1-2间的间距H为2mm，激励线圈1-1的直径为9mm。

所述激励线圈1-1和一个测量线圈1-2安装在一能倒扣在钢轨14上的外部壳体内，所述外部壳体下部设置有与钢轨14的上部结构相对应的凹槽。所述外部壳体为U形外壳7，所述激励线圈1-1和一个测量线圈1-2均安装在U形外壳7内且均安装在U形外壳7上部中部，所述U形外壳(7)的内部结构与钢轨14的上部结构相对应。本实施例中，所述U形外壳7的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨14的上部侧壁上前后移动的固定轮8，U形外壳7的内部上方设置有一个或多个能在钢轨14上表面上前后移动的导向轮9，U形外壳7的外部上方设置有一带动U形外壳7沿钢轨14前后移动的手扶支杆10。另外，手扶支杆10底部固定在U形外壳7正上方所设置的底座13上，且手扶支杆10与底座13之间的连接方式为铰接。所述手扶支杆10中部安装有一电源箱11，所述正弦函数发生器2、信号放大电路一3、信号放大电路二4和报警单元6均设置在一电路板上，所述电路板和供电电源12均安装在电源箱11内。所述LCD显示器15安装在电源箱11的外表面上。所述导向轮9能保持涡流传感器1到被测材料即钢轨14间的距离相对恒定，并且能方便涡流传感器1更快速地在钢轨14上前进；长约一米的手扶支杆10是为了方便巡道工人检测而设计的。

本实施例中，所述正弦函数发生器2为能产生频率为10～100KHz的正弦波信号的芯片ICL8038。所述芯片ICL8038的第1和第12管脚分别接可变电阻W2和W3的活动端，可变电阻W2的一固定端接+15V电源端且其另一固定端经电阻R4后接-15V电源端，可变电阻W3的一固定端经电阻R3后接+15V电源端且其另一固定端接-15V电源端。所述芯片ICL8038的第4和第5管脚分别经电阻R2和R1后接至可变电阻W1的两固定端，可变电阻W1的活动端接+15V电源端，所述芯片ICL8038的第4管脚经电容C5后接-15V电源端且其第11管脚接-15V电源端，芯片ICL8038的第7和第8管脚相接，芯片ICL8038的第3管脚为其输出管脚。

所述信号放大电路一3由前级电压放大电路一和与所述前级电压放大电路一相接的后级功率放大电路组成。所述前级电压放大电路一为由芯片AD811组成的同相放大器，所述后级功率放大电路为由两个功率二极管D1和D2对接组成的乙类推挽功率放大电路。所述信号放大电路一3中，芯片AD811即A1的负相输入端依次经电阻R5和电容C1后与芯片ICL8038的第3管脚相接且其负相输入端和输出端分别接至可变电阻W4的两个固定端，芯片ICL8038的第7和第4管脚分别接+15V和-15V电源端，芯片AD811的正相输入端接地。功率二极管D1的阴极接和D2的阳极，功率二极管D1的阳极经电阻R6后接+15V电源端且其阳极接三极管Q1的基极，功率二极管D2的阴极经电阻R7后接-15V电源端且其阴极接三极管Q2的基极，芯片ICL8038的输出端接功率二极管D2的阳极，三极管Q1的发射极依次经电阻R8和R9后接三极管Q2的集电极，所述三极管Q1的集电极和Q2的发射极分别接+15V和-15V电源端。所述电阻R8和R9的连接点且电容C2后输出，该输出信号为后级功率放大电路的输出信号且其接激励线圈1-1。

所述信号放大电路二4由前级电压放大电路二和由芯片AD620组成的后级检测信号放大电路组成，所述前级电压放大电路二接后级检测信号放大电路。所述前级电压放大电路二为由芯片AD811即A2组成的同相放大器。在信号放大电路二4中，所述芯片AD811的正相输入端与测量线圈1-2相接且其负相输入端与其输出端相接，芯片AD811的第7和第4管脚分别接+15V和-15V电源端。所述芯片AD811的输出端经电容C3后接芯片AD620即A3的正相输入端，芯片AD620的负相输入端接-15V电源端且其第5管脚接地，芯片AD620的第7和第4管脚分别接+15V和-15V电源端且其第1管脚经电阻R10后与其第8管脚相接。

实际使用时，所述控制电路为电压比较器5，当涡流传感器1未检测到损伤时，检测输出的信号即信号放大电路二4得输出信号应为零的电压信号；当检测到损伤时，信号放大电路二4会有电压值较大的检测信号输出，利用电压比较器5对发现的损伤进行判断，并启动由蜂鸣器BELL和发光二极管D10和D11组成的报警单元6进行报警。若设置电压比较器5的比较电压为0V，则对轻微的干扰信号就能够报警，所以设置的报警电压应高于零点，同时略高于检测到损伤后输出电压的最小值。由于干扰多来自漏磁和表面不平等原因，它所引起的信号输出与检测到的损伤信号相比是很小的，可使用二极管的导通电压来作此处的比较电压。

本实施例中，首先将信号放大电路二4经由二级管D3-D6组成的整流电路后送至芯片AD811即A4的正相输入端，此处芯片AD811的第7和第4管脚分别接+15V和-15V电源端，芯片AD811的负相输入端分别经电阻R11和二极管D7后接+15V电源端和接地，芯片AD811的输出端分别接蜂鸣器BELL的正电源输入端和与非门的一输入端切其输出端经发光二极管D10(红色)后接地，蜂鸣器BELL的负电源输入端和与非门的另一输入端均接地，所述与非门的输出端经发光二极管D11(绿色)后接地，并且芯片AD811的输出端依次经两个对接的稳压管D8和D9后接地。

采用本实用新型对深度均为0.2mm，且宽度分别为0.2mm、0.5mm、1.0mm和1.5mm的直线拉痕即模拟裂纹的测试结果，如表7所示：

表7                测试结果表

当涡流传感器1对完整的试样即钢轨14表面进行检测时，LCD显示器15的读数为零，绿色发光二极管D11发光；当涡流传感器1移动至受损位置时，LCD显示器15有一定读数，当受损位置的裂缝宽度超过一定限值时，红色发光二极管D10发光，蜂鸣器BELL报警。测试过程中，随着模拟裂纹的缝宽增大，LCD显示器15读数增大。当模拟裂纹的缝宽为一定值时，LCD显示器15上所显示读数亦为定值。

综上所述，本实用新型为了方便巡道工人在两列火车通过的间隙对钢轨14进行检测而设计的。其具体利用涡流感应原理，使涡流传感器1在试件即钢轨14表面在交变磁场作用下会产生一定分布和大小的涡流，当没有裂纹时，涡流分布和大小保持不变；当检测到裂纹时，涡流分布和大小会产生相应变化，测量线圈1-2感应涡流反磁场的变化并通过LCD显示器15把上述变化转化为电信号显示出来，以反映缺陷情况，当裂缝宽度超过安全限制时蜂鸣器BELL报警。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：包括为各用电单元进行供电的供电电源(12)、对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器(1)、为涡流传感器(1)提供激励源的正弦函数发生器(2)、对正弦函数发生器(2)所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一(3)、对涡流传感器(1)所检测的检测信号进行放大处理的信号放大电路二(4)、与信号放大电路二(4)相接的控制电路、由所述控制电路进行控制的报警单元(6)和与信号放大电路二(4)相接的显示器；所述涡流传感器(1)由一个激励线圈(1-1)和一个测量线圈(1-2)组成；所述正弦函数发生器(2)接信号放大电路一(3)，信号放大电路一(3)的两个输出端分别与激励线圈(1-1)的两端相接，测量线圈(1-2)的两端分别与信号放大电路二(4)的两个输入端相接，所述控制电路接报警单元(6)。

2.按照权利要求1所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述激励线圈(1-1)由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈(1-2)由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈(1-2)位于激励线圈(1-1)的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈(1-2)的直径小于激励线圈(1-1)的直径。

3.按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述测量线圈(1-2)的线圈匝数、测量线圈(1-2)的线圈直径以及激励线圈(1-1)和测量线圈(1-2)间的间距H为通过正交试验设计法确定的最佳参数组合。

4.按照权利要求3所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述测量线圈(1-2)的线圈匝数为300匝，测量线圈(1-2)的直径为0.9mm，激励线圈(1-1)和测量线圈(1-2)间的间距H为2mm，激励线圈(1-1)的直径为9mm。

5.按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述激励线圈(1-1)和一个测量线圈(1-2)安装在一能倒扣在钢轨(14)上的外部壳体内，所述外部壳体下部设置有与钢轨(14)的上部结构相对应的凹槽。

6.按照权利要求5所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述外部壳体为U形外壳(7)，所述激励线圈(1-1)和一个测量线圈(1-2)均安装在U形外壳(7)内且均安装在U形外壳(7)上部中部，所述U形外壳(7)的内部结构与钢轨(14)的上部结构相对应。

7.按照权利要求6所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述U形外壳(7)的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨(14)的上部侧壁上前后移动的固定轮(8)，U形外壳(7)的内部上方设置有一个或多个能在钢轨(14)上表面上前后移动的导向轮(9)，U形外壳(7)的外部上方设置有一带动U形外壳(7)沿钢轨(14)前后移动的手扶支杆(10)；所述手扶支杆(10)中部安装有一电源箱(11)，所述正弦函数发生器(2)、信号放大电路一(3)、信号放大电路二(4)和报警单元(6)均设置在一电路板上，所述电路板和供电电源(12)均安装在电源箱(11)内。

8.按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述正弦函数发生器(2)为能产生频率为10～100KHz的正弦波信号的芯片ICL8038。

9.按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述信号放大电路一(3)由前级电压放大电路一和与所述前级电压放大电路一相接的后级功率放大电路组成；所述控制电路为电压比较器(5)。

10.按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其特征在于：所述信号放大电路二(4)由前级电压放大电路二和由芯片AD620组成的后级检测信号放大电路组成，所述前级电压放大电路二接后级检测信号放大电路。

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