CN205570745U - 一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器 - Google Patents
一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，包括前盖板、绝缘垫、水密圈、若干压电陶瓷圆环、螺杆、后盖板、衬垫、外壳和电缆，所述前盖板、所述绝缘垫、若干所述压电陶瓷圆环和所述后盖板通过所述螺杆连接，所述衬垫安装于所述后盖板与所述外壳之间，所述水密圈设置于所述外壳与所述前盖板之间，所述电缆与若干所述压电陶瓷圆环电学并联，并通过所述外壳上的电缆出线口引出。本实用新型通过换能器前盖板侧面与钢轨轨顶下部及轨腰上部结构相适配的外形，增加了换能器与钢轨接触面积，换能器向钢轨中发射或从钢轨中接收声波能量更容易传播，减少了能量损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种压电换能器，尤其涉及一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器。
背景技术
铁路运营线上的钢轨断裂严重威胁行车安全，实现全程实时断轨检测尤为重要。目前，铁路上采用周期性检测技术定期对钢轨进行检测，国内外已对不同轨道、不同检测设备制定相应的检测周期和检测作业标准。周期性检测设备精确度高，能及时发现钢轨早期裂纹，可以避免发生事故，但其缺点为不能实时监控检查，且需较多人力物力。而实时断轨监测系统可弥补周期性检测技术的缺点，可为周期性检测提供补充，这将会大大减少人力、物力，且能满足精确度高、时效快的要求。
实时断轨监测系统分为两种方式，一种采用轨道电路方式测量钢轨电阻的变化，监测钢轨是否断裂。其缺点是检测灵敏度低，只能检测钢轨完全断裂，不能检测钢轨不完全断裂。当钢轨完全断裂后，两段钢轨重新挤压在一起时，也不能检测钢轨断裂。在铁路电气化区间应用时，需安装阻波器等装置，系统才能正常工作，还需在钢轨上打孔安装，安装和使用不便。另外一种方式采用超声波作为检测钢轨断裂信号方式测量钢轨中超声波信号幅值变化，判断钢轨断裂情况，与轨道电路方式相比，其具有换能器与钢轨完全绝缘、系统不影响轨道电路，也不受轨道电路影响、检测灵敏度高、可检测钢轨不完全断裂和完全断裂等明显的优势。目前，超声波方式已成为国内外实时断轨监测系统的发展趋势。但存在检测距离较近，受环境因素影响较大的问题。超声波实时断轨监测系统的重要部件是压电换能器，其性能的好坏和安装方式的优劣直接影响超声波实时断轨监测系统的监测距离和稳定性。为了提高超声波实时断轨监测系统的监测距离，降低系统硬件成本，提高系统稳定性，急需要一种发射功率大、灵敏度高、抗机械压力强的超声波压电换能器。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
本实用新型包括前盖板、绝缘垫、水密圈、若干压电陶瓷圆环、螺杆、后盖板、衬垫、外壳和电缆，所述前盖板、所述绝缘垫、若干所述压电陶瓷圆环和所述后盖板通过所述螺杆连接，所述衬垫安装于所述后盖板与所述外壳之间，所述水密圈设置于所述外壳与所述前盖板之间，所述电缆与若干所述压电陶瓷圆环电学并联，并通过所述外壳上的电缆出线口引出。
本实用新型优选的，所述前盖板采用铝合金、钛合金等轻质金属材料。
本实用新型优选的，所述前盖板侧面与钢轨轨顶下部及轨腰上部的结构相适配。
本实用新型优选的，所述压电陶瓷圆环采用PZT4型或PZT5型或PZT8型压电陶瓷材料。
本实用新型优选的，所述压电陶瓷圆环上下表面覆电极，并且沿圆环轴向方向极化。
本实用新型优选的，若干所述压电陶瓷圆环通过导线电学并联即负极和负极通过导线相连，正极和正极通过导线相连。
本实用新型优选的，若干所述压电陶瓷圆环机械串联，即压电陶瓷圆环沿轴线方向彼此相连。
本实用新型优选的，所述绝缘垫采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，所述螺杆采用钢或铜等金属材料，所述后盖板采用钢或铜等高密度金属材料，所述衬垫采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，所述外壳采用铝合金、尼龙、塑料等轻质材料，所述水密圈采用硅橡胶、橡胶等防水材料。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过设置一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其有益效果为一下几个方面：
1）换能器通过前盖板侧面与钢轨轨顶下部及轨腰上部结构相适配的外形，增加了换能器与钢轨接触面积，换能器向钢轨中发射或从钢轨中接收声波能量更容易传播，减少了能量损失；
2）换能器沿轴线方向平行于钢轨延伸方向安装于钢轨轨腰上部和轨顶下部，换能器的振动方向与钢轨中声波传播方向相同，换能器向钢轨中或钢轨向换能器中传递声信号衰减小，利于声波的传输，可提高检测信号信噪比，增加断轨监测距离，降低系统硬件成本；
3）换能器设置有绝缘垫，在换能器安装在钢轨上时，换能器与钢轨电气绝缘，与轨道电路方式断轨监测系统相比，无需在钢轨上打孔，不损伤钢轨，安全性高，不影响轨道电路，也不受轨道电路影响；
4）前盖板、后盖板、若干个个压电陶瓷圆环采用螺杆相连接的方式的压电换能器，声波发射功率大、接收灵敏度高，并且具有抗机械压力高，稳固性强，便于安装，不易损坏的优点。
附图说明
图1是本实用新型所述一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器的剖视结构示意图。
图2是本实用新型所述一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器上视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示：本实用新型包括前盖板1、绝缘垫2、水密圈3、若干压电陶瓷圆环4、螺杆5、后盖板6、衬垫7、外壳8和电缆9，前盖板1、绝缘垫2、若干压电陶瓷圆环4和后盖板6通过螺杆5连接，衬垫7安装于后盖板6与外壳8之间，水密圈3设置于外壳8与前盖板1之间，电缆9与若干压电陶瓷圆环4电学并联，并通过外壳8上的电缆出线口引出。
如图1所示，前盖板1采用铝合金、钛合金等轻质金属材料。
如图1所示，压电陶瓷圆环4采用PZT4型或PZT5型或PZT8型压电陶瓷材料。
如图1所示，压电陶瓷圆环4上下表面覆电极，并且沿圆环轴向方向极化。
如图1所示，若干压电陶瓷圆环4通过导线电学并联即负极和负极通过导线相连，正极和正极通过导线相连。
如图1所示，若干压电陶瓷圆环4电学串联，即压电陶瓷圆环沿轴线方向彼此相连。
如图1所示，绝缘垫2采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，螺杆5采用钢或铜等金属材料，后盖板6采用钢或铜等高密度金属材料，衬垫7采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，外壳8采用铝合金、尼龙、塑料等轻质材料，水密圈3采用硅橡胶、橡胶等防水材料。
如图2所示，本实用新型换能器前盖板1侧面10所示区域与钢轨轨顶下部及轨腰上部的结构外形相适配。
综上所述，本实用新型通过设置一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其有益效果为一下几个方面：
1）换能器通过前盖板侧面与钢轨轨顶下部及轨腰上部结构相适配的外形，增加了换能器与钢轨接触面积，换能器向钢轨中发射或从钢轨中接收声波能量更容易传播，减少了能量损失。
2）换能器沿轴线方向平行于钢轨延伸方向安装于钢轨轨腰上部和轨顶下部，换能器的振动方向与钢轨中声波传播方向相同，换能器向钢轨中或钢轨向换能器中传递声信号衰减小，利于声波的传输，可提高检测信号信噪比，增加断轨监测距离，降低系统硬件成本。
3）换能器设置有绝缘垫，在换能器安装在钢轨上时，换能器与钢轨电气绝缘，与轨道电路方式断轨监测系统相比，无需在钢轨上打孔，不损伤钢轨，安全性高，不影响轨道电路，也不受轨道电路影响。
4）前盖板、后盖板、若干个压电陶瓷圆环采用螺杆相连接的方式的压电换能器，声波发射功率大、接收灵敏度高，并且具有抗机械压力高，稳固性强，便于安装，不易损坏的优点。
本领域技术人员不脱离本实用新型的实质和精神，可以有多种变形方案实现本实用新型，以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。
Claims (8)
1.一种用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：包括前盖板、绝缘垫、水密圈、若干压电陶瓷圆环、螺杆、后盖板、衬垫、外壳和电缆，所述前盖板、所述绝缘垫、若干所述压电陶瓷圆环和所述后盖板通过所述螺杆连接，所述衬垫安装于所述后盖板与所述外壳之间，所述水密圈设置于所述外壳与所述前盖板之间，所述电缆与若干所述压电陶瓷圆环电学并联，并通过所述外壳上的电缆出线口引出。
2.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：所述前盖板采用铝合金、钛合金等轻质金属材料。
3.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：所述前盖板侧面与钢轨轨顶下部及轨腰上部的结构相适配。
4.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：所述压电陶瓷圆环采用PZT4型或PZT5型或PZT8型压电陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：所述压电陶瓷圆环上下表面覆电极，并且沿圆环轴向方向极化。
6.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：若干所述压电陶瓷圆环通过导线电学并联即负极和负极通过导线相连，正极和正极通过导线相连。
7.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：若干所述压电陶瓷圆环机械串联，即压电陶瓷圆环沿轴线方向彼此相连。
8.根据权利要求1所述的用于超声波实时断轨监测系统的压电换能器，其特征在于：所述绝缘垫采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，所述螺杆采用钢或铜等金属材料，所述后盖板采用钢或铜等高密度金属材料，所述衬垫采用环氧树脂玻璃布或尼龙或塑料等硬质绝缘材料，所述外壳采用铝合金、尼龙、塑料等轻质材料，所述水密圈采用硅橡胶、橡胶等防水材料。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108802197A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 武汉科技大学 | 谐振频率可调的压电智能骨料 |
| CN108982668A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-11 | 武汉科技大学 | 传播方向可选、谐振频率可调的压电智能骨料 |
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2016
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| CN108982668B (zh) * | 2018-08-02 | 2021-09-24 | 武汉科技大学 | 传播方向可选、谐振频率可调的压电智能骨料 |
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