CN205720099U - 一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置，包括空气耦合超声换能器，脉冲发射接收装置，激光定位器，成像装置等部分。该系统可以完成轨道损伤缺陷的全面扫查，这些损伤缺陷包括，铁轨在轮毂高速碾压后产生内部残余应力；微裂纹；表面裂纹和浅表裂纹；内部较深裂纹。本实用新型一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测系统具有无需耦合剂传播声波介质，缺陷扫查类型多，质量轻便，检测效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波无损检测领域，具体为一种铁路轨道损伤缺陷的超声检测装置。
背景技术
轨道是铁路线路的重要组成部分。轨道铺设在路基之上，起着列车运行向导作用的同时，还直接承受车辆及其荷载的巨大压力。另外，在列车高速运行动力的冲击下，它的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性，以保证列车按照规定的最高速度，安全、平稳、连续地运行。所以铁轨的安全维护是非常必要的。
目前国内外铁路轨道的检查及维护作业主要使用高速轨道探伤车及手推式探伤车来完成，它们主要是利用脉冲反射法原理将车轮探测器与轨头上部接触，在探伤车大约以一定的速度在轨道上行走的同时，车轮探测器内部的超声波传感器发射声波脉冲到钢轨内部，获取损伤部位的回波信号。通过对该信号的处理、分析，提取特征参量评价轨道内部的缺陷大小、位置。这种方法的缺点是对于与声波方向相同或夹角很小的缺陷就显得无能为力了；另外这种脉冲回波法检测缺陷分辨率较低，当裂纹在毫米量级及以下时这种方法是无法识别出缺陷的。
发明内容
本实用新型的目的在于为了解决上述问题而提供一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置；主要包括四组空气耦合超声换能器、支撑架、行车车轮、铁轨、脉冲发射接收装置、主机、行车把手、行车架；其特征在于：第一组空气耦合超声换能器、第二组空气耦合超声换能器、第三组空气耦合超声换能器和第四组空气耦合超声换能器通过支撑架固定设置，每一组空气耦合超声换能器下端安装行车车轮，行车车轮上端设有行车架，行车车轮下端安装在铁轨上，第一组空气耦合超声换能器、第二组空气耦合超声换能器、第三组空气耦合超声换能器和第四组空气耦合超声换能器由导线连接脉冲发射接收装置和主机。
本实用新型所述主机上设有控制显示屏，控制显示屏上分别由内应力显示屏、表面及前表面裂纹显示屏、内部裂纹显示屏、微小裂纹显示屏和控制窗口组成。
本实用新型所述空气耦合超声换能器由激光定位、可变角度架、防护盒、固定架组成；任一二组空气耦合超声换能器安装在可变角度架上，角度由0度—60度可调；可变角度架和激光定位安装在固定架上，整个装置外置有防护盒。
本实用新型的优点是：一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测系统具有无需耦合剂传播声波介质，缺陷扫查类型多，质量轻便，检测效率高等优点。
附图说明
图1为本实用新型所述检测行车装置。
该装置由铁轨7、行车车轮6、行车把手15、主机9、行车架16组成。
图2为本实用新型所述铁轨超声检测装置结构示意图。
每一道铁轨共有4对超声检测组，本专利说明以一侧铁轨为例。
其中，第一组空气耦合超声换能器1用于检测铁轨内应力；第二组空气耦合超声换能器2用于检测铁轨表面及浅表面裂纹；第三组空气耦合超声换能器3用于检测内部裂纹；第四组空气耦合超声换能器4基于超声非线性法用于检测铁轨微小裂纹。
图3为本实用新型所述空气耦合超声换能器组结构示意图。
为了保护超声换能器使用安全，延长使用寿命。采用防护盒1-4保护内部元器件。两个换能器1-1安装在可变角度架1-3上，角度由0度—60度可调；可变角度架1-3和激光定位1-2安装在固定架1-5上。需要说明的是代号第一位代表换能器组，后面代表元器件。例如2-1，前面的2代表第二组换能器组，后面的1代表换能器。
图4为本实用新型所述集成主机的控制显示屏结构示意图。
控制显示屏由内应力显示屏10、表面及前表面裂纹显示屏11、内部裂纹显示屏12、微小裂纹显示屏13、控制窗口14组成。每一组显示由上下两个小屏幕组成。上面一组屏幕显示左侧铁轨缺陷；下面一组屏幕显示右侧铁轨缺陷。控制屏幕为参数给出栏目，具体有激励频率，采样频率、重复率、电压能量等。
图中：1、第一组空气耦合超声换能器，2、第二组空气耦合超声换能器，3、第三组空气耦合超声换能器，4、第四组空气耦合超声换能器，5、支撑架，6、行车车轮，7、铁轨，8、脉冲发射接收装置，9、主机，10、内应力损伤显示屏，11、表面及浅表面裂纹显示屏，12、内层裂纹显示屏，13、微小裂纹显示屏，14、控制窗口，15行车把手，16、行车架。
具体实施方式
如图1-4所示，一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置；主要包括四组空气耦合超声换能器、支撑架5、行车车轮6、铁轨7、脉冲发射接收装置8、主机9、行车把手15、行车架16；其特征在于：第一组空气耦合超声换能器1、第二组空气耦合超声换能器2、第三组空气耦合超声换能器3和第四组空气耦合超声换能器4通过支撑架5固定设置，每一组空气耦合超声换能器下端安装行车车轮6，行车车轮7上端设有行车架15，行车车轮6下端安装在铁轨7上，第一组空气耦合超声换能器1、第二组空气耦合超声换能器2、第三组空气耦合超声换能器3和第四组空气耦合超声换能器4由导线连接脉冲发射接收装置8和主机9。
本实用新型包括四对空气耦合超声换能器；激光定位传感器；脉冲发射接收装置；成像显示屏；完成四种缺陷的检测方法，四种缺陷分别为：铁轨在轮毂高速碾压后产生内部残余应力（车轮导致的压力区）；表面裂纹和浅表裂纹；内部较深裂纹；微小裂纹。每一种缺陷的扫查均为一对空气耦合换能器完成，其中一个为发射换能器，另一个为接收换能器，换能器发射和接收角度均为可改变角度。检测原理具体如下，第一种、内应力的检测：超声波应力检测是基于超声波波速与材料应力间的线性关系，这个关系即为在材料弹性极限内表现出的声弹性效应；第二种，表面及浅表面裂纹，根据斯奈尔定律，改变入射角角度，当达到临界角后，传播方式以瑞丽波传递。用于检测表面及前表面缺陷；第三种，内部较深裂纹，入射角度大于临界角度，传播方式以纵波和横波的混合波形式传递。第四种，微小裂纹，采用超声非线性检测。接收换能器的中心频率为激励频率的2倍。缺陷位置的定位采用激光定位法。该检测系统共需要八对超声换能器，为了简化说明，本专利以一侧铁轨四对超声换能器为例进行说明。
首先通过集成主机9的控制显示屏设置每一组换能器组的发射频率、采样频率、电压能量等参数。完成设置后，单击开始，发射信号由主机9经过脉冲发射接收装置8发送到发射换能器，经换能器传播到空气中，经空气以一定角度进入到铁轨内部，然后该信号经铁轨穿过空气介质，最后由接收换能器接收。经信号放大器放大，回到脉冲发射接收装置8，再到集成主机9的控制显示屏，经过信号处理后成像，每一组换能器组由于检测方法相同，获取不同的损伤缺陷。
Claims (3)
1.一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置；主要包括四组空气耦合超声换能器、支撑架、行车车轮、铁轨、脉冲发射接收装置、主机、行车把手、行车架；其特征在于：第一组空气耦合超声换能器、第二组空气耦合超声换能器、第三组空气耦合超声换能器和第四组空气耦合超声换能器通过支撑架固定设置，每一组空气耦合超声换能器下端安装行车车轮，行车车轮上端设有行车架，行车车轮下端安装在铁轨上，第一组空气耦合超声换能器、第二组空气耦合超声换能器、第三组空气耦合超声换能器和第四组空气耦合超声换能器由导线连接脉冲发射接收装置和主机。
2.根据权利要求1所述的一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置；其特征在于：所述主机上设有控制显示屏，控制显示屏上分别由内应力显示屏、表面及前表面裂纹显示屏、内部裂纹显示屏、微小裂纹显示屏和控制窗口组成。
3.根据权利要求1所述的一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置；其特征在于：所述空气耦合超声换能器由激光定位、可变角度架、防护盒、固定架组成；任一二组空气耦合超声换能器安装在可变角度架上，角度由0度—60度可调；可变角度架和激光定位安装在固定架上，整个装置外置有防护盒。
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