CN208888186U - 一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车、多通道超声波脉冲发射接收器、计算机、一空气耦合超声发射换能器、多个空气耦合超声接收换能器和一信号放大器，所述空气耦合超声发射换能器与一自适应位移反馈调节装置相连接，多个空气耦合超声接收换能器均匀安装在圆环形支架上，且所述圆环形支架与一双轴位移调节机构相连接，所述自适应位移反馈调节装置和双轴位移调节机构均固定连接在轨检小车的前端。本实用新型可高效、无损、实时检测出无砟轨道的缺陷，能为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障。
Description
技术领域
本实用新型是涉及一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的装置，属于轨道无损检测技术领域。
背景技术
基于高速铁路的速度快、运力强和安全准时等优点，现高速铁路已成为我国大力发展的公共交通方式之一，铁路高速化尤其是客运铁路高速化必将是未来的发展趋势。随着高速铁路的迅猛发展，无砟轨道作为一种主要的轨道结构，是由无砟轨道板、CA砂浆层、支撑层和基床构成，其运用范围越来越广。然而近年来，高铁线下结构出现了越来越多的病害，包括线下结构离隙、贯穿裂缝以及CA砂浆层脱空等病害。主要原因一方面是列车高速重载运行过程中会对无砟轨道产生挤压、冲击等作用，导致其内部可能会出现不密实、裂缝或空洞，外部形成损伤层或蜂窝麻层等各种各样的缺陷；另一方面是由于无砟轨道在前期制作中因施工工艺、施工经验可能存在问题，导致本身就存在缺陷；另外，雨雪的侵蚀、环境温度变化等自然灾害下也将导致产生缺陷。因缺陷的存在将严重影响无砟轨道的承载力和耐久性，将会致使无砟轨道结构失效，无法保证高速铁路无砟轨道及线下结构的稳定性和平顺性，而稳定性和平顺性恰恰是保证高铁快速和安全运营的重要前提条件，将直接关系到列车的正常运营和乘客的人身安全。
但目前，我国实现无砟轨道缺陷检测主要依靠人工静态检测技术，由于轨道交通用于可供线路检修维护的有效天窗时间仅为2-3小时，且高速铁路的线程又很长，若采用现有的检测手段不仅耗费大量人力物力，而且效率十分低下，检测维护成本很高，以致不能满足轨道安全预警需求，因此研发一种可高效、动态无损检测无砟轨道缺陷的装置将具有重要意义和价值。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本实用新型的目的是提供一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的装置，以实现高效、无损、实时检测出无砟轨道的缺陷，为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种多通道动态检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车及设置在轨检小车上的多通道超声波脉冲发射接收器和计算机；其特征在于：还包括一空气耦合超声发射换能器、多个空气耦合超声接收换能器和一信号放大器，所述空气耦合超声发射换能器与多通道超声波脉冲发射接收器的发射接口信号连接，多个空气耦合超声接收换能器与多通道超声波脉冲发射接收器的多个接收接口一对一信号连接，且所述多通道超声波脉冲发射接收器与信号放大器信号连接，所述信号放大器与计算机信号连接；以及，所述空气耦合超声发射换能器与一自适应位移反馈调节装置相连接，多个空气耦合超声接收换能器均匀安装在圆环形支架上，且所述圆环形支架与一双轴位移调节机构相连接，所述自适应位移反馈调节装置和双轴位移调节机构均固定连接在轨检小车的前端。
一种实施方案，所述自适应位移反馈调节装置包括安装板A，在所述安装板A上固设有一转动电机，所述空气耦合超声发射换能器固定安装在转动电机的转轴上；在空气耦合超声发射换能器上安装有两个左右对称的激光位移传感器，所述两个左右对称的激光位移传感器均与一连接座固定连接，所述连接座与转动电机的转轴固定连接；并且，在所述安装板A的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A，所述安装板A与一纵向位移调节机构A滑动连接，所述纵向位移调节机构A与一横向位移调节机构A滑动连接。
一种实施方案，所述双轴位移调节机构包括纵向位移调节机构B和横向位移调节机构B，所述纵向位移调节机构B与横向位移调节机构B滑动连接，所述圆环形支架通过连接臂与安装板B固定连接，所述安装板B与纵向位移调节机构B滑动连接，并且，在所述安装板B的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B。
进一步实施方案，所述纵向位移调节机构A/B包括纵向支架A/B和纵向电动丝杆调节机构A/B，所述横向位移调节机构A/B包括横向支架A/B和横向电动丝杆调节机构A/B，所述安装板A/B与纵向支架A/B上下滑动连接，所述纵向支架A/B与横向支架A/B横向滑动连接，所述横向支架A/B固定连接在轨检小车的前端。
进一步实施方案，所述纵向电动丝杆调节机构A/B和横向电动丝杆调节机构A/B均是由驱动电机、一端固定在驱动电机输出端的丝杆和与丝杆螺纹连接的滑块连接件组成。
一种优选方案，在轨检小车的前端还设有导向机构，构成导向机构的导向轮与钢轨滚动连接。
一种优选方案，在轨检小车上还设有移动电源。
一种优选方案，在轨检小车上还设有无线网络模块。
一种优选方案，在轨检小车上还设有定位器。
一种优选方案，在轨检小车上还设有摄像仪。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：
1)、采用的空气耦合超声发射换能器和空气耦合超声接收换能器，既对轨道不产生污染，又实现了非接触式无损检测；
2)、实现了一发多收的动态式检测，可实现对全线路进行快速扫描检测，检测效率高，可满足轨道交通检修维护天窗时间短的特点；
3)、尤其是，利用多个接收换能器采集反射回波信号，将使得接收的反射回波叠加，使得在某一个方向的辐射能量最大，而在其它方向总和辐射能量较小，从而实现对信号的聚焦作用，使得有用的反射回波信号得到增强，干扰信号得到抑制，进而保证了检测结果的准确性；
综上所述，本实用新型可实现高效、无损、准确、实时检测无砟轨道缺陷，能为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障，可为后续轨道维修工作提供有力支撑；因此，本实用新型相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。
附图说明
图1为实施例提供的一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的装置的立体结构示意图；
图2为实施例所述装置用于检测工作时的状态图；
图3为实施例所述装置的工作原理框图。
图中标号示意如下：1、轨检小车；2、多通道超声波脉冲发射接收器；3、计算机；4、空气耦合超声发射换能器；5、空气耦合超声接收换能器；6、信号放大器；7、自适应位移反馈调节装置；71、安装板A；72、转动电机；73、激光位移传感器；74、连接座；75、垂向位移传感器A；76、纵向位移调节机构A；761、纵向支架A；762、纵向电动丝杆调节机构A；77、横向位移调节机构A；771、横向支架A；772、横向电动丝杆调节机构A；8、圆环形支架；9、双轴位移调节机构；91、纵向位移调节机构B；911、纵向支架B；912、纵向电动丝杆调节机构B；92、横向位移调节机构B；921、横向支架B；922、横向电动丝杆调节机构B；93、安装板B；94、连接臂；95、垂向位移传感器B；10、导向机构；101、导向轮；11、钢轨；12、移动电源；13、无线网络模块；14、定位器；15、摄像仪；16、轨道板；17、远程终端；18、自行走动力机构；19、座椅。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。
实施例
请参阅图1和图2所示：本实施例提供的一种多通道动态检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车1及设置在轨检小车1上的多通道超声波脉冲发射接收器2和计算机3；还包括一空气耦合超声发射换能器4、多个空气耦合超声接收换能器5和一信号放大器6，所述空气耦合超声发射换能器4与一自适应位移反馈调节装置7相连接，多个空气耦合超声接收换能器5均匀安装在圆环形支架8上，且所述圆环形支架8与一双轴位移调节机构9相连接，所述自适应位移反馈调节装置7和双轴位移调节机构9均固定连接在轨检小车1的前端。
本实施例中：
所述自适应位移反馈调节装置7包括安装板A 71，在所述安装板A 71上固设有转动电机72，所述空气耦合超声发射换能器4固定安装在转动电机72的转轴上；在空气耦合超声发射换能器4上安装有两个左右对称的激光位移传感器73，所述两个左右对称的激光位移传感器73均与连接座74固定连接，所述连接座74与转动电机72的转轴固定连接；并且，在所述安装板A 71的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A75，所述安装板A71与纵向位移调节机构A 76滑动连接，所述纵向位移调节机构A 76与横向位移调节机构A 77滑动连接，具体说：所述纵向位移调节机构A 76包括纵向支架A 761和纵向电动丝杆调节机构A 762，所述横向位移调节机构A 77包括横向支架A 771和横向电动丝杆调节机构A 772，所述安装板A 71与纵向支架A 761上下滑动连接，所述纵向支架A 761与横向支架A 771横向滑动连接，所述横向支架A 771固定连接在轨检小车1的前端。
通过安装在空气耦合超声发射换能器4上的两个左右对称的激光位移传感器73所检测的位移差异，即可判断空气耦合超声发射换能器4的倾斜情况，例如：若位于左侧的激光位移传感器73所检测的位移值小于位于右侧的激光位移传感器73所检测的位移值，即可判断空气耦合超声发射换能器4向左倾斜，此时通过调节转动电机72顺时针旋转即可调节空气耦合超声发射换能器4的倾斜角度，使空气耦合超声发射换能器4的发射端面调节到与轨道板16的表面保持在预设的角度范围内。
另外，通过垂向位移传感器A 75和纵向位移调节机构A 76可使空气耦合超声发射换能器4的发射端面与轨道板16的表面间的垂直距离保持在预设的范围内。
所述双轴位移调节机构9包括纵向位移调节机构B 91和横向位移调节机构B 92，所述纵向位移调节机构B 91包括纵向支架B 911和纵向电动丝杆调节机构B 912，所述横向位移调节机构B 92包括横向支架B 921和横向电动丝杆调节机构B 922，所述横向支架B921固定连接在轨检小车1的前端，所述纵向支架B 911与横向支架B 921横向滑动连接，在纵向支架B 911上滑动连接有安装板B 93，在安装板B 93上固定连接有连接臂94，圆环形支架8固定在连接臂94上，并使均匀安装在圆环形支架8上的多个空气耦合超声接收换能器5的接收端面始终与无砟轨道表面保持垂直；另外，在所述安装板B 93的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B 95。
通过垂向位移传感器B 95和纵向位移调节机构B 91可使多个空气耦合超声接收换能器5的接收端面与轨道板16的表面间的垂直距离保持在预设的范围内。
另外，通过横向位移调节机构A 77和横向位移调节机构B 92可调节空气耦合超声发射换能器4与多个空气耦合超声接收换能器5之间的间距，以调节每次扫描检测的范围。
所述纵向电动丝杆调节机构A 762、横向电动丝杆调节机构A 772、纵向电动丝杆调节机构B 912和横向电动丝杆调节机构B 922均是由驱动电机、一端固定在驱动电机输出端的丝杆和与丝杆螺纹连接的滑块连接件组成，由于此组成结构为已知技术，故在图中未详细示出。
在轨检小车1的前端还设有导向机构10，构成导向机构10的导向轮101与钢轨11滚动连接，以对轨检小车1的行驶方向起到导向作用。
另外，在轨检小车1上还设有移动电源12，以实现对所述装置进行移动供电。
在轨检小车1上还设有无线网络模块13，以实现与远程终端(图中未示出)进行无线通讯连接。
在轨检小车1上还设有定位器14，如GPS定位器，以采集所检测轨道线路的位置信息。
在轨检小车1上还设有摄像仪15，以采集轨道板编号信息。
请参阅图3所示：所述多通道超声波脉冲发射接收器2的发射接口与空气耦合超声发射换能器4信号连接，多个空气耦合超声接收换能器5与多通道超声波脉冲发射接收器2的多个接收接口一对一信号连接，且所述多通道超声波脉冲发射接收器2与信号放大器6信号连接，所述信号放大器6与计算机3信号连接，所述计算机3与无线网络模块13通讯连接，所述无线网络模块13与远程终端17无线通讯连接，所述定位器14和摄像仪15均与计算机3信号连接。
采用本实施例所述装置实现多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的工作过程如下：
首先，使超声波脉冲发射接收器2产生频率在20～100kHz范围内的超声波信号，并由空气耦合超声发射换能器4发射至无砟轨道内部，然后由多个空气耦合超声接收换能器5采集反射回波信号并传输给超声波脉冲发射接收器2，再由超声波脉冲发射接收器2将接收到的反射回波信号传送给信号放大器6放大后再传输给计算机3，由计算机3采用MATLAB软件对反射回波信号进行滤波、去噪处理后，依据得到的反射回波的幅值及反射回波的到时以判断是否存在缺陷，具体为：若该处反射回波的幅值相对较大而到时却相对较短时，则判断此处存在缺陷。
由于超声波在密度不同的介质中传播速度不同，当其通过两种不同介质的分界面时，会发生反射折射等现象。在无砟轨道存在空洞裂缝等缺陷的情况下，缺陷部位为空气或真空气体介质，无缺陷部位为混凝土固体介质，因此，当超声波以一定的速度向无砟轨道内传播时，遇到缺陷的超声波直接反射回来，未遇到缺陷的超声波会一直传至无砟轨道底部后再反射回来。因此，当超声波遇到缺陷时，被采集到的缺陷处的反射回波到时短、幅值较大；当超声波未遇到缺陷时，被采集到的无缺陷处的反射回波到时长、幅值较小。因此，通过比较接收的反射回波的幅值和到时，就可以判断得知是否存在缺陷。
另外，因无砟轨道属于混凝土构件，是由砂、水泥、石子等混合组成的多孔质非均匀复合材料，超声波在混凝土中传播会发生一定散射，将会导致采集到的回波信号在一定程度上有所衰减，若直接使用此回波信号将难以判断是否存在缺陷，影响检测结果精度；而本实用新型通过利用多个空气耦合超声接收换能器5以360度均匀分布在检测处，使得所采集的反射回波得到叠加，从而出现在某一个方向的辐射能量最大，而在其他方向的总辐射能量较小，实现了对回波信号的聚焦作用，进而使得有用的反射回波信号得到增强，干扰信号得到抑制，从而保证了检测结果的精度。
本实用新型所述的轨检小车1设有自行走动力机构18，为现有技术；另外，本实用新型所述装置可实现遥控检测操作，也可在轨检小车1上设置座椅19，由检测员坐在轨检小车1上人工进行检测操作。
综上所述可见，本实用新型可实现高效、无损、准确、实时检测无砟轨道缺陷，能为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障，可为后续轨道维修工作提供有力支撑；因此，本实用新型相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。
Claims (10)
1.一种多通道动态检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车及设置在轨检小车上的多通道超声波脉冲发射接收器和计算机；其特征在于：还包括一空气耦合超声发射换能器、多个空气耦合超声接收换能器和一信号放大器，所述空气耦合超声发射换能器与多通道超声波脉冲发射接收器的发射接口信号连接，多个空气耦合超声接收换能器与多通道超声波脉冲发射接收器的多个接收接口一对一信号连接，且所述多通道超声波脉冲发射接收器与信号放大器信号连接，所述信号放大器与计算机信号连接；以及，所述空气耦合超声发射换能器与一自适应位移反馈调节装置相连接，多个空气耦合超声接收换能器均匀安装在圆环形支架上，且所述圆环形支架与一双轴位移调节机构相连接，所述自适应位移反馈调节装置和双轴位移调节机构均固定连接在轨检小车的前端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述自适应位移反馈调节装置包括安装板A，在所述安装板A上固设有一转动电机，所述空气耦合超声发射换能器固定安装在转动电机的转轴上；在空气耦合超声发射换能器上安装有两个左右对称的激光位移传感器，所述两个左右对称的激光位移传感器均与一连接座固定连接，所述连接座与转动电机的转轴固定连接；并且，在所述安装板A的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A，所述安装板A与一纵向位移调节机构A滑动连接，所述纵向位移调节机构A与一横向位移调节机构A滑动连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述纵向位移调节机构A包括纵向支架A和纵向电动丝杆调节机构A，所述横向位移调节机构A包括横向支架A和横向电动丝杆调节机构A，所述安装板A与纵向支架A上下滑动连接，所述纵向支架A与横向支架A横向滑动连接，所述横向支架A固定连接在轨检小车的前端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述双轴位移调节机构包括纵向位移调节机构B和横向位移调节机构B，所述纵向位移调节机构B与横向位移调节机构B滑动连接，所述圆环形支架通过连接臂与安装板B固定连接，所述安装板B与纵向位移调节机构B滑动连接，并且，在所述安装板B的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述纵向位移调节机构B包括纵向支架B和纵向电动丝杆调节机构B，所述横向位移调节机构B包括横向支架B和横向电动丝杆调节机构B，所述安装板B与纵向支架B上下滑动连接，所述纵向支架B与横向支架B横向滑动连接，所述横向支架B固定连接在轨检小车的前端。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在轨检小车的前端还设有导向机构，构成导向机构的导向轮与钢轨滚动连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有移动电源。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有无线网络模块。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有定位器。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有摄像仪。
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2018
- 2018-10-08 CN CN201821626512.9U patent/CN208888186U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109164173A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-08 | 上海工程技术大学 | 一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的方法及装置 |
| CN109164173B (zh) * | 2018-10-08 | 2023-11-21 | 上海工程技术大学 | 一种多通道动态无损检测无砟轨道缺陷的方法及装置 |
| CN111337574A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-06-26 | 上海工程技术大学 | 一种基于超声兰姆波板式无砟轨道裂缝的拓扑成像方法及装置 |
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