CN211856387U - 一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，包括控制器、轨检小车和摄像仪，摄像仪与控制器信号连接，还包括超声波发射接收器和超声线性阵列探头，超声线性阵列探头的发射端与超声波发射接收器的发射接口信号连接，超声线性阵列探头的接收端与超声波发射接收器的接收接口信号连接，超声线性阵列探头与一自适应伸缩机构相连接，自适应伸缩机构与一双轴位移调节机构相连接，且双轴位移调节机构固定连接在轨检小车的前端。本实用新型提供的信号采集装置，可以高效、无损、实时的采集无砟轨道板裂缝表面及裂缝内部缺陷的信号，可用于无砟轨道板裂缝检测，检测速度快、效率高，且检测结果基本不受外界环境影响，检测精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，属于轨道缺陷检测技术领域。
背景技术
高速铁路对于缩短城市距离、推动区域协调发展有着重要的意义，是现代交通运输方式中不可或缺的一部分。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。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，以实现高效、无损、实时检测出无砟轨道板裂缝缺陷，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：
一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，包括控制器、轨检小车及设置在轨检小车上的摄像仪，所述摄像仪与控制器信号连接，还包括超声波发射接收器和超声线性阵列探头，所述超声线性阵列探头的发射端与超声波发射接收器的发射接口信号连接，所述超声线性阵列探头的接收端与超声波发射接收器的接收接口信号连接，所述超声线性阵列探头与一自适应伸缩机构相连接，所述自适应伸缩机构与一双轴位移调节机构相连接，且所述双轴位移调节机构固定连接在轨检小车的前端。
一种实施方案，所述自适应伸缩机构包括垂向设置的、互相平行的安装板A和安装板B，所述安装板A和安装板B之间连接有可水平伸缩的伸缩支架，所述超声线性阵列探头与安装板A相连接，所述双轴位移调节机构与安装板B相连接。
一种优选方案，所述安装板A远离安装板B的一侧设有探头连接件，所述超声线性阵列探头固定安装在探头连接件上。
一种优选方案，在超声线性阵列探头的至少一侧设有激光测距仪。
一种实施方案，所述双轴位移调节机构包括安装板C、纵向位移调节机构和横向位移调节机构，所述自适应伸缩机构与安装板C固定连接，所述安装板C与纵向位移调节机构滑动连接，所述纵向位移调节机构与横向位移调节机构滑动连接，所述横向位移调节机构固定连接在轨检小车的前端。
一种优选方案，所述纵向位移调节机构包括纵向支架和纵向电动丝杆调节机构，所述横向位移调节机构包括横向支架和横向电动丝杆调节机构，所述安装板C与纵向支架上下滑动连接，所述纵向支架与横向支架横向滑动连接，所述横向支架固定连接在轨检小车的前端。
一种优选方案，在轨检小车的前端还设有照明灯。
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报警模块，所述报警模块与控制器信号连接。
一种优选方案，在轨检小车上还设有移动电源。
相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：
本实用新型提供的信号采集装置，设有摄像仪，通过摄像仪可以对轨道板表面的裂缝缺陷进行拍照检测，同时还设有超声波发射接收器和超声线性阵列探头可以对裂缝内部缺陷进行信号采集，从而可以实现轨道板裂缝的内部缺陷进行信号采集及检测；此外，采用的超声波发射接收器和超声线性阵列探头进行信号采集的方式，相较于传统的超声无损检测的信号采集方式，不仅信号采集过程中灵敏度高、分辨率高、速度快、效率高，且不易受外界条件干扰、精度高；所述信号采集装置可用于轨道板裂缝的无损检测，具有检测速度快、效率高、检测精度高等优点，可实现高效、无损、准确、实时检测无砟轨道裂缝，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是本实用新型实施例中提供的用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中提供的信号采集装置用于检测工作时的状态图；
图3是本实用新型实施例中提供的自适应伸缩机构的结构示意图；
图中标号示意如下：1、轨检小车；2、摄像仪；3、超声波发射接收器；4、超声线性阵列探头；5、自适应伸缩机构；51、安装板A；52、安装板B；53、伸缩支架；54、探头连接件；55、激光测距仪；6、双轴位移调节机构；61、安装板C；62、纵向位移调节机构；621、纵向支架；622、纵向电动丝杆调节机构；63、横向位移调节机构；631、横向支架；632、横向电动丝杆调节机构；7、轨道板；8、照明灯；9、导向机构；91、导向轮；10、钢轨；11、报警模块；12、移动电源；13、座椅；14、信号分析装置。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。
实施例
结合图1至图3所示：本实用新型提供的一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，包括控制器(图中未显示)、轨检小车1及设置在轨检小车1上的摄像仪2，所述摄像仪2与控制器信号连接，还包括超声波发射接收器3和超声线性阵列探头4，所述超声线性阵列探头4的发射端与超声波发射接收器3的发射接口信号连接，所述超声线性阵列探头4的接收端与超声波发射接收器3的接收接口信号连接，所述超声线性阵列探头4与一自适应伸缩机构5相连接，所述自适应伸缩机构5与一双轴位移调节机构6相连接，且所述双轴位移调节机构6固定连接在轨检小车1的前端。
本实施例中，所述超声线性阵列探头4采用市售产品即可，例如，可采用接触式的超声线性阵列探头，具有能量高，衰减小的优势，超声能量几乎不会泄露，更好地入射到待测材料的内部并与缺陷相互作用，形成对检测有利的散射信号，所述超声线性阵列探头4是由若干超声探头组成，例如，可以由8行3列共24个超声探头组成的阵列探头，相应的，所述超声线性阵列探头4即具有24个阵元，超声探头的中心频率可以为1.0MHz，每个探头的阵元可以单独进行激发，也可以组合激发，能够实现聚焦和偏转功能。此外，从上述可见，本实施例中的超声线性阵列探头4具有发射端和接收端，具备自发自收的功能。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，会发生反射散射等现象，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，超声波发射接收器3发射的超声脉冲波在混凝土中传播时遇到缺陷会发生绕射，在缺陷界面会发生散射和反射，导致到达接收探头时声波能量得幅值显著减小，本申请中，采用超声线性阵列探头4，不仅能够更加有效率的采集扩散场信号，还可以使得其接收的扩散场信号叠加，使得扩散场信号在某一个方向的辐射能量最大，而在其它方向的总辐射能量较小，从而实现对扩散场信号的聚焦作用，使得有用的扩散场信号得到增强，进而使得干扰信号得到抑制，从而保证了信号采集及检测结果的精度。
参见图1至图3所示，本实施例中，所述自适应伸缩机构5包括垂向设置的、互相平行的安装板A51和安装板B52，所述安装板A51和安装板B52之间连接有可水平伸缩的伸缩支架53，所述超声线性阵列探头4与安装板A51相连接，所述双轴位移调节机构6与安装板B52相连接，自适应伸缩机构5与双轴位移调节机构6相结合，可以实现超声线性阵列探头4三轴位移调节，从而可根据要求灵活调节超声线性阵列探头4的位置，进而灵活调节以超声线性阵列探头4每次扫描检测的范围。所述伸缩支架53可以由若干伸缩杆(图中未标记)交叉连接组成，伸缩支架53连接有伸缩驱动机构(未显示)，通过伸缩驱动机构控制伸缩支架53的伸缩，伸缩支架53、伸缩驱动机构及自适应伸缩机构5的整体均属于现有技术，此处就不再一一赘述。
此外，所述安装板A51远离安装板B52的一侧设有探头连接件54，所述超声线性阵列探头4固定安装在探头连接件54上，使用的时候，将超声线性阵列探头4固定安装在探头连接件54上并使超声线性阵列探头4的发射接收端面始终与无砟轨道表面保持垂直。
此外，在超声线性阵列探头4的至少一侧设有激光测距仪55，通过激光测距仪55所检测的位移，即可判断超声线性阵列探头4的发射接收端面与无砟轨道板7的表面之间的垂直距离，以保持垂直距离在预设的范围内，进而防止沉降距离过大而损伤探头。本实施例中，在超声线性阵列探头的左右两侧分别对称设有激光测距仪55，两个激光测距仪55可以设定为一用一备。
参见图1和图2所示，所述双轴位移调节机构6包括安装板C61、纵向位移调节机构62和横向位移调节机构63，所述自适应伸缩机构5与安装板C61固定连接(具体的，自适应伸缩机构5中的安装板B52与安装板C61固定连接，从而使得自适应伸缩机构5与双轴位移调节机构6相连接)，所述安装板C61与纵向位移调节机构62滑动连接，所述纵向位移调节机构62与横向位移调节机构63滑动连接，所述横向位移调节机构63固定连接在轨检小车1的前端。
具体的，所述纵向位移调节机构62包括纵向支架621和纵向电动丝杆调节机构622，所述横向位移调节机构63包括横向支架631和横向电动丝杆调节机构632，所述安装板C61与纵向支架621上下滑动连接，所述纵向支架621与横向支架631横向滑动连接，所述横向支架631固定连接在轨检小车1的前端。本实施例中，所述纵向电动丝杆调节机构622和横向电动丝杆调节机构632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。
此外，参见图1和图2所示，在轨检小车1的前端还设有照明灯8，以避免在夜间或较暗环境下摄像仪2拍摄模糊无法识别裂缝的问题，避免漏检，增加了检测效率。照明灯8的数量根据需要灵活设定，例如，本实施例中，是在轨检小车1的前端左右对称设有两个照明灯8，
此外，在轨检小车1的前端还设有导向机构9，构成导向机构9的导向轮91与钢轨10滚动连接，以对轨检小车1的行驶方向起到导向作用。
此外，在轨检小车1上还设有报警模块11，所述报警模块11与控制器信号连接，以便发现轨道上有裂缝存在时，可以通过控制器驱动报警模块11进行报警。所述报警模块11采用市售报警器即可。
此外，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。
此外，在轨检小车1上设置座椅13，以便由检测员坐在轨检小车1上进行人工信号采集及检测操作。
采用本实用新型所述的信号采集装置对轨道板内部缺陷进行信号采集的方法如下：
首先，使轨检小车1轨道板7方向行驶，行驶时，摄像仪2对轨道板7表面进行拍摄，并将拍摄的图片传递给控制器，控制器根据预存的正常轨道板图片与之比对，以判断轨道板7表面是否存在裂缝，当判断结果显示存在裂缝时，则控制器控制报警模块11进行报警，轨检小车1停止行驶，调节超声线性阵列探头4的位置使其下沉压置于裂缝处，然后启动超声波发射接收器3，使超声波发射接收器3的发射端发射频率在1～5MHz范围内的超声波信号，并由超声线性阵列探头4的发射端发射至轨道板7(即无砟轨道)内部，超声波信号在轨道板7(即无砟轨道)内部传播过程中传播在缺陷界面发生散射和反射从而形成扩散场信号，然后由超声线性阵列探头4的接收端采集扩散场信号并将其传输给超声波发射接收器3的接收端，超声波发射接收器3的接收端对信号进行接收，即可完成对轨道板7裂缝的信号采集。
将本实用新型所述的信号采集装置外接信号分析装置14即可用于轨道板7裂缝的检测，检测的时候，将信号分析装置14与超声波发射接收器3中的接收端信号连接，即可通过信号分析装置14对信号采集装置采集到的信号进行分析处理，从而实现对轨道板7内部缺陷的检测，例如：由于当超声波信号在轨道板7内部传播遇到裂缝等缺陷时会在缺陷界面发生散射和反射，设置的超声线性阵列探头4可获取无砟轨道中的扩散场信号并将信号传递给超声波发射接收器3中的接收端，由超声波发射接收器3中的接收端将信号传递给信号分析装置14，然后由信号分析装置14采用商用的信号处理软件(例如，MATLAB软件)对接收的信号基于进行数据存储与信息处理，然后再采用频域合成孔径聚焦成像技术，(频域合成孔径聚焦成像技术为已知技术，此处就不再一一赘述)即可获取检测点的轨道板7裂缝缺陷的内部图像，将获取的图像与标准图像比较，即可判断轨道板7裂缝内部的缺陷情况。
本实用新型的信号采集装置，采用摄像仪采集轨道板表面的裂缝缺陷信息，同时进一步通过超声波发射接收器和超声线性阵列探头对裂缝内部缺陷进行信号采集，实现了轨道板裂缝表面及裂缝内部缺陷的信号采集，信号采集更为全面；此外，本实用新型采用超声线性阵列探头对扩散场信号进行采集，不仅信号采集过程中灵敏度高、分辨率高、速度快、效率高，且不易受外界条件干扰、精度高；所述信号采集装置可用于轨道板裂缝的无损检测，具有检测速度快、效率高、检测精度高等优点，可实现高效、无损、准确、实时检测无砟轨道裂缝，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。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于无砟轨道板裂缝检测的信号采集装置，包括控制器、轨检小车及设置在轨检小车上的摄像仪，所述摄像仪与控制器信号连接，其特征在于：还包括超声波发射接收器和超声线性阵列探头，所述超声线性阵列探头的发射端与超声波发射接收器的发射接口信号连接，所述超声线性阵列探头的接收端与超声波发射接收器的接收接口信号连接，所述超声线性阵列探头与一自适应伸缩机构相连接，所述自适应伸缩机构与一双轴位移调节机构相连接，且所述双轴位移调节机构固定连接在轨检小车的前端。
2.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：所述自适应伸缩机构包括垂向设置的、互相平行的安装板A和安装板B，所述安装板A和安装板B之间连接有可水平伸缩的伸缩支架，所述超声线性阵列探头与安装板A相连接，所述双轴位移调节机构与安装板B相连接。
3.根据权利要求2所述的信号采集装置，其特征在于：所述安装板A远离安装板B的一侧设有探头连接件，所述超声线性阵列探头固定安装在探头连接件上。
4.根据权利要求2所述的信号采集装置，其特征在于：在超声线性阵列探头的至少一侧设有激光测距仪。
5.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：所述双轴位移调节机构包括安装板C、纵向位移调节机构和横向位移调节机构，所述自适应伸缩机构与安装板C固定连接，所述安装板C与纵向位移调节机构滑动连接，所述纵向位移调节机构与横向位移调节机构滑动连接，所述横向位移调节机构固定连接在轨检小车的前端。
6.根据权利要求5所述的信号采集装置，其特征在于：所述纵向位移调节机构包括纵向支架和纵向电动丝杆调节机构，所述横向位移调节机构包括横向支架和横向电动丝杆调节机构，所述安装板C与纵向支架上下滑动连接，所述纵向支架与横向支架横向滑动连接，所述横向支架固定连接在轨检小车的前端。
7.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：在轨检小车的前端还设有照明灯。
8.根据权利要求1所述的信号采集装置，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。
9.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：在轨检小车上还设有报警模块，所述报警模块与控制器信号连接。
10.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：在轨检小车上还设有移动电源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20201103 |