CN211856388U - 一种用于无砟轨道近表面缺陷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近表面缺陷检测的信号采集装置，包括脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器，所述脉冲信号激发接收换能器的发射端口与超声阵列传感器中的发射端信号连接，所述脉冲信号激发接收换能器的接收端口与超声阵列传感器中的接收端信号连接。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近表面缺陷的信号，为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于无砟轨道近表面缺陷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
由于高速铁路的速度快、运力强和安全准时等优点，现阶段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，我国实现无砟轨道近表面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，还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近表面缺陷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的近表面缺陷，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：
一种用于无砟轨道近表面缺陷检测的信号采集装置，包括脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器，所述脉冲信号激发接收换能器的发射端口与超声阵列传感器中的发射端信号连接，所述脉冲信号激发接收换能器的接收端口与超声阵列传感器中的接收端信号连接。
一种实施方案，还包括移动电源单元，所述移动电源单元包括移动电源外壳和设于移动电源外壳内的电源本体，所述电源本体分别与脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器电连接，所述脉冲信号激发接收换能器安装于移动电源外壳内，所述移动电源外壳的侧部均匀设有若干与脉冲信号激发接收换能器相适配的开口，所述超声阵列传感器竖直设于移动电源外壳内，且超声阵列传感器的信号发射/接收端口穿过移动电源外壳位于移动电源外壳的下方。
一种优选方案，所述移动电源外壳的两端设有手柄。
一种实施方案，还包括移动通信控制单元，所述移动通信控制单元与脉冲信号激发接收换能器信号连接。
一种优选方案，所述移动通信控制单元包括通信单元和控制单元，所述通信单元具有无线连接功能，所述控制单元与通信单元信号连接，所述控制单元与脉冲信号激发接收换能器信号连接。
一种优选方案，所述移动通信控制单元设于移动电源外壳的顶部。
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，采用脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器进行信号采集，所述超声阵列传感器具有自发自收功能，使得信号采集过程中灵敏度高、不易受外界条件干扰，可用于轨道板近表面缺陷的无损检测，可望实现高效、无损、实时检测出无砟轨道的近表面缺陷，且检测结果基本不受外界环境影响，检测精度高，使得检测和维护工作效率得到大幅度提高，能为高铁的安全运营提供及时维护和有力支撑；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信号采集装置的主视图；
图2是本实用新型实施例中提供的信号采集装置的前视图；
图3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；
图中标号示意如下：1、脉冲信号激发接收换能器；2、超声阵列传感器；21、超声阵列传感器的信号发射/接收端口；3、移动电源单元；31、移动电源外壳；311、开口；312、手柄；4、移动通信控制单元；5、无咋轨道；6、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2所示：本实用新型提供的一种用于无砟轨道近表面缺陷检测的信号采集装置，包括脉冲信号激发接收换能器1和超声阵列传感器2，所述脉冲信号激发接收换能器1的发射端口与超声阵列传感器2中的发射端信号连接，所述脉冲信号激发接收换能器1的接收端口与超声阵列传感器2中的接收端信号连接。
所述超声阵列传感器2采用市售产品即可，例如，可以采用接触式的超声阵列传感器，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，所述超声阵列传感器2是由若干超声传感器以阵列的形式组成，例如，本实施例中，所述的超声阵列传感器2可以由8行3列共24个超声传感器组成，相应的，所述超声阵列传感器2即具有24个阵元，每个超声传感器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，本实施例中的超声阵列传感器2具有发射端和接收端，具备自发自收的功能，即组成超声阵列传感器2的超声传感器中，部分是用于发射信号的发射传感器，剩余部分是用于接收信号的接收传感器。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，脉冲信号激发接收换能器1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，导致到达接收传感器时声波能量得幅值显著减小，本申请中，采用超声阵列传感器2，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，使得反射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。
此外，本实施例所述的信号采集装置还包括移动电源单元3，所述移动电源单元3包括移动电源外壳31和设于移动电源外壳31内的电源本体(未显示)，所述电源本体分别与脉冲信号激发接收换能器1和超声阵列传感器2电连接，所述脉冲信号激发接收换能器1安装于移动电源外壳31内，所述移动电源外壳31的侧部均匀设有若干与脉冲信号激发接收换能器2相适配的开口311(便于脉冲信号激发接收换能器1发射和接收信号)，所述超声阵列传感器2竖直设于移动电源外壳31内，且超声阵列传感器2的信号发射/接收端口21穿过移动电源外壳31位于移动电源外壳31的下方(便于超声阵列传感器2对轨道检测)。移动电源单元为所述装置中的其余组成部分移动供电，此外，将脉冲信号激发接收换能器1和超声阵列传感器2共同集约于移动电源外壳31内，有效简化了装置整体的结构和占地面积，进而方便装置整体的移动。
此外，所述移动电源外壳31的两端设有手柄312，以便于通过手柄312实现移动电源单元3及装置整体的搬运与安装。
此外，本实施例所述的信号采集装置还包括移动通信控制单元4，所述移动通信控制单元4与脉冲信号激发接收换能器1信号连接。具体的，所述移动通信控制单元4包括通信单元和控制单元，所述通信单元具有无线连接功能(例如，蓝牙连接功能)，以实现与远程终端(图中未示出)进行无线通讯连接，所述控制单元(可以为市售的单片机、控制器等)与通信单元信号连接，所述控制单元与脉冲信号激发接收换能器1信号连接，以自动控制脉冲信号激发接收换能器1的开关。
此外，所述移动通信控制单元4设于移动电源外壳31的顶部，可以固定安装于移动电源外壳31的顶部，即可将所述装置中所有的组件均集约于移动电源外壳31处，简化了装置的整体结构。
采用本实用新型所述的信号采集装置对无砟轨道近表面缺陷进行信号采集的方法如下：
参见图3所示，将所述采集装置放置于无咋轨道5上，调节好位置，首先使脉冲信号激发接收换能器1的发射端发射频率在1～2.5MHz范围内的超声波信号，并由超声阵列传感器2的发射端发射至无咋轨道5内部，超声波信号在无咋轨道5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，然后由超声阵列传感器2的接收端采集扩散场信号并将其传输给脉冲信号激发接收换能器1的接收端，脉冲信号激发接收换能器1的接收端接收信号，即可完成对无砟轨道近表面缺陷的信号采集。
具体的参见图3所示，将本实用新型所述的信号采集装置外接信号分析装置6即可用于无咋轨道5内部缺陷的检测，检测的时候，将信号分析装置6与脉冲信号激发接收换能器1的接收端信号连接即可通过信号分析装置6对信号采集装置采集到的信号进行分析处理，从而实现对无咋轨道5近表面缺陷的检测，例如：信号分析装置10可以采用商用的信号处理软件(例如，MATLAB软件)对接收的信号进行数据存储与信息处理，然后再采用成像技术(例如，全聚焦成像，全聚焦成像技术为已知技术，此处就不再一一赘述)即可获取无砟轨道5近表面缺陷的图像，将获取的图像与标准图像比较，即可判断无砟轨道5近表面是否存在缺陷，从而完成无砟轨道5近表面缺陷的检测。
本实用新型的信号采集装置，采用脉冲信号激发接收换能器1激发超声波信号，利用超声阵列传感器的自发自收功能实现信号的激发与采集，可实现无砟轨道近表面缺陷的检测与评估，可解决目前轨道效率低的问题，而且可大大降低人力和工作强度，并且提供缺陷可视化的服务，能为铁路安全维护提供有力支持；另外，本实用新型结构简单，使用便捷，可使维护成本大大降低；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 (5)
1.一种用于无砟轨道近表面缺陷检测的信号采集装置，其特征在于：包括脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器，所述脉冲信号激发接收换能器的发射端口与超声阵列传感器中的发射端信号连接，所述脉冲信号激发接收换能器的接收端口与超声阵列传感器中的接收端信号连接。
2.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：还包括移动电源单元，所述移动电源单元包括移动电源外壳和设于移动电源外壳内的电源本体，所述电源本体分别与脉冲信号激发接收换能器和超声阵列传感器电连接，所述脉冲信号激发接收换能器安装于移动电源外壳内，所述移动电源外壳的侧部均匀设有若干与脉冲信号激发接收换能器相适配的开口，所述超声阵列传感器竖直设于移动电源外壳内，且超声阵列传感器的信号发射/接收端口穿过移动电源外壳位于移动电源外壳的下方。
3.根据权利要求2所述的信号采集装置，其特征在于：所述移动电源外壳的两端设有手柄。
4.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：还包括移动通信控制单元，所述移动通信控制单元与脉冲信号激发接收换能器信号连接。
5.根据权利要求4所述的信号采集装置，其特征在于：所述移动通信控制单元包括通信单元和控制单元，所述通信单元具有无线连接功能，所述控制单元与通信单元信号连接，所述控制单元与脉冲信号激发接收换能器信号连接。
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