CN211905211U - 一种用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置，包括轨检小车和超声波发射接收器，超声波发射接收器包括超声波信号激励单元和超声波信号接收单元，还包括超声阵列传感器，超声阵列传感器的发射端与超声波信号激励单元信号连接，超声阵列传感器的接收端与超声波信号接收单元信号连接，超声阵列传感器与一自适应位移反馈调节装置相连接，且自适应位移反馈调节装置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，信号采集过程中灵敏度高、不易受外界条件干扰，可用于轨道板内部缺陷的无损检测，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

一种用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于轨道板内部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

铁路带动着国民经济的大发展，高速铁路已经成为现代化铁路运输的必然选择，截至 2018年底，中国告诉铁路营业里程已达2.9万公里以上，超过全世界高铁总里程的2/3，我们国家已经成为世界上高铁里程最长、运输密度最高的国家，无砟轨道由于具有平顺性高、耐久性好、养护维修工作量小等优点，近年来已成为我国高速铁路最重要的轨道结构形式。如在京津城际铁路、京沪高速铁路、武广客运专线等多条高速铁路，无砟轨道铺设比例高达90％。尽管无砟轨道使用的是相对耐用且坚固的建筑材料，但由于恶劣的环境，其性能可能会急剧恶化，会不可避免的产生各种损伤，轨道结构的安全性、稳定性、可靠性和长期耐久性会随着运营期的增长会有所下降，运营期越长，轨道结构病害发生的频率和种类也越来越多，其中无砟轨道内部缺陷影响最为严重，混凝土内部缺陷问题破坏了整体轨道结构的完整性，直接影响到线路的安全性，给铁路运输带来了极大的安全隐患，同时给养护维修带来了繁重的工作量，从长远来看，这对我国高速铁路的健康发展十分不利，目前关于无砟轨道内部缺陷问题的检测已受到学术界和工程界的高度重视。

近年来许多无损检测技术被提出，如合成孔径聚焦技术，声发射分析和光纤传感器技术等用于损伤检测混凝土中的离子，其中合成孔径聚焦技术有其自身的优点，在混凝土结构检测中得到了广泛应用，与其他无损检测相比，合成孔径聚焦技术具有能量传播快、穿透性强、检测速度快、安全监测等优点，尽管合成孔径聚焦技术在损伤检测方面取得了很大成就，但仍有一定的局限性，例如，其对垂直或陡峭缺陷的部分信号采集灵敏度低，且信号采集易受外界条件干扰，导致其检测精度差。

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灵敏度高、不易受外界条件干扰、用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置，以实现高效、无损、实时检测出轨道板内部缺陷，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：

一种用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置，包括轨检小车和设置在轨检小车上的超声波发射接收器，所述超声波发射接收器包括超声波信号激励单元和超声波信号接收单元，还包括超声阵列传感器，所述超声阵列传感器的发射端与超声波信号激励单元信号连接，所述超声阵列传感器的接收端与超声波信号接收单元信号连接，所述超声阵列传感器与一自适应位移反馈调节装置相连接，且所述自适应位移反馈调节装置固定连接在轨检小车的前端。

一种实施方案，所述超声波信号激励单元包括依次信号连接的高频脉冲信号发生器、脉冲信号变压器和高频功率放大器，且所述高频功率放大器与超声阵列传感器的发射端信号连接。

一种实施方案，所述超声波信号接收单元包括信号连接的信号放大器和带通滤波器，且所述信号放大器与超声阵列传感器的接收端信号连接。

一种实施方案，所述自适应位移反馈调节装置包括安装板、纵向位移调节机构和横向位移调节机构，所述超声阵列传感器与安装板固定连接，所述安装板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导向机构，构成导向机构的导向轮与导轨滚动连接。

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，采用超声阵列传感器配合超声波发射接收器进行信号采集，信号采集过程中灵敏度高、不易受外界条件干扰，可用于轨道板内部缺陷的无损检测，检测速度快、效率高，可在几个小时的天窗时间进行远距离的检测作业，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用于轨道板内部缺陷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信号采集装置的工作原理图；

图中标号示意如下：1、轨检小车；2、超声波发射接收器；21、超声波信号激励单元；211、高频脉冲信号发生器；212、脉冲信号变压器；213、高频功率放大器；22、超声波信号接收单元；221、信号放大器；222、带通滤波器；3、超声阵列传感器；4、自适应位移反馈调节装置；41、安装板；42、纵向位移调节机构；421、纵向支架；422、纵向电动丝杆调节机构；43、横向位移调节机构；431、横向支架；432、横向电动丝杆调节机构；5、导向机构；51、导向轮；6、导轨；7、移动电源；8、座椅；9、轨道板；10、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轨道板内部缺陷检测的信号采集装置，包括轨检小车1和设置在轨检小车1上的超声波发射接收器2，所述超声波发射接收器2包括超声波信号激励单元21和超声波信号接收单元22，还包括超声阵列传感器3，所述超声阵列传感器3的发射端与超声波信号激励单元21信号连接，所述超声阵列传感器3的接收端与超声波信号接收单元22信号连接，所述超声阵列传感器3与一自适应位移反馈调节装置4相连接，且所述自适应位移反馈调节装置4固定连接在轨检小车1的前端。

所述超声波信号激励单元21用于激发超声脉冲波，参见图3所示，本实施例中，所述超声波信号激励单元21，包括依次信号连接的高频脉冲信号发生器211、脉冲信号变压器212和高频功率放大器213，用于激发超声脉冲波，且所述高频功率放大器213与超声阵列传感器3的发射端信号连接。所述超声波信号接收单元22用于接收回波信号，并对驳回信号进行预处理，本实施例中，所述超声波信号接收单元22包括信号连接的信号放大器221 和带通滤波器222，且所述信号放大器221与超声阵列传感器3的接收端信号连接。

本实施例中，所述超声阵列传感器3采用市售产品即可，所述超声阵列传感器3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，会发生反射折射等现象，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，超声波信号激励单元21产生的超声脉冲波在混凝土中传播时遇到缺陷会发生绕射，在缺陷界面会发生折射和反射，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，采用的超声阵列传感器3具备自发自收的功能，能够更加有效率的采集回波信号。超声阵列传感器3可采用耐磨陶瓷材料制成，可用于粗糙及不平整的结构面检测，超声阵列传感器3的中心频率可以是50KHZ，超声阵列传感器3可由若干耦合点接触式压电传感器组成，例如，分为8行，每行3个横波传感器，共有24个传感器。

参见图1和图2所示，本实施例中，所述自适应位移反馈调节装置4包括安装板41、纵向位移调节机构42和横向位移调节机构43，所述超声阵列传感器3与安装板41固定连接，所述安装板41与纵向位移调节机构42滑动连接，所述纵向位移调节机构42与横向位移调节机构43滑动连接，所述横向位移调节机构43固定连接在轨检小车1的前端，以实现对超声阵列传感器3的位置调节。

具体的，所述纵向位移调节机构42包括纵向支架421和纵向电动丝杆调节机构422，所述横向位移调节机构43包括横向支架431和横向电动丝杆调节机构432，所述安装板41 与纵向支架421上下滑动连接，所述纵向支架421与横向支架431横向滑动连接，所述横向支架431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422 和横向电动丝杆调节机构432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，本实施例中，在轨检小车1的前端还设有导向机构5，构成导向机构5的导向轮51与导轨6滚动连接，以对轨检小车1的行驶方向起到导向作用。

此外，本实施例中，在轨检小车1上还设有移动电源7，以实现对所述装置进行移动供电。

此外，本实施例中，在轨检小车1上设置座椅8，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，通过自适应位移反馈调节装置4调节好超声阵列传感器3在轨道板9上的位置，并调节好超声阵列传感器3的采集方向，然后通过超声波发射接收器2的超声波信号激励单元21产生超声波脉冲信号并通过超声阵列传感器3的发射端向轨道板9输入振动能量(具体的，设定好高频脉冲信号发生器211的激振频率，启动高频脉冲信号发生器211即可激发超声脉冲波，然后通过脉冲信号变压器212和高频功率放大器213将超声脉冲波传送超声阵列传感器3的发射端，然后通过超声阵列传感器3的发射端向轨道板9输入振动能量)，使产生一定频率的声波(例如，频率为20～100kHz范围内的声波)，然后超声阵列传感器3 的接收端采集声波回波信号并将其传输给超声波信号接收单元22，超声波信号接收单元22接受信号并对信号进行预处理(具体的是通过信号放大器221和带通滤波器222依次对接受的回波信号进性放大和滤波处理)，从而即可完成对轨道板9内部缺陷的信号采集及预处理。

将本实用新型所述的信号采集装置外接信号分析装置10即可用于轨道板9内部缺陷的检测，检测的时候，将信号分析装置10与超声波发射接收器2中的超声波信号接收单元22 信号连接，具体的与带通滤波器222信号连接(如图3所示)即可通过信号分析装置10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9内部缺陷的检测，例如：由于当超声脉冲波在轨道板9内部传播遇到缺陷时会在缺陷界面发生折射和反射，到达超声波信号接收单元22的接收端的声波能量显著减小，因此信号分析装置10可以采用商用的信号处理软件(例如，MATLAB软件)对反射回波信号进行数据存储与信息处理，然后再采用合成孔径聚焦成像技术(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9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9 内部是否存在缺陷，从而完成轨道板9内部缺陷的检测。

本实用新型的信号采集装置，采用超声阵列传感器3配合超声波发射接收器2进行信号采集，使得信号采集方式为多阵元结构的信号采集方式，不仅信号采集更加自由，操作更为简单、快捷，有效提高了信号采集效率，同时还有效提高信号采集过程中的信噪比，使得号采集过程中灵敏度高、不易受外界条件干扰，将所述信号采集装置应用于轨道板内部缺陷的无损检测时，检测速度快、效率高，可在几个小时的天窗时间进行远距离的检测作业，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。

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 (7)

1.一种用于轨道板内部缺陷检测的信号采集装置，包括轨检小车和设置在轨检小车上的超声波发射接收器，所述超声波发射接收器包括超声波信号激励单元和超声波信号接收单元，其特征在于：还包括超声阵列传感器，所述超声阵列传感器的发射端与超声波信号激励单元信号连接，所述超声阵列传感器的接收端与超声波信号接收单元信号连接，所述超声阵列传感器与一自适应位移反馈调节装置相连接，且所述自适应位移反馈调节装置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：所述超声波信号激励单元包括依次信号连接的高频脉冲信号发生器、脉冲信号变压器和高频功率放大器，且所述高频功率放大器与超声阵列传感器的发射端信号连接。

3.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：所述超声波信号接收单元包括信号连接的信号放大器和带通滤波器，且所述信号放大器与超声阵列传感器的接收端信号连接。

4.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：所述自适应位移反馈调节装置包括安装板、纵向位移调节机构和横向位移调节机构，所述超声阵列传感器与安装板固定连接，所述安装板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。

5.根据权利要求4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。

6.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导轨滚动连接。

7.根据权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于：在轨检小车上还设有移动电源。

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