CN214251332U - 一种铁轨应力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种铁轨应力测量装置，其中铁轨应力测量装置包括：第一线圈、第二线圈、磁性件、电源部和控制部；其中，磁性件靠近第一线圈和第二线圈设置；电源部用于向第一线圈通入交变电流，以在铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波，应注意的是，在测量时，第一线圈应靠近被检测铁轨，电源部还用于向第二线圈通入交变电流，以在铁轨内产生振动方垂直于铁轨长度方向的第二超声横波，相应的，第二线圈也应该靠近被检测铁轨；控制部用于测量第一超声横波和第二超声横波在铁轨内的传播速度。本申请结构巧妙，测量时操作简单，能够有效提升铁轨应力检测效率。
Description
技术领域
本申请涉及应力检测领域，特别涉及一种铁轨应力测量装置。
背景技术
铁轨是铁路交通的重要一环，无论是无缝铁轨还是普通铁轨，季节的交替、温度的变化、维护施工甚至列车在铁轨上正常运行都会造成铁轨应力的改变，而应力的改变会使铁轨存在断轨、涨轨的风险，这对铁路交通的安全稳定埋下了隐患。
目前的检测方法主要分为破损方法和非破损方法。破损方法主要包括有盲孔法、切条法、剖分法等。非破损方法主要包括X射线衍射法、中子衍射法、超声法等。破损方法无法完成在线检测且对检测对象有破坏，X射线衍射法中使用的X射线对人体有伤害并且仅能测定表面应力。中子衍射法较为繁琐、测量仪器较为笨重。
上述的检测方法检测过程繁琐，检测效率低下。
实用新型内容
本申请提出了一种铁轨应力测量装置，以解决现有的铁轨应力检测过程繁琐，效率低下的问题。
本申请提出了一种铁轨应力测量装置，包括：第一线圈、第二线圈、磁性件、电源部和控制部；
其中，所述磁性件靠近所述第一线圈和所述第二线圈设置；
所述电源部用于向所述第一线圈通入交变电流，以在所述铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波；
所述电源部还用于向所述第二线圈通入交变电流，以在所述铁轨内产生振动方垂直于铁轨长度方向的第二超声横波；
所述控制部用于测量所述第一超声横波和所述第二超声横波在所述铁轨内的传播速度。
进一步的，所述第一线圈和所述第二线圈沿所述第一线圈的轴向堆叠，且所述第一线圈和所述第二线圈相互垂直。
进一步的，所述第一线圈和所述第二线圈为蝶形线圈、跑道形线圈、螺旋形线圈或回折线圈，所述磁性件为圆柱形磁体。
进一步的，所述铁轨应力测量装置还包括壳体，所述磁性件、所述第一线圈和所述第二线圈都设置在所述壳体内，且沿所述壳体的轴向堆叠。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
本申请的第一线圈能够在铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波，第二线圈能够在铁轨内产生振动方垂直于铁轨长度方向的第二超声横波，通过测量第一超声横波和第二超声横波的速度差能够得到铁轨内的应力。
本申请结构巧妙，测量时操作简单，能够有效提升铁轨应力检测效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请的一个实施例的铁轨应力测量装置的示意图；
图2是本申请的一个实施例的铁轨应力测量装置的剖视示意图；
图3是本申请的一个实施例的第一线圈和第二线圈的示意图；
图4是本申请的一个实施例的铁轨应力测量装置的检测状态示意图。
附图标记说明：100-第一线圈，200-第二线圈，300-磁性件，400- 壳体，410-介质板，500-导线。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1示意性地显示了根据本申请的一个实施例的铁轨应力测量装置。铁轨应力测量装置包括第一线圈100、第二线圈200、磁性件 300、电源部和控制部；其中，磁性件300靠近第一线圈100和第二线圈200设置；电源部用于向第一线圈100通入交变电流，以在铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波，应注意的是，在测量时，第一线圈100应靠近被检测铁轨，电源部还用于向第二线圈200通入交变电流，以在铁轨内产生振动方垂直于铁轨长度方向的第二超声横波，相应的，第二线圈200也应该靠近被检测铁轨；控制部用于测量第一超声横波和第二超声横波在铁轨内的传播速度。
上述的电源部通过导线500与第一线圈100和第二线圈200电连接。
当进行检测时电源部向第一线圈100和第二线圈200通入交变电流后，由于电磁感应效应，交变电流会在铁轨周围感生成一个动态变化的磁场，动态变化的磁场则会在铁轨的表面感生出涡旋电流，涡流场内的带电粒子会受到磁性件300的磁场的影响从而产生洛伦兹力，同时由于铁轨的材质为铁磁材料，因此受到磁性件300产生的磁场影响而在几何尺寸上的延伸改变即形成了磁致伸缩力；铁轨表面质点在磁场中受洛伦兹力与磁致伸缩力往复振动的影响会形成超声横波，第一超声横波的振动方向与铁轨的长度方向同向，而铁轨的应力方向主要是长度方向，其宽度方向的应力可忽略不计，因此第一超声横波的速度会受到温度和铁轨长度方向应力的影响，而第二超声横波的振动方向与铁轨的宽度方向同向，因此其只受到温度影响，超声波横波在铁轨中传播声速为：
其中，E为铁轨弹性模量；ρ为铁轨密度；σ为铁轨材料泊松比。随着温度的升高，铁轨的弹性模量与密度的比值将会减小，故以铁轨为传播介质的超声波横波声速随温度升高而降低。
用于第一超声横波和第二超声横波都会受到温度影响，因此两者的速度区别是因铁轨长度方向的应力而产生的。
由于第一超声横波的传播方向垂直于应力方向，振动方向与应力方向同向，因此第一超声波横波的声速与铁轨长度方向应力关系如下：
上述的ρ0为固体材料零应力状态下的密度；VS为传播方向与应力方向平行，振动方向垂直于应力方向的横波波速；σ0为沿着超声波横波传播方向的宏观应力值；λ、μ为二阶拉梅弹性常数；m、n为三阶默纳汉弹性常数；通过检测第一超声波横波和第二超声横波回传的时间信号，对信号的幅值进行差分计算，即可消除因温度变化产生的影响和因铁轨结构误差的影响，检测出铁轨的应力，具体的，通过计算出第一超声横波和第二超声横波的速度的差值，并将速度差值带入到上述的公式中，可以得到铁轨的长度方向应力大小。
在一个实施例中，第一线圈100和第二线圈200沿第一线圈100 的轴向堆叠，且第一线圈100和第二线圈200相互垂直，当第一线圈 100和第二线圈200相互垂直时，它们所产生的第一超声横波和第二超声横波的振动方向即是相垂直的，因此当第一超声横波的振动方向与铁轨长度方向同向时，第二超声横波的振动方向必定与铁轨的长度方向相垂直。
在一个实施例中，第一线圈100和第二线圈200为蝶形线圈、跑道形线圈、螺旋形线圈或回折线圈，磁性件300为圆柱形磁体。当第一线圈100、第二线圈200和磁性件300为上述形态时，其能够激励产生超声横波。
在一个实施例中，铁轨应力测量装置还包括壳体400，磁性件300、第一线圈100和第二线圈200都设置在壳体400内，且沿所述壳体 400的轴向堆叠。设置壳体400能够使上述个部件能够被安装在内，以形成整体结构，便于携带。
在一个实施例中，壳体400靠近第二线圈200的一侧设置有介质板410。介质板410的目的在于避免第一线圈100和第二线圈200与被检测件直接接触，防止第一线圈100和第二线圈200磨损，因此介质板410可采用耐磨材料制成。
本申请还提供了一种铁轨应力测量方法，应用于上述的铁轨应力测量装置，包括：
在铁轨的表面标记测量位置；
将第一线圈100靠近测量位置设置，电源部向第一线圈100通入交变电流以使铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波；
将第二线圈200靠近测量位置设置，电源部向第二线圈200通入交变电流以使铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向垂直的第二超声横波；
通过控制部测量第一超声横波和第二超声横波在铁轨内的传播速度。
在一个实施例中，测量位置位于铁轨的上表面，因此第一超声横波和第二超声横波都会由铁轨的上表面垂直向下传播至铁轨的底部，随后再返回铁轨上表面被第一线圈100和第二线圈200所接收并产生信号，控制部接收到该信号，根据第一线圈100和第二线圈200接收到的返回的第一超声横波和第二超声横波的用时，计算出第一超声波和第二超声横波的速度。
值得注意的是，由于第一线圈100和第二线圈200是相互堆叠的，因此它们两者的间距可以忽略不计，因此可以理解的是，在检测时，第一线圈100和第二线圈200与被检测铁轨的间距是相等的。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种铁轨应力测量装置，其特征在于，包括：第一线圈(100)、第二线圈(200)、磁性件(300)、电源部和控制部；
其中，所述磁性件(300)靠近所述第一线圈(100)和所述第二线圈(200)设置；
所述电源部用于向所述第一线圈(100)通入交变电流，以在所述铁轨内产生振动方向与铁轨的长度方向同向的第一超声横波；
所述电源部还用于向所述第二线圈(200)通入交变电流，以在所述铁轨内产生振动方垂直于铁轨长度方向的第二超声横波；
所述控制部用于测量所述第一超声横波和所述第二超声横波在所述铁轨内的传播速度。
2.根据权利要求1所述的铁轨应力测量装置，其特征在于，所述第一线圈(100)和所述第二线圈(200)沿所述第一线圈(100)的轴向堆叠，且所述第一线圈(100)和所述第二线圈(200)相互垂直。
3.根据权利要求1所述的铁轨应力测量装置，其特征在于，所述第一线圈(100)和所述第二线圈(200)为蝶形线圈、跑道形线圈、螺旋形线圈或回折线圈，所述磁性件(300)为圆柱形磁体。
4.根据权利要求1所述的铁轨应力测量装置，其特征在于，所述铁轨应力测量装置还包括壳体(400)，所述磁性件(300)、所述第一线圈(100)和所述第二线圈(200)都设置在所述壳体(400)内，且沿所述壳体(400)的轴向堆叠。
5.根据权利要求4所述的铁轨应力测量装置，其特征在于，所述壳体(400)靠近所述第二线圈(200)的一侧设置有介质板(410)。
6.根据权利要求1所述的铁轨应力测量装置，其特征在于，所述磁性件(300)为永磁体。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112763112A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-07 | 东北林业大学 | 一种铁轨应力测量装置及方法 |
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2021
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