CN217638843U - 一种基于gmi磁传感器的钢轨探伤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，涉及无损探伤技术领域。包括移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体；装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接；通过移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

Description

一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置

技术领域

本实用新型涉及无损探伤技术领域，具体而言，涉及一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置。

背景技术

随着铁路高速、重载、高密度的运行，作为列车的基本承载结构——钢轨在强大的摩擦力和冲击力作用下，将使其表面产生磨耗、剥离掉块、擦伤等不同类型和不同等级的损伤，当损伤超过一定的限度就会对列车的行车安全造成威胁，严重时甚至将引发重大安全事故。

随着铁路高速化与重载化的发展，以及物理、化学方面因素对钢轨的影响，世界各国广泛采用各种包括无损探伤在内的技术检测钢轨损伤。但是，人力推动装置探伤检测效率低下，现有传统无缝线路应力检测方法和手段的检测范围有也很大的局限性，即实践中完成这项任务需要耗费大量时间以及人力、物力和财力。另外，传统的无损检测(NDT)方法(涡流检测、超声波检测、X射线及磁粉探伤等)由于其操作的复杂性，如要求对被测表面和检测对象进行清理，人工磁化，贴附传感器等，在检测无缝线路这样的大长度结构件时受到严重限制。同时，一些基于金属磁记忆效应原理的钢轨无损探伤技术发明虽然具有优势，但各自存在不同缺点，例如：

专利CN106394602A公开了一种铁路钢轨自动探伤小车，该型探伤小车包括驱动小车和探伤小车组成，驱动小车有驱动车轮、车体、座椅、脚踏板、电气系统、工作台等部分组成；探伤小车由车轮、探伤车支架、探伤轮总成、弹性伸缩支架、物料平台等组成。其特征在于提供一种重量轻，可折叠，上下道方便，探伤设备可根据铁路繁忙路段的需要随时增加或减少，探伤轮水平和角度可调节，同时探伤轮相对于钢轨的位置不会由于弯道钢轨高度差而变化，探伤精度高的轻型钢轨探伤小车。该型铁路钢轨自动探伤小车需要人工推动，工作速度较慢、效率较低。

专利CN112525987A公开了一种钢轨涡流探伤设备，包括机架、轨头踏面探伤起落架、轨头侧探伤起落架、轨头圆弧区探伤起落架、轨底侧探伤起落架和轨底探伤起落架，所述的轨头踏面探伤起落架上设置有能够与轨头踏面一侧对准的HT涡流探头，轨头侧探伤起落架上设置有能够与轨头一侧对准的H涡流探头，轨头圆弧区探伤起落架上设置有能够与圆弧区一侧对准的HC涡流探头，轨底侧探伤起落架上设置有能够与轨底一侧对准的FC涡流探头，轨底探伤起落架上设置有能够与轨底对准的F探头。该发明的有益效果是利用多个探伤支架驱动涡流探头分布在钢轨的轨头两侧、轨头踏面两侧、轨头圆弧区两侧、轨底侧面两侧和轨底下方，能够实现多方位全面探伤，提高探伤精度。但是涡流探伤仅适用于导电材料，只能检测表面或近表面层的缺陷，不便使用于形状复杂的构件。检测深度与检测灵敏度也是相互矛盾，在进行检测前，需要根据被检测对象的材质、表面状态、检测标准作综合考虑。采用穿过式线圈进行检测时，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定。

专利CN110412137A公开了一种钢轨超声波探伤车，其包括探伤机构、水箱和工控主机；探伤机构包括探测架、轮式探头、轮式探头步进电机和耦合剂喷洒泵；探测架安装有陆行轮和前置编码器导轮；探测架在钢轨的轨头两侧、轨腰两侧以及轨顶对应的区域均布设有轮式探头，每个轮式探头上安装有耦合剂喷头；耦合剂喷头通过管道连接耦合剂喷洒泵，并在耦合剂喷洒泵加压下将喷射耦合剂喷射至钢轨的表面上；探测架上还设置喷头喷洒开关；水箱固定安装于探测架上部且一侧设有用于添加探伤耦合剂的注水口。该发明使用便利，利于发现钢轨轧制缺陷，能对钢轨生产制造过程中产生的缺陷进行全面有效检测，在降低劳动强度的同时，能有效提高检测准确率和检测效率。但是，如果钢轨表面锈蚀较为严重，就会造成无法保证超声波探头与钢轨轨头及轨腰两侧面有效耦合，影响检测的有效性、可靠性。

专利CN103693072B公开了一种利用金属磁记忆检测钢轨温度应力的装置。该发明提供一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，能够长距离自动在钢轨上进行温度应力检测并记录分析数据。而且装置具有自动运行功能，可以通过远程控制完成检测工作。其采用新的检测方式——磁记忆，及时有效防止因胀轨跑道引发安全事故。但是仅仅聚焦温度变化造成胀轨，对于因为金属应力集中引起损伤的趋势无法判断出来。

综观钢轨探伤技术发明可以发现各自具有优点，但是缺点也很明显。依靠人力推动的探伤装置显然耗时耗力，涡流探伤应用局限性较大，超声波探伤有效性和可靠性易受钢轨表面锈蚀程度影响。同时，尽管多数发明装置基于金属磁记忆效应原理进行无损探伤，具有超声波等传统无损探伤技术所没有的优势，但是它们都具有较大应用范围的局限性。有的仅仅检测温度变化造成的胀轨，有的仅仅检测焊缝损伤，都不能在钢轨检测全领域适用，也不提前预测钢轨损伤趋势。

因此，针对于现有技术的不足，提供一种能解决上述背景技术中提出的问题的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其能够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，具有能全面检测钢轨表面及内部缺陷，且检测精度高等特点。

本实用新型的实施例提供一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置：

包括移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；

所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，所述位置传感器与所述单片机信号连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体的横截面呈L形，所述装置本体包括与所述钢轨的踏面相对应的横板和与所述钢轨的侧面相对应的竖板。

在本实用新型的一些实施例中，多个所述GMI磁传感器均匀分布于所述横板和所述竖板上。

在本实用新型的一些实施例中，所述GMI磁传感器与所述钢轨表面之间的间距为5mm-15mm。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体采用铝合金材质制成。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体的顶部一侧设有把手。

在本实用新型的一些实施例中，所述移动探伤小车包括车体和车轮，所述车轮连接于所述车体底部，所述车体上设有驱动电机，所述车轮的轮轴与所述驱动电机的输出轴连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体的侧面开设有多个凹槽。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型通过移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接；通过所述移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给所述远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体主视图；

图3为本实用新型实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体侧视图；

图4为本实用新型实施例金属磁记忆原理示意图。

附图标记：1、装置本体；2、把手。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

在本申请实施例中，需要说明的是，我国铁道行业标准TB1778-2010《钢轨伤损分类》将钢轨伤损划分为：钢轨折断、钢轨裂纹和钢轨其它伤损(包括：磨耗、压溃、压陷(或凹陷)、波浪磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤，腐蚀等)，将其伤损状态划分为以下十类：弯曲变形；磨耗、压溃、压陷(或凹陷)；波浪磨耗；接触疲劳裂纹(剥离裂纹)及其引起的掉块和疲劳断裂；部裂纹或内部缺陷(白点、夹杂物、成分偏析、淬火缺陷、焊接缺陷、焊补缺陷等)及其引起的疲劳断裂；表面缺陷及其引起的疲劳断裂；外伤(擦伤、碰伤等)及其引起的疲劳断裂；锈蚀及其引起的疲劳断裂；没有明显疲劳裂纹的脆性断裂；其他。并将其伤损程度划分为：不到轻伤、轻伤、重伤和折断四个等级。

在本申请实施例中，巨磁阻抗效应简称GMI(Giant magneto-impedance)，是指敏感材料在较高频率电流的激励下，其敏感材料的阻抗随外界磁场的变化而显著变化的现象；GMI磁传感器基于金属磁记忆原理对钢轨进行检测，上述金属磁记忆是X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、磁记忆、漏磁等诸多物理探伤方法中的一类，是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法。所述金属磁记忆效应是指：铁磁性金属材料在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集巾的位置，即所谓的磁记忆效应。当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时，在应力集中区域会产生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，从而使该部位铁磁金属的导磁率最小，在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。

金属磁记忆原理如图4所示。基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，可以对构件的应力集中程度以及是否存在微观缺陷进行评价。能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。

金属磁记忆方法与X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、漏磁等方法相比较，具有以下优点：不需要专门的磁化装置；不需要对表面进行清洁处理；不需要采用耦合技术；可快速、准确检测出应力集中部位；即可检测出现有缺陷，亦可根据内应力变化预测未来将会发生的缺陷。

参照图1，图1为本发明实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体结构示意图；图2为本实用新型实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体主视图；图3为本实用新型实施例一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置的装置本体侧视图；

具体包括：移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体；

装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接。

本实用新型通过移动探伤小车和安装于移动探伤小车上的装置本体；装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个GMI磁传感器分别与单片机信号连接，单片机与远程服务器信号连接；通过移动探伤小车在钢轨上移动，多个GMI磁传感器全方位的对钢轨进行检测，将检测信号发送给远程服务器进行分析处理，判定钢轨的缺陷；通过GMI磁传感器的金属磁记忆效应不仅可对钢轨表面进行探伤，而且还可对其内部进行探伤，穿透深度可达15mm左右，检测精度高，多个GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测。

下面，将对本示例性实施例中一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置作进一步地说明。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，移动探伤小车包括车体和车轮，车轮连接于车体底部，车体上设有驱动电机，车轮的轮轴与驱动电机的输出轴连接，驱动电机驱动轮轴转动，从而实现移动探伤小车在钢轨上移动。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，位置传感器与单片机信号连接；位置传感器检测移动距离，将检测信号发送给上述单片机，单片机根据预设距离间隔读取GMI磁传感器的检测数据，并将检测数据发送至远程服务器。

在一具体实施例中，上述位置传感器可以是轴角编码器，轴角编码器安装于上述移动探伤小车的轮轴上，随移动探伤小车移动，检测移动探伤小车的移动距离，即检测装置本体1的移动距离；每移动1mm左右的距离,单片机系统读取一次GMI磁传感器的检测数据，并与时间信息、位置信息一起通过有线或无线网络发送到本地计算机或远程服务器,由此我们将获取钢轨表面磁场强度分布曲线，其与钢轨缺陷类型和等级高度相关，根据相关程度判定钢轨是否发生缺陷以及缺陷的类型。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装置本体1的横截面呈L形，装置本体1包括与钢轨的踏面相对应的横板和与钢轨的侧面相对应的竖板，多个GMI磁传感器均匀分布于横板和竖板上，上述装置之本体1的顶部一侧还设有把手2，当安装在移动探伤小车上时方便拿放。

需要说明是，多个GMI磁传感器均匀分布于横板和竖板上，使GMI磁传感器能全方位、全断面的对钢轨进行检测；其中，上述横板贴近钢轨的踏面，即钢轨的上顶面，上述竖板贴近钢轨的侧面，横板与竖板分别和钢轨之间的间距为

之间，优选为10mm，检测深度与钢轨厚度合适，检测更全面。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装置本体1采用铝合金材质制成，并且采用环氧树脂灌封，保证其防水、抗振和隔热性能，提高检测效果和准确度的同时避免装置损坏，延长装置的使用寿命。

在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装置本体的侧面开设有多个凹槽；可以减轻上述装置本体的重量，减少移动探伤小车的承重。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，包括移动探伤小车和安装于所述移动探伤小车上的装置本体；

所述装置本体内设有单片机和多个GMI磁传感器，每个所述GMI磁传感器分别与所述单片机信号连接，所述单片机与远程服务器信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述移动探伤小车上设有用于检测移动距离的位置传感器，所述位置传感器与所述单片机信号连接。

3.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体的横截面呈L形，所述装置本体包括与所述钢轨的踏面相对应的横板和与所述钢轨的侧面相对应的竖板。

4.根据权利要求3所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，多个所述GMI磁传感器均匀分布于所述横板和所述竖板上。

5.根据权利要求4所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述GMI磁传感器与所述钢轨表面之间的间距为5mm-15mm。

6.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体采用铝合金材质制成。

7.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体的顶部一侧设有把手。

8.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述移动探伤小车包括车体和车轮，所述车轮连接于所述车体底部，所述车体上设有驱动电机，所述车轮的轮轴与所述驱动电机的输出轴连接。

9.根据权利要求1所述的基于GMI磁传感器的钢轨探伤装置，其特征在于，所述装置本体的侧面开设有多个凹槽。

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