[實用新型]超聲波輪式探頭

有效

• 申請號: 200720169219.X
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN201066348Y
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 章罕
• 申請（專利權）人: 章罕
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/04
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司
• 代理人: 黃澤雄;南霆

技術領域

本實用新型涉及超聲波檢測裝置，尤其涉及一種用于機動探傷車的超聲波輪式探頭。

背景技術

超聲波探傷設備廣泛運用于多個技術領域，超聲波探傷的原理是：超聲波在被檢測材料中傳播時，由于材料內部損傷導致的材料聲學特性和內部組織的變化對超聲波的傳播會產生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測，了解材料性能和結構變化。

在鐵路系統對鐵軌進行檢測的過程中，也可以利用超聲波對鐵路鋼軌進行檢測，探測鐵軌中的損傷(如裂紋)情況以便在鋼軌斷裂之前采取措施防患于未然。

在現有的鐵軌探傷設備中，通常包括探頭，在本申請中提及的探頭即超聲波換能器，探頭可以將電脈沖轉化為超聲波，也可將超聲波轉化成電脈沖。探頭的發射角度不同，而從各組探頭發射出的超聲波經過介質傳入鐵軌后發生折射的角度也不同，通常，用折射角的角度來區別各組探頭，經常采用的是0度探頭、45度探頭、70度探頭。其中折射角是指超聲波在鐵軌中傳播方向與鐵軌垂直方向的夾角。兩個70度探頭用于檢測鋼軌的頭部，45度探頭用于檢測鋼軌的腰部(如鋼軌連接部的螺孔處)，0度探頭則用于檢測鋼軌的底部。

有一種機動超聲探傷車，該車具有兩個探測輪，每個探測輪中包括兩組不同折射角度的探頭，一組探測車輪前方的鐵軌狀況，其包括一個45度探頭和一個70度探頭，兩個探頭指向車輪前方。另一組包括一個45度探頭和一個70度探頭，兩個探頭指向車輪后方，用于探測車輪后方的鐵軌狀況。

這種機動探測車的探頭分別安裝在兩個探測輪中，并且探測輪中可以注有液體，以利于超聲波傳導，超聲波透過探測輪中的液體后，再傳導入鋼軌來探測鋼軌中的損傷。

超聲波進入鋼軌后，由于輪中液體和鋼軌屬于兩種不同的介質，超聲波從液體進入鋼軌后會發生折射，折射角是指折射波束與垂直方向的夾角。

根據聲學的折射原理，鋼軌里的超聲波束的角度是：

β＝arcsin(V_steel/V_fluid*sin(α))

其中，α為入射角，β為折射角，V_fluid是超聲波在液體(即耦合介質)中的傳播速度；V_steel是超聲波在鋼軌中的傳播速度；入射角是入射波束與垂直方向的夾角。

根據上述計算公式，可以通過以預定角度折射超聲波來探測鐵軌預定部位的損傷情況。

可以看出，這種機動探測車不僅集成化程度較低、車輛整體機械尺寸較大，更重要的是，由于超聲波在液體中的傳播速度V_fluid受溫度的影響很明顯，因此超聲波波束在鐵軌中的折射角會隨溫度的變化而有較大變化，從而難以準確地對鐵軌的預定部位進行探測。

實用新型內容

針對上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的是提供了一種能夠克服液體中聲速變化導致漏檢(例如，傷在鋼軌中，但是探頭沒有找到)的超聲波輪式探頭。

本實用新型提供的用于探傷車的超聲波輪式探頭包括：多個超聲波換能器、支架、耦合介質和耦合介質容器，其中，支架通過支架軸與所述探傷車連接，所述支架與階梯塊連接，所述階梯塊具有多個與水平方向成預定角度的斜面，在每個斜面上安裝多個超聲波換能器，超聲波換能器和支架位于耦合介質容器內部，所述耦合介質容器為輪狀，在所述耦合介質容器中充有耦合介質，超聲波換能器和支架浸在耦合介質中。

其中，所述階梯塊具有五個不同角度的斜面，所述斜面中包括兩個使超聲波在鐵軌中折射角為65-70度的斜面、兩個使超聲波在鐵軌中折射角為37-45度的斜面，以及一個使超聲波在鐵軌中折射角為0度的斜面，在五個斜面上安裝有多個超聲波換能器。其中使超聲波在鐵軌中折射角為65-70度的斜面上安裝有三個超聲波換能器，所述三個超聲波換能器分別用于檢查鋼軌頭部的內側、中部和外側。

安裝有多個超聲波換能器是將超聲波壓電片貼在斜面上，再在壓電片上覆蓋背襯材料。

可選擇地，安裝有多個超聲波換能器是將超聲波換能器的外殼與斜面螺接，所述外殼和斜面上具有螺紋。

所述支架軸分為兩段，支架兩邊分別與支架軸的一段連接。所述支架為拱形，所述階梯塊安裝在拱形支架的底面。

對比現有技術，將多個探頭集中安裝在一個輪胎內可以使信號及圖像更易于被操作員理解和判斷，減少誤判。本實用新型中使用塑料階梯塊作為超聲波換能器的支撐體的超聲探頭，利用超聲波二次折射，克服了液體聲速隨溫度變化的而引起鋼軌中超聲波折射角度變化的缺點，使超聲波探傷更加穩定可靠。

附圖說明