[發(fā)明專利]一種基于電磁超聲斜入射體波的檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910073193.2
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN101706477A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王淑娟;米武軍;康磊;馮劍釗;李智超;蘇日亮;翟國富
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 23101
• 代理人: 崔東輝

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁超聲檢測技術(shù)，具體說是一種基于電磁超聲斜入 射體波的檢測裝置及方法。

(二)背景技術(shù)

車輪是列車運行中極為重要的部件，不僅承受列車及其負(fù)載的重 量，而且還要通過與鋼軌相接觸的輪箍部分傳遞機(jī)車運行所需的驅(qū)動 力和制動力。因此，列車車輪必須保持良好的狀態(tài)，否則會嚴(yán)重影響 行車安全。然而，由于裝配不合理、緊急制動、運行時間長等多種因 素，車輪輪箍在運行一段時間后會產(chǎn)生擦傷、剝離、裂紋等缺陷。目 前，車輪輪箍缺陷檢測方式主要分靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測兩種方式。靜 態(tài)檢測主要包括渦流、壓電超聲、磁粉3種。這些方式雖在一定程度 上能夠探測輪箍踏面表面及近表面裂紋，但存在很多不足之處：如僅 能做到靜態(tài)檢測(即對拆卸后的車輪進(jìn)行檢測)、需要對輪箍表面進(jìn) 行預(yù)處理(如清潔或充磁)、多以人工判別為主等，不僅檢測效率很 低，而且容易誤判。同時，國內(nèi)目前逐步興起的動態(tài)檢測(即列車車 輪在線檢測)，如基于加速度傳感器、位移傳感器、激光傳感器以及 CCD傳感器的檢測方案雖然能夠?qū)α熊囓囕喌膸缀螀?shù)或擦傷、剝 離等體積性缺陷進(jìn)行在線測量，但因傳感器的自身特點均無法完成車 輪輪箍踏面及其近表面處的裂紋檢測。

隨著我國現(xiàn)代化鐵路的建設(shè)和列車提速的要求，迫切需要一種能 對車輪輪箍進(jìn)行全面、精確、高效的在線檢測裝置。

電磁超聲是一種新的無損檢測技術(shù)。與傳統(tǒng)的壓電超聲相比，電 磁超聲技術(shù)無需使用聲耦合劑，無需對車輪踏面進(jìn)行預(yù)處理，檢測裝 置結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)高速車輪輪箍缺陷在線檢測。同時電磁超聲換 能器可以方便地產(chǎn)生各種類型的超聲波。超聲波在車輪中傳播衰減 小，對缺陷的敏感度很高，可以實現(xiàn)車輪輪箍缺陷地有效檢測。例如， 中國實用新型專利(申請?zhí)?00320111599.3，申請日2003.11.20)公 開了一種“鐵路機(jī)車、車輛車輪踏面在線自動化探傷裝置”，所述的 探傷裝置由探頭、前置箱、計算機(jī)和固定座等幾部分組成，可以對車 輪踏面以下15mm的范圍進(jìn)行檢測；中國發(fā)明專利(申請?zhí)枺? 200710176817.4，申請日期：2007.11.5)公開了“一種火車車輪表面 自動電磁超聲檢測裝置和方法”，該裝置主要由車輪踏面換能器、車 輪輪緣換能器、計算機(jī)、脈沖發(fā)生器、脈沖串產(chǎn)生器、功率放大器、 檢波器以及機(jī)械裝置等組成，可以對車輪踏面及近表面進(jìn)行檢測。兩 個申請均描述了對車輪踏面檢測的裝置和方法，但由于均采用電磁超 聲表面波對車輪進(jìn)行檢測，因此其檢測范圍僅局限于車輪踏面表面下 一定范圍內(nèi)，并不能實現(xiàn)車輪輪箍的全面檢測。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無需使用聲耦合劑、無需配備復(fù)雜的 機(jī)械結(jié)構(gòu)和盛裝耦合劑的容器、檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、對缺陷大小量化 精度高的一種基于電磁超聲斜入射體波的檢測裝置及方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：所述的一種基于電磁超聲斜入射體 波的檢測裝置，它是由電磁超聲探頭陣列和電磁超聲探傷儀組成的， 電磁超聲探頭陣列通過屏蔽線連接電磁超聲探傷儀。

本發(fā)明還有以下技術(shù)特征：

(1)所述的電磁超聲探傷儀包括發(fā)射電路、接收電路、數(shù)據(jù)采 集電路、微處理器、顯示單元和存儲單元，發(fā)射電路連接微處理器， 微處理器連接數(shù)據(jù)采集電路、顯示單元和存儲單元，數(shù)據(jù)采集電路連 接接收電路。

(2)所述的電磁超聲探頭陣列包括30組電磁超聲發(fā)射、接收探 頭，每段鋼軌上分布15組探頭。每組探頭包括一個電磁超聲發(fā)射接 收探頭A和一個電磁超聲接收探頭B。

本發(fā)明一種基于電磁超聲斜入射體波的檢測方法，工作步驟如 下：

步驟一：將電磁超聲探頭陣列安裝嵌入鋼軌，并與電磁超聲探傷 儀連接；

步驟二：車輪到來時，觸發(fā)微處理器工作發(fā)出控制信號給發(fā)射電 路，信號為脈沖串的形式，頻率1MHz，持續(xù)時間5us；

步驟三：發(fā)射電路驅(qū)動電磁超聲探頭A發(fā)射電磁超聲斜入射體 波；

步驟四：斜入射體波在車輪輪箍中傳播，當(dāng)遇到缺陷時，部分能 量會發(fā)生反射，其余會繼續(xù)傳播，遇到端面時發(fā)生反射，再通過接收 探頭B進(jìn)行接收；

步驟五：電磁超聲探頭接收的超聲信號經(jīng)接收電路進(jìn)行放大濾 波，然后由數(shù)據(jù)采集電路在微處理器的控制下將該信號采集并暫存在 微處理器的內(nèi)存單元中；

步驟六：微處理器對采集到電磁超聲回波信號進(jìn)行快速數(shù)字信號 處理，提取缺陷特征；