[發(fā)明專利]用于鐵軌底部缺陷檢測的磁致伸縮扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310681553.3
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103698407A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鵬飛;駱蘇軍;唐志峰;呂福在
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州浙大精益機(jī)電技術(shù)工程有限公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/34;G01N29/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)波傳感器，尤其涉及一種用于鐵軌底部缺陷檢測的磁致伸縮扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波傳感器。

背景技術(shù)

隨著鐵路線運(yùn)力的增加和列車速度的提高，有效的鐵軌缺陷檢測方法變得愈加重要，重載列車線路的缺陷主要集中在鐵軌的底部，并且以橫向裂紋為主。在重載的工況下缺陷的生長速度很快，如果不能在早期發(fā)現(xiàn)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。我國目前的軌道檢測以超聲探傷小車和人工巡查為主，由于超聲檢測的原理決定了必須對鐵軌逐點(diǎn)掃查，對于一些軌道離道砟很近的線路，這種方法很難適用。利用導(dǎo)波傳播距離遠(yuǎn)和對微小缺陷敏感的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對鐵軌底部缺陷的快速檢測。由于鐵路線運(yùn)輸?shù)奶厥夤r，對傳感器也提出了一些要求：傳感器的各部件要盡快能集中、方便安裝與拆卸、輕便且安裝牢固。

我國目前在鐵軌導(dǎo)波無損檢測領(lǐng)域的研究人員還很少。專利號為201110021864.8的發(fā)明專利提出了一種鐵軌底部的缺陷檢測方法，使用的是四個壓電式傳感器陣列，產(chǎn)生彎曲模態(tài)的導(dǎo)波檢測。壓電式傳感器需要粘貼在被測物表面，檢測前期的安裝時間較長且需要列車停運(yùn)配合，在24小時繁忙的鐵路線上很難使用這種方法布置大量的傳感器；彎曲模態(tài)導(dǎo)波的換能效率不高，不能有效地實(shí)現(xiàn)鐵軌的長距離檢測。專利號為201110403882.2的發(fā)明專利提出了一種使用縱波的檢測裝置，檢測時裝置需要安放在鐵軌的軌頭部位。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，這種方式對鐵軌底部的缺陷檢測效果較差，而實(shí)際使用的中鐵軌缺陷主要集中在底部；這種安裝在軌頭的傳感器無法在列車正常運(yùn)行的工況中使用，只能作為日常的巡檢輔助設(shè)備，更無法構(gòu)成大規(guī)模的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。上述技術(shù)使用磁致伸縮導(dǎo)波檢測時，尚未有一種集成度較高、安裝和使用方便、專門針對鐵軌底部缺陷檢測的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服背景技術(shù)領(lǐng)域的不足，提供一種用于鐵軌底部缺陷檢測的磁致伸縮扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波傳感器，專門針對鐵軌底部缺陷檢測、安裝便捷牢固、高度集成。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括底部托板、結(jié)構(gòu)相同的左側(cè)夾板和右側(cè)夾板，左側(cè)夾板、右側(cè)夾板分別鉸接在底部托板的兩側(cè)，底部托板安裝在鐵軌軌底的下表面，左側(cè)夾板、右側(cè)夾板分別安裝在鐵軌軌腰的兩側(cè)，左側(cè)夾板、右側(cè)夾板貼合在鐵軌軌腰和軌底的上表面；左側(cè)夾板、右側(cè)夾板和底部托板均包括第一支撐殼體和第二支撐殼體，第一支撐殼體和第二支撐殼體之間裝有沿鐵軌方向間隔均布的四個梳狀陣列；每個梳狀陣列包括磁致伸縮材料層、激勵線圈層和永磁體層，激勵線圈層包裹在磁致伸縮材料層外圍后覆蓋有永磁體層，第二支撐殼體作為彈性波傳遞層位于梳狀陣列和鐵軌軌腰之間，左側(cè)夾板中的四個激勵線圈層和底部托板中各自對應(yīng)的激勵線圈層之間通過軟質(zhì)排線連接，右側(cè)夾板中的四個激勵線圈層和底部托板中各自對應(yīng)的激勵線圈層之間通過軟質(zhì)排線連接。

所述的永磁體層由沿鐵軌軌腰和軌底的曲線間隔均布的瓦狀永磁體排列而成。

所述的底部托板上設(shè)有電纜連接口，底部托板中的四個激勵線圈層中的導(dǎo)線引出連接到電纜連接口上。

所述的左側(cè)夾板、右側(cè)夾板分別彈性地鉸接在底部托板的兩側(cè)。

所述的兩個相鄰的梳狀陣列之間的間距為傳感器所激勵的導(dǎo)波波長的1/4。

所述的第二支撐殼體的外形輪廓與軌腰和軌底上的表面曲線相同，第二支撐殼體材料為氧化鋁。

所述的磁致伸縮材料層的材料為FeCo合金、FeGa合金、Terfenol-D材料或Ni。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明基于磁致伸縮效應(yīng)，通過對扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波的產(chǎn)生和在鐵軌中聚焦、傳播機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究，形成了一種專門針對鐵軌底部缺陷檢測的導(dǎo)波聲場激發(fā)和控制的理論與方法。若本發(fā)明能有效地實(shí)施，可以方便地在鐵軌軌底激發(fā)出單一模態(tài)的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波，用于鐵軌底面缺陷的檢測；若在一定范圍內(nèi)的鐵路網(wǎng)都安裝本發(fā)明所述傳感器，可構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時在線監(jiān)測鐵軌軌底的缺陷，預(yù)防事故的發(fā)生，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的安裝示意圖。

圖2是本發(fā)明的左側(cè)夾板的詳細(xì)分解圖。

圖3是本發(fā)明的底部托板的詳細(xì)分解圖。

圖4是本發(fā)明的磁場布置示意圖。

圖5是本發(fā)明的梳狀陣列示意圖。