[發(fā)明專(zhuān)利]基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510519909.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105136905B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋崗;王一歌;曹燕;楊萃;劉嬌蛟;馬碧云;李杰;趙明劍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州豐譜信息技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N29/06
• 分類(lèi)號(hào): G01N29/06
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 鄭永泉

1.基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于包括探測(cè)前端和后臺(tái)處理器，探測(cè)前端和后臺(tái)處理器通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接；所述探測(cè)前端，被內(nèi)置于鋼軌探傷車(chē)的車(chē)輪中，車(chē)輪內(nèi)充滿(mǎn)耦合液，探測(cè)前端的頂部通過(guò)連接桿與車(chē)輪中心的輪軸相連，探測(cè)前端在重力的作用下始終處于下垂?fàn)顟B(tài)，并與輪軸保持相對(duì)靜止，探測(cè)前端的底部與車(chē)輪之間的縫隙被耦合液充滿(mǎn)，探測(cè)前端的底部與車(chē)輪底部盡可能貼近，從而使發(fā)射探頭陣列和接收探頭陣列盡可能貼近鋼軌，以便縮短信號(hào)游程，實(shí)現(xiàn)在保證回波信號(hào)不丟失的情況下，提高輪式探傷車(chē)的運(yùn)行速度，更好地匹配高速鐵路的需求，同時(shí)，探測(cè)前端的底部與鋼軌貼近，所發(fā)射的超聲信號(hào)能夠絕大部分進(jìn)入鋼軌，從而減小信號(hào)損耗，提高探測(cè)效率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的探測(cè)前端，包括發(fā)射探頭陣列、接收探頭陣列、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和控制模塊，其中發(fā)射探頭陣列發(fā)射超聲波信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，接收探頭陣列接收反射的探測(cè)回波信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)探測(cè)前端與后臺(tái)處理器之間的無(wú)線(xiàn)通信，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)后臺(tái)處理器發(fā)來(lái)的寬頻探測(cè)信號(hào)和接收探頭陣列已接收的探測(cè)回波信號(hào)，控制模塊負(fù)責(zé)控制探測(cè)前端各個(gè)部分之間的協(xié)調(diào)工作。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的發(fā)射探頭陣列，由若干發(fā)射探頭按某種排列規(guī)律，形成時(shí)空四維陣列，即設(shè)計(jì)時(shí)，需同時(shí)考慮一維時(shí)間與三維空間：在時(shí)間上，發(fā)射探頭陣列中的發(fā)射探頭按照一定的時(shí)序順序依次發(fā)射超聲波信號(hào)，以減少探頭之間的聲束干擾；在空間上，發(fā)射探頭陣列由二維探頭陣列拓展為三維立體陣列，即發(fā)射探頭陣列不但要設(shè)定發(fā)射探頭在二維空間的排列規(guī)律，還要設(shè)定發(fā)射探頭在三維立體空間中的高度和形態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的發(fā)射探頭，由超聲換能器和功率聚焦裝置構(gòu)成，具有寬頻、大功率、小口徑的特點(diǎn)，其中超聲換能器為寬頻大功率超聲換能器，可以將寬頻探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為寬頻大功率超聲信號(hào)發(fā)送出去，功率聚焦裝置為類(lèi)似漏斗的空心裝置，即頂部口徑大、底部口徑小，并由聲阻抗較高的材料制成，超聲換能器的底部口徑與功率聚焦裝置的頂部口徑尺寸一致，超聲換能器緊密貼合在功率聚焦裝置的頂部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的功率聚焦裝置，其特征在于能夠?qū)⒊晸Q能器產(chǎn)生的寬頻大功率超聲信號(hào)通過(guò)匯聚，從底部小口徑發(fā)射孔發(fā)射出去，當(dāng)功率聚焦裝置的頂部形狀與底部形狀不一致時(shí)，功率聚焦裝置需通過(guò)外殼的空間變形進(jìn)行異形轉(zhuǎn)換，功率聚焦裝置的高度、傾斜度和底部口徑可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，從而使車(chē)輪內(nèi)的有限空間能夠容納數(shù)量更多的發(fā)射探頭組成發(fā)射探頭陣列，以提高探測(cè)精度。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的寬頻大功率超聲換能器，由多個(gè)不同頻率范圍的窄頻條狀超聲換能器按照頻率由低到高的順序拼接而成，再將拼接后的整體與功率聚焦裝置相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置，其特征在于所述的接收探頭陣列，由若干高靈敏度小口徑寬頻接收探頭組成，高靈敏度小口徑寬頻接收探頭圍繞發(fā)射探頭對(duì)稱(chēng)分布，接收探頭的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置，以獲得所需的探測(cè)精度，高靈敏度小口徑寬頻接收探頭可以是電容式微加工超聲探頭或壓電薄膜超聲探頭。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)空四維寬頻陣列的高速鋼軌超聲探測(cè)成像裝置的超聲探測(cè)成像方法，其特征在于探測(cè)過(guò)程包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)啟動(dòng)后，后臺(tái)處理器將待發(fā)射的寬頻探測(cè)信號(hào)及相關(guān)控制指令通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式發(fā)送至探測(cè)前端；

步驟2：探測(cè)前端的數(shù)據(jù)傳輸模塊接收數(shù)據(jù)，并將控制指令傳送至探測(cè)前端的控制模塊，將寬頻探測(cè)信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；

步驟3：在控制模塊的控制下，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將寬頻探測(cè)信號(hào)傳送至發(fā)射探頭陣列；

步驟4：在控制模塊的控制下，發(fā)射探頭陣列中的發(fā)射探頭將寬頻探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為寬頻超聲信號(hào)，并按照一定的時(shí)序順序發(fā)射超聲信號(hào)進(jìn)行鋼軌探傷；

步驟5：超聲波信號(hào)在鋼軌中傳播，遇到介質(zhì)改變發(fā)生反射，反射的探測(cè)回波信號(hào)由接收探頭陣列進(jìn)行接收；

步驟6：在控制模塊的控制下，接收探頭陣列將探測(cè)回波信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊暫時(shí)存儲(chǔ)，再由數(shù)據(jù)傳輸模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至后臺(tái)處理器；

步驟7：后臺(tái)處理器接收到探測(cè)回波信號(hào)后，一方面進(jìn)行分析處理和探測(cè)成像，得出檢測(cè)結(jié)果，一方面檢測(cè)是否結(jié)束探測(cè); 如果是，結(jié)束探測(cè)；如果否，回到步驟1，后臺(tái)處理器向探測(cè)前端發(fā)送下一組寬頻探測(cè)信號(hào)及相關(guān)控制指令。