[發明專利]一種傳感器安裝結構，包括該結構的超聲波探輪及其應用

在審

• 申請號: 202011049576.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112083071A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 王品;羅江平;曹經緯;李紅梁;夏浪;劉波;胡亮
• 申請（專利權）人: 株洲時代電子技術有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/24;B61K9/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 馬德勝

本發明公開了一種傳感器安裝結構，包括該結構的超聲波探輪及其應用，該結構包括：安裝支架，及安裝于安裝支架上的超聲波換能器。安裝支架包括第一平面，及分別連接于第一平面相對兩側的第一斜面，第一斜面關于第一平面的橫向中軸線呈軸對稱布置。第一平面及第一斜面上均安裝有超聲波換能器，壓電晶片在第一斜面上的安裝面自一平行于第一平面延伸面的平面朝向鋼軌的軌平面傾斜第一角度，并在此基礎上朝向鋼軌內側傾斜第二角度，使得壓電晶片發射的超聲波束能在鋼軌軌顎經反射產生二次波，從而使該超聲波束覆蓋鋼軌內側的整個軌距角。本發明能解決現有探輪在重載鐵路鋼軌探傷過程中對軌頭內側的軌距角處傷損檢出效果不佳的技術問題。

技術領域

本發明涉及軌道工程機械技術領域，尤其是應用于鐵路，特別是重載鐵路鋼軌探傷的傳感器安裝結構，包括該結構的超聲波探輪及其應用。

背景技術

輪式超聲波探傷技術因其檢測速度快、檢測精度高、定位準確等特點在鐵路探傷領域得到快速發展。現有輪式鋼軌探傷車的最高檢測速度可達80km/h，適用軌型包括43kg/m、50kg/m、60kg/m及75kg/m。在高速探傷過程中，探傷車通過探輪中不同角度的換能器發射超聲波來檢測鋼軌中不同部位的傷損。其中，0度換能器，產生的超聲波束在鋼軌內的折射角為0度，用于監控輪式探頭工作狀態；45度換能器，產生的超聲波束在鋼軌內的折射角為37-45度，用于檢測軌腰、軌底的傷損，常規、偏斜70 度換能器，產生的超聲波束在鋼軌內的折射角為60-70度，用于檢測軌頭傷損。

對于60型鋼軌(軌型為60kg/m的鋼軌)，探輪中偏斜70度換能器產生的超聲波聲束經軌顎反射后，其二次波能夠覆蓋軌頭內側，從而檢測軌距角處的傷損，其聲束覆蓋鋼軌橫截面情況如附圖1所示。對于重載鐵路75型鋼軌(軌型為75kg/m的鋼軌)，與60型鋼軌相比，其軌面弧度更小且軌頭高度更大，偏斜70度聲束覆蓋鋼軌橫截面情況如附圖2所示，其二次波只能覆蓋部分軌距角。因此，對于75kg/m鋼軌的軌頭內側傷損，偏斜70度的檢出效果待提升。

在現有技術中，主要有以下技術方案與本申請相關：

現有技術1為2007年06月21日申請，并于2008年12月10日公開，公開號為CN101320020A的中國發明申請。該申請公開了一種用于手推式超聲波探傷車的輪式探頭，包括：多個超聲波換能器、支架、耦合介質，輪狀耦合介質容器及固定到車體上的軸。其中，支架通過支架軸與手推式探傷車連接，支架固定在支架軸上，多個超聲波換能器安裝在支架上，超聲波換能器和支架位于耦合介質容器內部，耦合介質容器通過軸與車體連接，耦合介質容器為輪狀，在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。采用該探頭，探頭與鐵軌表面不直接接觸，在小車運動過程中，不僅減小了對探頭薄層的磨損，而且也避免了因鐵軌面卡陷而導致的探頭損壞。同時，將多個探頭集中安裝在一個輪胎內，使注水口減少為一個，使設備輕便易用。但是現有技術1應用于手推式探傷車，并具有五個換能器，其中包括兩個在鐵軌中折射角為65-70度的換能器、兩個在鐵軌中折射角為37-45度的換能器，以及一個在鐵軌中折射角為0度的換能器，一個探輪內安裝的超聲波換能器數量過多，將導致輪內超聲信號的干擾，且無法應用于大型鋼軌探傷車輛。

現有技術2為2013年12月09日申請，并于2014年06月11日公開，公開號為CN203643404U的中國實用新型專利。該實用新型公開了一種鋼軌超聲波探輪式探頭，其包括超聲波換能器、支架、耦合介質、輪狀耦合介質容器及固定到車體上的支架軸。支架具有中間為平面、平面兩側分別依次連接的第一傾斜面和第二傾斜面，其端面上垂直開設有安裝超聲波換能器的螺孔和透射超聲波的圓形或方形窗口，支架的第二傾斜面向下拉長，其向下拉長部分的端面上分別相對傾斜的安裝一個超聲波換能器，第二傾斜面上半部分的端面上自該端面中軸線兩旁分別由高至低向兩邊外側傾斜的安裝一個超聲波換能器，該超聲波換能器產生的超聲波束在鋼軌中的折射角度為70度，并產生反射的二次波，從而擴大了檢測范圍，減小了檢測盲區。現有技術2中的支架上共安裝有9個超聲波換能器，一個探輪內安裝的超聲波換能器數量過多，將導致探輪內超聲信號的相互干擾，如：1號換能器發射的超聲波經輪內反射后可能被2號換能器接收。