基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置及方法，裝置包括多個(gè)探輪、連接桿、支撐體和一個(gè)后臺(tái)處理系統(tǒng)。每個(gè)探輪包括輪沿(即探輪邊緣)、探輪內(nèi)護(hù)板、探輪外護(hù)板，以及探輪電路模塊，輪沿由若干個(gè)輪沿片并列平鋪而成，輪沿片由輪沿片片基和透聲外膜疊加而成，輪沿片片基嵌入若干個(gè)單發(fā)多收探頭陣列和壓力傳感器。所述方法把輪沿式探頭陣列采集得到的超聲回波信號(hào)通過短距離高速無線傳輸給后臺(tái)進(jìn)行快速高效地處理，后臺(tái)處理系統(tǒng)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示。本發(fā)明縮短了探頭與鋼軌間的距離，可以提高探測(cè)精度和列車的行進(jìn)速度，探測(cè)端探測(cè)信號(hào)的發(fā)送接收和后臺(tái)處理分開，使得探傷裝置的探測(cè)端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆卸方便。
【專利說明】基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波無損探測(cè)技術(shù)和無線通信技術(shù)，具體涉及利用無線分體輪沿式探頭陣列裝置來進(jìn)行鋼軌探傷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)鐵路運(yùn)輸效率居全球第一，以全球6%的營(yíng)運(yùn)里程完成25%以上的運(yùn)量，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)異常繁忙，列車運(yùn)行間隔只有十幾分鐘。我國(guó)鐵路線路狀態(tài)較復(fù)雜，超期服役鋼軌數(shù)量大，超負(fù)荷的運(yùn)營(yíng)使得鐵路鋼軌損傷發(fā)生率極高，直接危及運(yùn)輸和行車安全。鋼軌軌頭內(nèi)部橫向疲勞裂紋(俗稱核傷)曾引起許多斷軌事故。為了確保鐵路運(yùn)營(yíng)的安全性和乘坐的舒適性，根據(jù)我國(guó)鋼軌探傷作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要定期對(duì)線路進(jìn)行檢修，平均每年每條線路需檢測(cè)5?10遍以上，由此可見，我國(guó)鋼軌檢修與養(yǎng)護(hù)工作量巨大，急需高效、低成本的鋼軌探傷設(shè)備。
[0003]在役鋼軌探傷主要檢查鋼軌在使用中產(chǎn)生的各種疲勞缺陷和傷損，主要包括鋼軌核傷、鋼軌接頭傷損、鋼軌水平裂紋、鋼軌縱向裂紋、鋼軌軌底裂紋以及鋼軌焊接接頭傷損等，其中鋼軌核傷是危害性最大的傷損，也是探傷的主要項(xiàng)目。在役鋼軌探傷需要在行進(jìn)中檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行鋼軌更換，確保運(yùn)營(yíng)安全；同時(shí)由于鐵路運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)，檢測(cè)量大，戶外環(huán)境復(fù)雜，因此在技術(shù)上對(duì)鋼軌探傷有比較高的要求。在役鋼軌探傷方法主要有電磁渦流法、超聲檢測(cè)法、射線、磁粉、滲透等探傷方式。電磁渦流法只能檢測(cè)金屬導(dǎo)體的表面或近表面缺陷，檢測(cè)深度很淺，難以滿足鋼軌核傷的檢測(cè)要求。超聲檢測(cè)法可以檢測(cè)鋼軌內(nèi)部傷損，與其它探傷方法(如射線、磁粉、滲透等探傷方式)相比，超聲波檢測(cè)鋼軌傷損具有靈敏度高、檢測(cè)速度快、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外鋼軌探傷廣泛采用的主流手段。
[0004]目前，用于鋼軌探傷的小型超聲探測(cè)設(shè)備主要以手動(dòng)推車滑動(dòng)式探傷儀為主，超聲探頭固定在探傷車上，通過不同角度的多個(gè)斜探頭和直探頭聯(lián)合檢測(cè)，能對(duì)軌頭和軌腰的核傷、螺孔裂紋、軌腰軌底縱向裂紋傷損探傷。在結(jié)構(gòu)上，采用滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)，探頭與鋼軌直接接觸，探傷時(shí)緊貼鋼軌運(yùn)行，信號(hào)游程短，損耗低，探測(cè)準(zhǔn)確度高。但由于是滑動(dòng)前行檢測(cè)，摩擦嚴(yán)重，因此探測(cè)速度慢，檢測(cè)速度只有2-3公里/小時(shí)，工作效率低下。
[0005]而在美國(guó)、瑞士、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用的鋼軌探傷設(shè)備是機(jī)動(dòng)超聲鋼軌探傷設(shè)備，其技術(shù)水平較高。從探頭結(jié)構(gòu)上看可分為輪式探頭與滑靴式探頭。輪式探頭結(jié)構(gòu)像一個(gè)車輪，由探頭支架和探輪外膜組成，探頭支架安裝在輪軸上用于固定超聲波探頭，探輪外膜由透聲樹脂材料制作，用于包裹整個(gè)內(nèi)腔的透聲耦合液。探頭支架上一般安裝五個(gè)超聲波探頭，探頭一般置于輪內(nèi)中間，向鋼軌發(fā)射三種不同方向和不同頻率的超聲波。探傷時(shí)，探輪外膜隨車運(yùn)動(dòng)向前滾動(dòng)，而其中的超聲波探頭不動(dòng)，以保持超聲波的發(fā)射和接收方向不變?；ナ教筋^則由超聲波探頭和撬板組合而成，多個(gè)超聲波探頭按不同角度嵌入撬板內(nèi)，探傷時(shí)，超聲波探頭隨撬板沿鋼軌軌道面滑動(dòng)。早期因?yàn)檩喪教筋^設(shè)計(jì)和制作技術(shù)比較落后，適應(yīng)性差，滑靴式探頭曾占上風(fēng)。最近十幾年，輪式探頭質(zhì)量明顯提高，所以輪式探頭又逐漸成了主流。[0006]總結(jié)當(dāng)前普遍使用的輪式超聲波探頭的特點(diǎn)，存在以下缺點(diǎn)和不足:
(I)輪式結(jié)構(gòu)的超聲探頭位于輪子的中間處于輪內(nèi)耦合液中，超聲波從探頭發(fā)射出去后經(jīng)歷輪內(nèi)耦合液、探輪外膜和水等多層介質(zhì)，穿越距離長(zhǎng)，經(jīng)往復(fù)透射和反射導(dǎo)致信號(hào)損耗大，信號(hào)微弱，檢測(cè)靈敏度低。
[0007](2)不能支持比較高的運(yùn)行速度。超聲波在耦合液中傳播速度較慢(聲速約為鋼中的1/3)，回波將滯后一段時(shí)間才能被超聲探頭準(zhǔn)確接收。因此，為避免超聲回波信號(hào)丟失，檢測(cè)速度不能太快，不能支持比較高的運(yùn)行速度。為縮短回波延時(shí)，可減少探輪直徑，從而減少超聲波在耦合液中的傳播時(shí)間，但是直徑變小，探輪表面線速度會(huì)變高，會(huì)令輪內(nèi)耦合液自身出現(xiàn)擾動(dòng)而升溫干擾聲波傳輸，出現(xiàn)無數(shù)雜反射波，令探傷難以進(jìn)行。
[0008](3)移動(dòng)性不好，需要訂制專門的探傷車。輪式超聲波探頭發(fā)射短脈沖波，發(fā)射時(shí)間短，脈沖幅度高，因此需要較高的發(fā)射能量，所以探頭和后端系統(tǒng)必須通過有線電纜連接來提供高壓驅(qū)動(dòng)，使得整套系統(tǒng)成為龐大的整體，不方便移動(dòng)，需要訂制專門的探傷車。
[0009](4 )受輪式空間限制，每個(gè)探輪通常只能安裝5-7個(gè)探頭，探頭數(shù)量少，探傷精度難以進(jìn)一步提高；且探頭個(gè)數(shù)有限，會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的能力有限，容易發(fā)生漏檢。
[0010](5)易損件消耗量大，維護(hù)成本高。現(xiàn)有透聲樹脂材料制作的探輪外膜每個(gè)單價(jià)上千元，而且因?yàn)樾枰罅狂詈弦后w，所以輪胎面出現(xiàn)微小的損傷就需要更換。我國(guó)鐵路干線有3萬(wàn)公里(均為復(fù)線，不包括各城市地鐵、輕軌及近5萬(wàn)公里的支線)，若全部改用大型探傷車檢測(cè)，年檢按最低6次計(jì)。鋼軌探傷車同時(shí)使用4個(gè)探輪，按每個(gè)探輪IOOkm使用極限計(jì)算，僅僅探輪外膜消耗每年就高達(dá)上千萬(wàn)元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)目前普遍使用的輪式超聲波探頭為主的鋼軌探傷設(shè)備受到其設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)上的限制，如超聲探頭位于輪子中間導(dǎo)致信號(hào)穿越路徑長(zhǎng)、損耗大，高壓驅(qū)動(dòng)探頭使得探頭和后端系統(tǒng)必須有線連接導(dǎo)致需要定制探傷車以及沒有采取陣列探頭等，存在檢測(cè)速度上的瓶頸和檢測(cè)欠精準(zhǔn)等問題，本發(fā)明提出一種基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，該裝置把多個(gè)單發(fā)多收陣列放置于輪沿(即探輪邊緣)，縮短探測(cè)距離，提高探測(cè)精度和運(yùn)行速度；把輪沿式探頭陣列采集得到的超聲回波信號(hào)通過短距離高速無線傳輸給后臺(tái)進(jìn)行快速高效地處理，通過探測(cè)端探測(cè)信號(hào)的發(fā)送接收和后臺(tái)處理分開，使得新設(shè)計(jì)的鋼軌探傷裝置的探測(cè)端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆卸方便，同時(shí)，后臺(tái)高精度的探測(cè)算法得以用高性能計(jì)算來實(shí)現(xiàn)以此提高檢測(cè)精度。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置包括多個(gè)探輪、連接桿、支撐體和一個(gè)后臺(tái)處理系統(tǒng)。所述探輪包括輪沿、探輪內(nèi)護(hù)板、探輪外護(hù)板，以及探輪電路模塊。輪沿直接和鋼軌的軌頭接觸；探輪外護(hù)板是指在輪沿外側(cè)的保護(hù)板，探輪內(nèi)護(hù)板是指在輪沿內(nèi)側(cè)的保護(hù)板，這兩塊保護(hù)板主要是卡住輪沿片，起保護(hù)作用；探輪電路模塊置于探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)。探輪主要完成探測(cè)信號(hào)的發(fā)送和采集，不作承載重量之用，多個(gè)探輪通過連接桿和支撐體掛在一輛探傷車上或者是運(yùn)營(yíng)列車上，可以雙軌同時(shí)探測(cè)。后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)探輪獲取的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示。
[0012]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述輪沿由若干個(gè)輪沿片并列平鋪而成，所述輪沿片由輪沿片片基和透聲外膜疊加而成，輪沿片片基嵌入若干個(gè)超聲探頭，超聲探頭呈多陣列排列，每個(gè)陣列可以是圓陣、方陣等，每個(gè)陣列的中心探頭為發(fā)送探頭，周圍的為接收探頭；探頭傾斜度(超聲波探頭與鋼軌橫截面的夾角)有O。、30°飛O。、60° ^80°三種，每個(gè)陣列的探頭傾斜度一致。采用0°傾斜角布置的探頭陣列一般位于多陣列排列的中部，用來探測(cè)軌頭、軌腰和軌底的水平裂紋和縱裂紋；采用30°飛0°和60° 10°傾斜角布置的探頭陣列位于與鋼軌長(zhǎng)度方向平行的兩側(cè)；30°飛0°傾斜角布置的探頭用來探測(cè)軌腰及螺栓孔處的損傷；60° ^80°傾斜角布置的探頭則用來發(fā)現(xiàn)軌頭內(nèi)的核傷或橫裂。
[0013]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，傾斜角為0°超聲波探頭的超聲波頻率為:3-4ΜΗζ，其波束反射面位于軌底底面；傾斜角為30°飛0°的超聲波探頭的超聲波頻率為2~3ΜΗζ，其波束反射面同樣位于軌底底面；傾斜角為60° ^80°的超聲波探頭的超聲波頻率為4-5ΜΗζ，其波束反射面位于軌頭底面。
[0014]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述輪沿中的輪沿片片基還布有壓力傳感器，其置于輪沿片片基的中部，負(fù)責(zé)檢測(cè)輪沿片的壓力狀態(tài)；輪沿片片基采用橡膠材料，輪沿片片基與透聲外膜之間的縫隙用透聲耦合液填充。
[0015]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述探輪電路模塊包括電池、超聲波收發(fā)電路和探輪無線通信模塊以及探輪電路模塊各個(gè)單元之間的連接電纜；所述電池分別與超聲波收發(fā)電路和探輪無線通信模塊連接，也與輪沿片片基的探頭陣列相連；超聲波收發(fā)電路與輪沿片片基的探頭陣列連接；超聲波收發(fā)電路將連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給輪沿片片基探頭陣列中相應(yīng)的超聲波探頭，超聲波收發(fā)電路還緩存各個(gè)超聲波探頭接收到的反射波信號(hào)；探輪無線通信模塊將后臺(tái)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)傳送至超聲波收發(fā)電路，同時(shí)將各超聲波探頭接收的反射波信號(hào)及壓力傳感器的信號(hào)傳送給后臺(tái)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。所述電池采用微型電池，微型電池用彈性材料與所述超聲波收發(fā)電路、探輪無線通信模塊一起固定在探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)。放置探輪電路模塊的探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽和連接桿相通。
[0016]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述后臺(tái)處理系統(tǒng)包括后臺(tái)無線通信模塊、處理模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊。后臺(tái)無線通信模塊與探輪中的探輪電路模塊的探輪無線通信模塊相對(duì)應(yīng)，放置于連接桿內(nèi)，進(jìn)行短距離的無線通信；處理模塊是對(duì)輪沿式探頭陣列采集得到的超聲回波信號(hào)進(jìn)行快速高效地處理，檢測(cè)有無傷損以及傷損的位置；顯示模塊實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)的情況進(jìn)行顯示，以及對(duì)傷損位置、形狀、傷損類別進(jìn)行顯示；人機(jī)交互模塊可以對(duì)發(fā)送信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)參數(shù)、顯示的控制參數(shù)、檢測(cè)的結(jié)果存儲(chǔ)進(jìn)行人工控制。
[0017]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)輪沿片片基中超聲波探頭陣列獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示。數(shù)據(jù)的獲取是通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊獲得，該模塊放置于連接桿內(nèi)，它與探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊相對(duì)，處于同一水平高度，這樣后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊和探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊中的探輪無線通信模塊就很容易實(shí)現(xiàn)短距離的高速無線傳輸。后臺(tái)無線通信模塊獲得數(shù)據(jù)后是經(jīng)過有線的方式傳到后臺(tái)處理系統(tǒng)的處理模塊來進(jìn)行分析處理。
[0018]作為上述基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的優(yōu)化方案，所述裝置的多個(gè)探輪、連接桿、支撐體和后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊因直接與探測(cè)的鋼軌接觸，稱為基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置的探測(cè)端，后臺(tái)處理系統(tǒng)的處理模塊、顯示模塊以及人機(jī)交互模塊放置于探傷車上或者是運(yùn)營(yíng)列車內(nèi)，稱為后臺(tái)。
[0019]上述無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷方法，包括如下步驟:
(1)輪沿片接觸鋼軌后，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力，產(chǎn)生接觸觸發(fā)信號(hào)后通過探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)；
(2)后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到接觸觸發(fā)信號(hào)后控制該輪沿片處于工作狀態(tài)；輪沿片內(nèi)的超聲波探頭的工作狀態(tài)包括發(fā)送和接收；若在某一時(shí)刻后臺(tái)處理系統(tǒng)判定某個(gè)輪沿片處于工作狀態(tài)，則該輪沿片所有陣列的中心探頭應(yīng)為發(fā)射狀態(tài)，根據(jù)陣列探頭的傾斜角，產(chǎn)生不同的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊傳至該輪沿片；如:某個(gè)輪沿片0°傾斜角布置的探頭陣列A的中心探頭A0為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生3~4MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片30°飛0°傾斜角布置的探頭陣列B的中心探頭Btl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生2~3MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片60°~80°傾斜角布置的探頭陣列C的中心探頭Ctl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生4~5ΜΗz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)；
(3)輪沿片上的探輪無線通信模塊接收到后臺(tái)處理系統(tǒng)傳來的信號(hào)，傳輸至超聲波收發(fā)電路；超聲波收發(fā)電路根據(jù)傳來的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)控制相應(yīng)的超聲波探頭發(fā)出相應(yīng)頻率的超聲波進(jìn)行鋼軌探傷；
(4)位于探頭陣列A的中心探頭Atl發(fā)出的超聲波經(jīng)鋼軌反射回來的方向有若干位于探頭陣列A的中心探頭Atl周圍的一圈探頭Au。。An,都處于接收狀態(tài)，超聲波探頭A。。An接收從超聲波探頭Atl發(fā)出并經(jīng)鋼軌內(nèi)部反射回來的超聲波信號(hào)，經(jīng)探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)。其它探頭陣列也是類似，中心探頭發(fā)射，周圍的一圈探頭接收回波；
(5)后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)接收到的每個(gè)探頭陣列接收的回波進(jìn)行處理和傷損檢測(cè)。如接收超聲波探頭A1^An收到回波信號(hào)后，傳輸至后臺(tái)處理系統(tǒng)，后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，判斷超聲波波束從探頭Atl發(fā)出經(jīng)鋼軌反射至超聲波探頭Au。。An的路徑內(nèi)鋼軌有無損傷。后臺(tái)處理系統(tǒng)的顯示模塊實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)的情況進(jìn)行顯示，以及對(duì)傷損位置、形狀、傷損類別進(jìn)行顯示；
(6)當(dāng)輪沿片脫離鋼軌時(shí)，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力消失，產(chǎn)生脫離觸發(fā)信號(hào)通過輪沿片內(nèi)的探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)；后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到脫離觸發(fā)信號(hào)后判斷本輪沿片已經(jīng)和鋼軌脫離，于是停止該輪沿片超聲波信號(hào)的收發(fā)，則該輪沿片處于等待狀態(tài)，直至下一個(gè)循環(huán)開始。
[0020]上述的探傷方法中，沿用輪式探頭的探測(cè)原理向鋼軌發(fā)射三種不同方向和不同頻率的超聲波，有傷損時(shí)其反射路徑和發(fā)射路徑是一致的，所以要保持發(fā)送和接收超聲探頭的傾斜度方向不變。根據(jù)三種傾斜度的超聲波波束及其反射波束就可以判斷出對(duì)應(yīng)的軌頭、軌腰和軌底是否出現(xiàn)水平裂紋或縱裂紋，根據(jù)反射波返回的時(shí)間、能量和波形就能直接確定裂紋的位置、形狀。 [0021]與現(xiàn)有的輪式超聲波探頭組件相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)把探頭陣列布置在輪沿上，與鋼軌直接接觸，這樣探頭與鋼軌間的距離也從輪式結(jié)構(gòu)的IOcm左右降低為2cm以內(nèi)，超聲信號(hào)在介質(zhì)中的穿越距離變短，信號(hào)的衰減大大降低，這不僅能提高探測(cè)精度，而且使得探頭制備上可以使用小型的微電子低電壓器件；另外超聲信號(hào)發(fā)送到接收時(shí)間的縮短，可以支持更高的行車速度，解決運(yùn)行速度的瓶頸。
[0022](2)每個(gè)輪沿片片基探頭陣列中每個(gè)陣列都采用無間隙連續(xù)單發(fā)多收雙工模式，即是采用一個(gè)探頭發(fā)射，多個(gè)探頭接收，這樣獲取的鋼軌探測(cè)信息量大，大幅提高信噪比，提聞探測(cè)精度，也能避免漏檢。
[0023](3)同一位置鋼軌有多個(gè)探輪經(jīng)過，能進(jìn)行多次探測(cè)，避免漏檢。
[0024](4)通過短距離通信將后臺(tái)處理系統(tǒng)與超聲波探頭之間進(jìn)行物理位置的分開，取代現(xiàn)行超聲波探頭與后臺(tái)處理系統(tǒng)固定有線連接的方式，可以降低系統(tǒng)線路復(fù)雜度，極大提高探測(cè)的靈活性。同時(shí)方便探測(cè)端超聲波探頭的安裝和拆卸，探輪可以掛在運(yùn)營(yíng)車上進(jìn)行鋼軌的超聲探測(cè)，無需用專門的探傷車。
[0025](5)采用短距離超高速無線數(shù)據(jù)傳輸，替代傳統(tǒng)的模擬有線電纜傳輸方式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)大容量高速傳輸。從而大量的復(fù)雜的信號(hào)處理與計(jì)算可以由后臺(tái)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可以保證探測(cè)數(shù)據(jù)的快速處理和高精度成像。
[0026](6)采用寬帶調(diào)頻信號(hào)，對(duì)輪沿片上的多個(gè)超聲波探頭分別發(fā)送2?5Mz不等的調(diào)制連續(xù)波，取代傳統(tǒng)的脈沖波，可以大大降低探測(cè)電壓，減少耗電。
[0027](7)輪沿片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低。輪沿片損壞時(shí)，只需要將損壞的單個(gè)輪沿片進(jìn)行更換即可，更不需要消耗耦合液。所以與現(xiàn)有的輪式超聲波探頭組件相比，后期維護(hù)成本大幅降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置探測(cè)端工作示意圖。
[0029]圖2是探輪探傷掛件工作示意圖。
[0030]圖3是探輪示意圖。
[0031 ]圖4是探輪輪沿示意圖。
[0032]圖5是輪沿片外側(cè)平面示意圖。
[0033]圖6是輪沿片內(nèi)側(cè)平面示意圖。
[0034]圖7是輪沿片中圓陣陣列探頭的排列示意圖。
[0035]圖8是探輪電路模塊以及與輪沿片片基連接的示意圖。
[0036]圖9是探輪電路模塊以及與輪沿片片基連接的結(jié)構(gòu)框圖。
[0037]圖10是探輪和后臺(tái)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖11是無線通信模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0039]圖12是單個(gè)輪沿片單次工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
[0041]如圖1所示，是本發(fā)明所述無線分體輪沿式探頭陣列鋼軌探傷裝置的探測(cè)端，圖示有8個(gè)探輪101組成的鋼軌探傷組件的工作示意圖，每?jī)蓚€(gè)探輪中間由一個(gè)橫軸連接桿102連接在一起組成一個(gè)探輪組。這4對(duì)探輪組，自身無動(dòng)力裝置，通過橫軸連接桿102和縱軸連接桿103連接到支撐體104上，構(gòu)成一部探傷小車，然后再和高速鋼軌探傷車的底盤連接，放置于鋼軌105上，直接和鋼軌的軌頭108接觸，就可以隨著高速鋼軌探傷車前行而進(jìn)行聞速的探傷。
[0042]如圖2所示，無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷組件(無線分體輪沿式探頭陣列鋼軌探傷裝置的探測(cè)端)懸掛于運(yùn)營(yíng)車106上，后臺(tái)處理及顯示系統(tǒng)107放置于運(yùn)營(yíng)車106內(nèi)。圖示高速鋼軌探傷車每側(cè)懸掛了 4個(gè)鋼軌探傷組件探輪，無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷組件探輪的個(gè)數(shù)可以根據(jù)具體探測(cè)環(huán)境的需要進(jìn)行調(diào)整，探輪的個(gè)數(shù)越多，重復(fù)經(jīng)過同一鋼軌位置的探頭就越多，可有效地避免漏檢，提高檢測(cè)效率和精度。
[0043]如圖3~4所示，是探輪的結(jié)構(gòu)示意圖，每個(gè)探輪包括輪沿201、探輪外護(hù)板202、探輪內(nèi)護(hù)板203，以及探輪電路模塊204。輪沿201直接和鋼軌的軌頭108接觸；探輪外護(hù)板202是指在輪沿外側(cè)的保護(hù)板，探輪內(nèi)護(hù)板203是指在輪沿內(nèi)側(cè)的保護(hù)板，這兩塊保護(hù)板主要是卡住輪沿片，起保護(hù)作用；探輪電路模塊204置于探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)。若干個(gè)輪沿片205嵌入輪沿201中，探輪電路模塊204與嵌入輪沿中的輪沿片的超聲探頭陣列有電源線及信號(hào)線的連接。
[0044]如圖5~7所示，是本發(fā)明所述單個(gè)輪沿片內(nèi)部各單元布置的一個(gè)實(shí)施例示意圖。輪沿片由輪沿片片基和透聲外膜疊加而成，輪沿片片基內(nèi)嵌超聲波探頭陣列和壓力傳感器。其中圖5是輪沿片外側(cè)平面圖，該表面疊加透聲外膜后與鋼軌表面接觸。輪沿片片基301選用橡膠材料制作，輪沿片片基與透聲外膜之間的微小縫隙用透聲耦合液填充。輪沿片片基301內(nèi)嵌5個(gè)超聲波探頭圓陣，每個(gè)圓陣的中間為發(fā)送探頭，周圍一圈為接收探頭；超聲波探頭陣列的探頭傾斜度(超聲波探頭與鋼軌橫截面的夾角)有0°、30°飛0°、60° ^80°三種，每個(gè)圓陣的探頭傾斜度一致。采用0°傾斜角布置的探頭圓陣302位于整個(gè)輪沿片的中部，用 來探測(cè)軌頭108、軌腰109和軌底110的水平裂紋和縱裂紋；采用30°飛0°傾斜角布置的探頭圓陣303，位于與鋼軌長(zhǎng)度方向平行的兩側(cè)輪沿的前進(jìn)方向，用來探測(cè)軌腰及螺栓孔處的損傷；采樣60° 10°傾斜角布置的探頭圓陣304，位于30°飛0°傾斜角布置的探頭圓陣303的后面，則用來發(fā)現(xiàn)軌頭內(nèi)的核傷或橫裂。
[0045]圖6是輪沿片內(nèi)側(cè)平面圖，壓力傳感器305布置在該表面的輪沿片片基301的中部，其功能是檢測(cè)輪沿片的壓力狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到壓力時(shí)產(chǎn)生接觸觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到壓力解除時(shí)產(chǎn)生脫離觸發(fā)信號(hào)。
[0046]圖7是探頭圓陣陣列的探頭分布圖，探頭圓陣的中間為發(fā)送探頭，周圍一圈排列的為接收探頭，圖7所示的是I個(gè)發(fā)送探頭306，發(fā)送探頭周圍布置7個(gè)接收探頭307。沿用傳統(tǒng)輪式探頭的探測(cè)原理向鋼軌發(fā)射超聲波，有傷損時(shí)其反射路徑和發(fā)射路徑是大致是一致的，所以要保持發(fā)送和接收超聲探頭的傾斜度方向不變。多個(gè)接收探頭接收的信息多且充分，能避免漏檢。
[0047]如圖8、9所示，是探輪電路模塊以及與輪沿片片基的連接示意圖和結(jié)構(gòu)框圖。探輪電路模塊204包括電池401、超聲波收發(fā)電路402、探輪無線通信模塊403和各個(gè)單元之間的電纜連接以及與輪沿片片基的電纜連接(包括信號(hào)線404和電源線405)。電池401采用微型電池，微型電池用彈性材料與超聲波收發(fā)電路、探輪無線通信模塊一起固定在探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)。
[0048]如圖9所示，所述電池分別與超聲波收發(fā)電路和探輪無線通信模塊連接，且與輪沿片片基301的超聲波探頭陣列連接；超聲波收發(fā)電路通過有線電纜與輪沿片片基的超聲波探頭陣列連接；超聲波收發(fā)電路將連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)通過有線電纜轉(zhuǎn)發(fā)給超聲波探頭陣列中相應(yīng)的超聲波探頭，超聲波收發(fā)電路還緩存各個(gè)超聲波探頭接收到的反射波信號(hào)；探輪無線通信模塊將后臺(tái)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)傳送至超聲波收發(fā)電路，同時(shí)將各超聲波探頭接收的反射波信號(hào)及壓力傳感器的信號(hào)傳送給后臺(tái)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0049]當(dāng)探輪沿鋼軌軌道表面105向前滾進(jìn)時(shí)，每個(gè)輪沿片從壓向鋼軌至脫離鋼軌這段時(shí)間內(nèi)，和鋼軌緊貼保持靜止不動(dòng)。在這段時(shí)間內(nèi)，輪沿片片基內(nèi)的超聲波探頭陣列按后臺(tái)處理系統(tǒng)的控制發(fā)出(或接收)2~5MHZ不等的連續(xù)調(diào)制超聲波。輪沿片布置有傾斜度為0°、30°飛0°和60° ^80°的三種超聲波探頭陣列，采用0°傾斜角布置的探頭圓陣位于整個(gè)陣列的中部，發(fā)射超聲波頻率為3~4MHz，用來探測(cè)軌頭、軌腰和軌底的水平裂紋和縱裂紋；采用30°飛0°和60° 10°傾斜角布置的探頭圓陣位于與鋼軌長(zhǎng)度方向平行的兩側(cè)；30°飛0°傾斜角布置的探頭，發(fā)射超聲波頻率為2~3MHz，用來探測(cè)軌腰及螺栓孔處的損傷；60° ^80°傾斜角布置的探頭，發(fā)射超聲波頻率為4~5ΜΗZ，用來發(fā)現(xiàn)軌頭內(nèi)的核傷或橫裂。
[0050]如圖10所示，是探輪和后臺(tái)處理系統(tǒng)的連接示意圖。后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)超聲波探頭陣列獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示。數(shù)據(jù)的獲取是通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊501獲得，該模塊放置于橫軸連接桿和縱軸連接桿的連接處，它與探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊204相對(duì)，處于同一水平高度，這樣后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊和探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊204中的探輪無線通信模塊403就很容易實(shí)現(xiàn)短距離的高速無線傳輸。后臺(tái)無線通信模塊501獲得數(shù)據(jù)后是經(jīng)過有線的方式傳到后臺(tái)處理系統(tǒng)的處理模塊來進(jìn)行分析處理。 [0051]實(shí)施例中的無線通信模塊采用屬于短距離傳輸技術(shù)的超寬帶無線通信(UWB)，通信模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示。無線通信模塊的組成包括脈沖發(fā)生器、脈沖位置調(diào)制器、有源晶振、功率放大器、低噪放大器、射頻濾波器、乘法器、低通濾波器、采樣/檢測(cè)器和UffB天線。UffB信號(hào)的產(chǎn)生過程是:有源晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)方波信號(hào)，輸入脈沖發(fā)生器產(chǎn)生基本UWB信號(hào)。基本UWB信號(hào)被輸入脈沖位置調(diào)制器，同時(shí)脈沖位置調(diào)制器根據(jù)超聲波收發(fā)電路或壓力傳感器傳來的，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)基本UWB信號(hào)進(jìn)行脈沖位置調(diào)制后產(chǎn)生調(diào)制UWB信號(hào)，調(diào)制UWB信號(hào)被輸入功率放大器放大后經(jīng)UWB天線輻射出去。UWB信號(hào)的接收過程是:后臺(tái)處理子系統(tǒng)內(nèi)無線通信模塊傳來的UWB信號(hào)被輪沿片內(nèi)UWB天線接收，然后依次被輸入低噪放大器、射頻濾波器和乘法器。同時(shí)乘法器接收脈沖發(fā)生器輸入的基本UWB信號(hào)，將兩信號(hào)相乘后輸入低通濾波器，濾波后的信號(hào)被輸入采樣/檢測(cè)器進(jìn)行采樣和檢波得到數(shù)字信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換器還原多頻連續(xù)調(diào)制超聲波信號(hào)傳至超聲波收發(fā)電路。
[0052]如圖12所示是實(shí)施例單個(gè)輪沿片單次工作流程圖，假設(shè)短距離無線通信采用的是UEB，其對(duì)鋼軌進(jìn)行無損探測(cè)包括以下步驟:
(1)輪沿片接觸鋼軌后，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力，產(chǎn)生接觸觸發(fā)信號(hào)后通過探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)；
(2)后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到接觸觸發(fā)信號(hào)后控制該輪沿片處于工作狀態(tài)；輪沿片內(nèi)的超聲波探頭的工作狀態(tài)包括發(fā)送和接收；若在某一時(shí)刻后臺(tái)處理系統(tǒng)判定某個(gè)輪沿片處于工作狀態(tài)，則該輪沿片所有陣列的中心探頭應(yīng)為發(fā)射狀態(tài)，根據(jù)陣列探頭的傾斜角，產(chǎn)生不同的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊傳至該輪沿片；如:某個(gè)輪沿片0°傾斜角布置的探頭陣列A的中心探頭Atl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生3~4MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片30°~50°傾斜角布置的探頭陣列B的中心探頭Btl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生2~3MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片60°~80°傾斜角布置的探頭陣列C的中心探頭Ctl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生4~5ΜΗζ的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)；
(3)輪沿片上的探輪無線通信模塊接收到后臺(tái)處理系統(tǒng)傳來的信號(hào)，傳輸至超聲波收發(fā)電路；超聲波收發(fā)電路根據(jù)傳來的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)控制相應(yīng)的超聲波探頭發(fā)出相應(yīng)頻率的超聲波進(jìn)行鋼軌探傷；
(4)位于探頭陣列A的中心探頭Atl發(fā)出的超聲波經(jīng)鋼軌反射回來的方向有若干位于探頭陣列A的中心探頭Atl周圍的一圈探頭Au。。An,都處于接收狀態(tài)，超聲波探頭A。。An接收從超聲波探頭Atl發(fā)出并經(jīng)鋼軌內(nèi)部反射回來的超聲波信號(hào)，經(jīng)探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)。其它探頭陣列也是類似，中心探頭發(fā)射，周圍的一圈探頭接收回波；
(5)后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)接收到的每個(gè)探頭陣列接收的回波進(jìn)行處理和傷損檢測(cè)。如接收超聲波探頭A1^An 收到回波信號(hào)后，傳輸至后臺(tái)處理系統(tǒng)，后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，判斷超聲波波束從探頭Atl發(fā)出經(jīng)鋼軌反射至超聲波探頭Au。。An的路徑內(nèi)鋼軌有無損傷。后臺(tái)處理系統(tǒng)的顯示模塊實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)的情況進(jìn)行顯示，以及對(duì)傷損位置、形狀、傷損類別進(jìn)行顯示；
(6)當(dāng)輪沿片脫離鋼軌時(shí)，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力消失，產(chǎn)生脫離觸發(fā)信號(hào)通過輪沿片內(nèi)的探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)；
(7)后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到脫離觸發(fā)信號(hào)后判斷本輪沿片已經(jīng)和鋼軌脫離，于是停止該輪沿片超聲波信號(hào)的收發(fā)，則該輪沿片處于等待狀態(tài)，直至下一個(gè)循環(huán)開始。
[0053]注:圖12所示探頭陣列A(中心探頭AO發(fā)射，探頭陣列A的中心探頭AO周圍的一圈探頭Al。。。AN接收)的工作流程示意，其它探頭陣列也是同樣的工作流程。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，其特征在于包括多個(gè)探輪、連接桿、支撐體和一個(gè)后臺(tái)處理系統(tǒng)，其中探輪包括鋪設(shè)有若干個(gè)輪沿片的輪沿、探輪內(nèi)護(hù)板、探輪外護(hù)板，以及探輪電路模塊，探輪電路模塊置于探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)，探輪主要完成探測(cè)信號(hào)的發(fā)送和采集，不作承載重量之用，多個(gè)探輪通過連接桿和支撐體掛在一輛探傷車上或者是運(yùn)營(yíng)列車上，可以雙軌同時(shí)探測(cè)，后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)探輪獲取的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，其特征在于所述輪沿由若干個(gè)輪沿片并列平鋪而成，所述輪沿片由輪沿片片基和透聲外膜疊加而成，輪沿片片基嵌入若干個(gè)超聲探頭，超聲探頭呈多陣列排列，每個(gè)陣列可以是圓陣、方陣等，每個(gè)陣列的中心探頭為發(fā)送探頭，周圍的為接收探頭；探頭傾斜度(超聲波探頭與鋼軌橫截面的夾角)有O。、30°飛O。、60° ^80°三種，每個(gè)陣列的探頭傾斜度一致，采用0°傾斜角布置的探頭陣列一般位于多陣列排列的中部，發(fā)射頻率為3~4MHz，用來探測(cè)軌頭、軌腰和軌底的水平裂紋和縱裂紋；采用30°飛0°和60° 10°傾斜角布置的探頭陣列位于與鋼軌長(zhǎng)度方向平行的兩側(cè)，30°60°傾斜角布置的探頭，發(fā)射頻率為2~3MHz的超聲波，用來探測(cè)軌腰及螺栓孔處的損傷；60° ^80°傾斜角布置的探頭，發(fā)射頻率為4-5ΜΗζ的超聲波，則用來發(fā)現(xiàn)軌頭內(nèi)的核傷或橫裂，所述輪沿片片基還布有壓力傳感器，其置于輪沿片片基的中部，負(fù)責(zé)檢測(cè)輪沿片的壓力狀態(tài)；輪沿片片基采用橡膠材料，輪沿片片基與透聲外膜之間的縫隙用透聲耦合液填充。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，其特征在于所述探輪電路模塊包括電池、超聲波收發(fā)電路和探輪無線通信模塊以及探輪電路模塊各個(gè)單元之間的連接電纜，所述電池分別與超聲波收發(fā)電路和探輪無線通信模塊連接，也與輪沿片片基的探頭陣列相連，超聲波收發(fā)電路與輪沿片片基的探頭陣列連接；超聲波收發(fā)電路將連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給輪沿片片基的探頭陣列中相應(yīng)的超聲波探頭，超聲波收發(fā)電路還緩存各個(gè)超聲波探頭接收到的反射波信號(hào)，探輪無線通信模塊將后臺(tái)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)傳送至超聲波收發(fā)電路，同時(shí)將各超聲波探頭接收的反射波信號(hào)及壓力傳感器的信號(hào)傳送給后臺(tái)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述電池采用微型電池，微型電池用彈性材料與超聲波收發(fā)電路、探輪無線通信模塊一起固定在探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽內(nèi)，放置探輪電路模塊的位于探輪內(nèi)護(hù)板中間的電路卡槽和連接桿相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，其特征在于所述后臺(tái)處理系統(tǒng)包括后臺(tái)無線通信模塊、處理模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊，后臺(tái)無線通信模塊與探輪中的探輪電路模塊的探輪無線通信模塊相對(duì)應(yīng)，放置于連接桿內(nèi)，進(jìn)行短距離的無線通信；處理模塊是對(duì)輪沿式探頭陣列采集得到的超聲回波信號(hào)進(jìn)行快速高效地處理，檢測(cè)有無傷損以及傷損的位置；顯示模塊實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)的情況進(jìn)行顯示，以及對(duì)傷損位置、形狀、傷損類別進(jìn)行顯示；人機(jī)交互模塊可以對(duì)發(fā)送信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)參數(shù)、顯示的控制參數(shù)、檢測(cè)的結(jié)果存儲(chǔ)進(jìn)行人工控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷裝置，其特征在于所述后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)輪沿片片基中超聲波探頭陣列獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行探傷檢測(cè)處理以及結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)的獲取是通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊獲得，該模塊放置于連接桿內(nèi)，它與探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊相對(duì)，處于同一水平高度，這樣后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊和探輪內(nèi)護(hù)板中間的探輪電路模塊中的探輪無線通信模塊就很容易實(shí)現(xiàn)短距離的高速無線傳輸，后臺(tái)無線通信模塊獲得數(shù)據(jù)后是經(jīng)過有線的方式傳到后臺(tái)處理系統(tǒng)的處理模塊來進(jìn)行分析處理。
6.基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷方法，包括如下步驟: (1)輪沿片接觸鋼軌后，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力，產(chǎn)生接觸觸發(fā)信號(hào)后通過探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)； (2)后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到接觸觸發(fā)信號(hào)后控制該輪沿片處于工作狀態(tài)；輪沿片內(nèi)的超聲波探頭的工作狀態(tài)包括發(fā)送和接收；若在某一時(shí)刻后臺(tái)處理系統(tǒng)判定某個(gè)輪沿片處于工作狀態(tài)，則該輪沿片所有陣列的中心探頭應(yīng)為發(fā)射狀態(tài)，根據(jù)陣列探頭的傾斜角，產(chǎn)生不同的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)通過后臺(tái)處理系統(tǒng)的后臺(tái)無線通信模塊傳至該輪沿片；如:某個(gè)輪沿片0°傾斜角布置的探頭陣列A的中心探頭Atl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生3~4MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片30°-50°傾斜角布置的探頭陣列B的中心探頭Btl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生2~3MHz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)，某個(gè)輪沿片60°~80°傾斜角布置的探頭陣列C的中心探頭Ctl為發(fā)射狀態(tài)，則產(chǎn)生4-5ΜΗz的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)； (3)輪沿片上的探輪無線通信模塊接收到后臺(tái)處理系統(tǒng)傳來的信號(hào)，傳輸至超聲波收發(fā)電路；超聲波收發(fā)電路根據(jù)傳來的連續(xù)多頻調(diào)制超聲波信號(hào)控制相應(yīng)的超聲波探頭發(fā)出相應(yīng)頻率的超聲波進(jìn)行鋼軌探傷； (4)位于探頭陣列A的中心探頭Atl發(fā)出的超聲波經(jīng)鋼軌反射回來的方向有若干位于探頭陣列A的中心探頭Atl周圍的探頭A1...An,都處于接收狀態(tài)，超聲波探頭A1...An接收從超聲波探頭Atl發(fā)出并經(jīng)鋼軌內(nèi)部反射回來的超聲波信號(hào)，經(jīng)探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)，其它探頭陣列也是類似，中心探頭發(fā)射，周圍的探頭接收回波； (5)后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)接收到的每個(gè)探頭陣列接收的回波進(jìn)行處理和傷損檢測(cè)，如接收超聲波探頭A1...An收到回波信號(hào)后，傳輸至后臺(tái)處理系統(tǒng)，后臺(tái)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，判斷超聲波波束從探頭Atl發(fā)出經(jīng)鋼軌反射至超聲波探頭仏…An的路徑內(nèi)鋼軌有無損傷，后臺(tái)處理系統(tǒng)的顯示模塊實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)的情況進(jìn)行顯示，以及對(duì)傷損位置、形狀、傷損類別進(jìn)行顯示； (6)當(dāng)輪沿片脫離鋼軌時(shí)，輪沿片片基內(nèi)的壓力傳感器感受到壓力消失，產(chǎn)生脫離觸發(fā)信號(hào)通過輪沿片內(nèi)的探輪無線通信模塊傳至后臺(tái)處理系統(tǒng)；后臺(tái)處理系統(tǒng)接收到脫離觸發(fā)信號(hào)后判斷本輪沿片已經(jīng)和鋼軌脫離，于是停止該輪沿片超聲波信號(hào)的收發(fā)，則該輪沿片處于等待狀態(tài)，直至下一個(gè)循環(huán)開始。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無線分體輪沿式探頭陣列的鋼軌探傷方法，探頭陣列保持發(fā)送和接收超聲探頭的傾斜度方向不變，向鋼軌發(fā)射三種不同方向和不同頻率的超聲波，有傷損時(shí)其反射路徑和發(fā)射路徑是一致的，根據(jù)三種傾斜度的超聲波波束及其反射波束就可以判斷出對(duì)應(yīng)的軌頭、軌腰和軌底是否出現(xiàn)水平裂紋或縱裂紋，根據(jù)反射波返回的時(shí)間、能量和波形就能直接確定裂紋的位置、形狀。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK103913511SQ201410134081
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】韋崗, 曹燕, 楊萃 申請(qǐng)人:廣州豐譜信息技術(shù)有限公司