本實用新型涉及超聲波無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙陣列探頭的鋼軌焊縫超聲波成像檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對于鋼軌焊縫的檢測，尤其是涉及鋼軌焊縫中存在的平面狀缺陷，如光斑、灰斑、裂紋、未焊透及疲勞裂紋等，這些缺陷的存在不僅減小了鋼軌的有效截面，而且還可能造成應(yīng)力集中，使鋼軌焊縫直接拉開或使鋼軌折斷，因而是最危險的缺陷。這些平面狀的缺陷，采用超聲波進行檢測時，其反射波按照反射定律在其他方向傳播而無法沿入射路徑返回，因而采用單個探頭難以實現(xiàn)檢測，因此一般采用雙探頭進行檢測。常規(guī)檢測方法是采用兩只單晶片的探頭進行K型掃查或者串列式掃查。K型掃查時，兩只單晶片探頭分別放置在相對的兩個探測面上，一只探頭發(fā)射超聲波，另一只探頭接收超聲波，掃查時，兩只探頭需要相對或相背等速移動，當(dāng)焊縫中存在平面狀缺陷時，缺陷的反射波會被接收探頭接收；串列式掃查時，兩只單晶片探頭一前一后同時放置在一個探測面上，距離焊縫近側(cè)的一只探頭發(fā)射超聲波，距離焊縫遠側(cè)的一只探頭接收超聲波，兩只探頭也需要相對或相背等速移動，當(dāng)焊縫中存在平面狀缺陷時，發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波經(jīng)缺陷和鋼軌底面兩次反射后被接收探頭接收。采用K型掃查或串列式掃查時，由于采用單晶片探頭，為了實現(xiàn)焊縫整個高度的掃查，兩只探頭必須相對或相背等速移動，因而采用手工操作很難完成，一般都需要配備專業(yè)的掃查裝置。然而鋼軌焊縫需要檢測的部位包括軌頭K型掃查、軌底K型掃查以及軌腰串列式掃查，且由于鋼軌結(jié)構(gòu)的特殊性，要保證探頭的耦合效果對掃查裝置的要求非?？量?，而且由于檢測工作量大，掃查裝置的調(diào)節(jié)安裝也比較費時費力，并且工作時需要檢測人員操作掃查裝置實現(xiàn)相對或相背等速移動探頭，因而檢測人員勞動強度大，檢測結(jié)果易受檢測人員的操作經(jīng)驗及疲勞程度影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于雙陣列探頭的鋼軌焊縫超聲波成像檢測系統(tǒng)?？煽焖佟⒂行?、全面地對鋼軌焊縫中存在的光斑、灰斑、裂紋、未焊透及疲勞裂紋等平面狀缺陷進行有效檢測。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例提供了一種基于雙陣列探頭的鋼軌焊縫超聲波成像檢測系統(tǒng)，包括相控陣超聲檢測設(shè)備、發(fā)射陣列探頭、接收陣列探頭，

所述發(fā)射陣列探頭、接收陣列探頭在被測鋼軌上進行串列式掃查或K型掃查；

所述接收陣列探頭包括帶狀的探頭本體、設(shè)置于所述探頭本體下端的軟接觸薄膜套；所述探頭本體上具有磁吸棒，邊沿具有刻度標(biāo)尺帶，所述探頭本體底面設(shè)置有陣列晶片，所述陣列晶片包括多個條狀矩形晶片，陣列晶片依次排列在所述探頭本體上，所述刻度標(biāo)尺帶用于指示陣列晶片的位置信息；

所述相控陣超聲檢測設(shè)備與所述發(fā)射陣列探頭、接收陣列探頭分別通訊連接，并使所述發(fā)射陣列探頭、接收陣列探頭工作于雙陣列探頭工作方式或單陣列探頭工作方式，工作于單陣列探頭工作方式時，所述發(fā)射陣列探頭工作于自發(fā)自收方式；

所述相控陣超聲檢測設(shè)備獲取所述接收陣列探頭上的陣列晶片接收焊縫缺陷反射的超聲波回波聲束的起始和終點位置，計算所述缺陷的高度值。

進一步地，所述發(fā)射陣列探頭包括相控陣超聲楔塊和安裝于其上的相控陣超聲探頭，所述相控陣超聲探頭包括探頭本體、陣列晶片，所述陣列晶片包括多個并列的條狀矩形晶片。

更進一步地，所述相控陣超聲楔塊具有底面、與所述底面相對的斜面，以及與所述底面、斜面相鄰的豎直側(cè)面，所述相控陣超聲探頭安裝在所述斜面上，所述相控陣超聲探頭與相控陣楔塊之間通過耦合劑緊密結(jié)合。

更進一步地，所述磁吸棒為若干個等間距設(shè)置，且與所述探頭本體長度方向相垂直。

更進一步地，所述軟接觸薄膜套內(nèi)充滿液體。

更進一步地，所述軟接觸薄膜套使所述探頭本體水平或具有傾角。

更進一步地，所述發(fā)射陣列探頭、接收陣列探頭均還具有單總線器件，所述相控陣超聲檢測設(shè)備通過所述單總線器件進行識別與交換數(shù)據(jù)。

更進一步地，所述探頭本體由柔韌性材料制作成。

實施本實用新型實施例，具有如下有益效果：本實用新型無需設(shè)計復(fù)雜的掃查裝置就能夠快速、有效、全面地對鋼軌焊縫中存在的光斑、灰斑、裂紋、未焊透及疲勞裂紋等平面狀缺陷進行有效檢測，能夠明顯降低檢測人員的勞動強度，提高檢測效率和檢測結(jié)果可靠性。

附圖說明

圖1是鋼軌焊縫軌腰串列式掃查的示意圖；

圖2是鋼軌焊縫軌頭K型掃查的示意圖；

圖3是鋼軌焊縫軌底K型掃查的示意圖；

圖4是發(fā)射陣列探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是相控陣超聲楔塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是接收陣列探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。

本實用新型實施例的基于雙陣列探頭的鋼軌焊縫超聲波成像檢測系統(tǒng)，包括相控陣超聲檢測設(shè)備5、發(fā)射陣列探頭3、接收陣列探頭4，發(fā)射陣列探頭3、接收陣列探頭4在被測鋼軌1上進行串列式掃查或K型掃查。

如圖1所示，進行鋼軌焊縫軌腰串列式掃查時，在鋼軌焊縫2一側(cè)的鋼軌踏面上一前一后布置兩個陣列探頭，距離焊縫2近側(cè)的陣列探頭作為發(fā)射陣列探頭3，距離焊縫遠側(cè)的陣列探頭作為接收陣列探頭5，發(fā)射陣列探頭3和接收陣列探頭5均貼在鋼軌踏面8上。

如圖2所示，進行鋼軌焊縫軌頭K型掃查時，在鋼軌焊縫一側(cè)的鋼軌軌頭兩個側(cè)面7各布置一個陣列探頭，其中一個陣列探頭作為發(fā)射陣列探頭3，另一個陣列探頭作為接收陣列探頭4，發(fā)射陣列探頭3和接收陣列探頭4均貼在鋼軌軌頭的兩側(cè)側(cè)面上。

如圖3所示，進行鋼軌焊縫軌底K型掃查時，在鋼軌焊縫一側(cè)的鋼軌軌底6兩個側(cè)面各布置一個陣列探頭，其中一個陣列探頭作為發(fā)射陣列探頭3，另一個陣列探頭作為接收陣列探頭4，發(fā)射陣列探頭和接收陣列探頭均貼在鋼軌軌底的兩側(cè)側(cè)面上。

發(fā)射陣列探頭3和接收陣列探頭4分別與相控陣超聲檢測設(shè)備5相應(yīng)的端口相連接。

啟動相控陣超聲檢測設(shè)備5對鋼軌焊縫進行檢測，發(fā)射陣列探頭沿著鋼軌1軸向方向進行前后移動或者放置在某幾個固定的位置點，接收陣列探頭采用不可移動的方式緊貼吸附固定在鋼軌指定位置上，發(fā)射陣列探頭發(fā)射超聲波的同時，接收陣列探頭同步進行超聲波的接收，相控陣超聲檢測設(shè)備根據(jù)接收陣列探頭接收到的信號進行圖像化顯示，檢測人員根據(jù)檢測圖像顯示判定鋼軌焊縫中的缺陷信息。

相控陣超聲檢測設(shè)備5，具有雙陣列探頭工作方式和單陣列探頭工作方式，并且兩種工作方式可自動進行切換。雙陣列探頭工作方式時，兩個陣列探頭配套組合使用，一個陣列探頭工作在發(fā)射模式，另一個陣列探頭工作在接收模式，發(fā)射模式的陣列探頭只發(fā)射超聲波，接收模式的陣列探頭只接收超聲波，發(fā)射模式可以設(shè)置為相控陣扇形掃描方式、相控陣線形掃描方式或相控陣單聲束掃描方式，接收模式可以設(shè)置為相控陣線形掃描方式；單陣列探頭工作方式時：接到相控陣超聲檢測設(shè)備的陣列探頭均工作在自發(fā)自收模式，即陣列探頭發(fā)射超聲波的同時進行接收超聲波，自發(fā)自收模式的陣列探頭可設(shè)置為相控陣扇形掃描方式、相控陣線形掃描方式或相控陣單聲束掃描方式，并且自發(fā)自收時發(fā)射與接收的掃描方式一樣。

相控陣超聲檢測設(shè)備，具有利用單總線（1-wire）工作原理來實現(xiàn)陣列探頭的自動識別和參數(shù)的設(shè)置。相控陣超聲檢測設(shè)備識別陣列探頭的方法為：相控陣超聲檢測設(shè)備啟動時，對接到設(shè)備上的陣列探頭中的1-wire器件進行初始化、對1-wire器件進行識別和交換數(shù)據(jù)，以此實現(xiàn)陣列探頭的自動識別和參數(shù)設(shè)置。

所述的相控陣超聲檢測設(shè)備，具有探頭耦合監(jiān)控的功能，接到相控陣超聲檢測設(shè)備的陣列探頭工作在自發(fā)自收模式，根據(jù)接收到超聲波信號的情況自動判別探頭的耦合情況，提供失耦報警功能。在進行鋼軌焊縫檢測的過程中，相控陣超聲檢測設(shè)備自動間隔一定時間進行耦合監(jiān)控掃描并提供耦合情況顯示和報警。

作為發(fā)射探頭的陣列探頭，其包括相控陣超聲探頭31和相控陣超聲楔塊32。相控陣超聲探頭包括探頭本體、陣列晶片33和1-wire器件34，陣列晶片33包括多個條狀矩形晶片，1-wire器件34通過相控陣超聲檢測設(shè)備的訪問從而識別探頭的類型和參數(shù)；相控陣超聲楔塊32具有底面35、與底面35相對的斜面36，以及與底面35、斜面36相鄰的豎直側(cè)面37，相控陣超聲探頭31安裝在相控陣超聲楔塊32的斜面36上，相控陣超聲探頭與相控陣楔塊之間通過耦合劑緊密結(jié)合。

所述的作為接收探頭的陣列探頭，其包括探頭本體41、陣列晶片42、1-wire器件43、磁吸附帶44、刻度標(biāo)尺帶45及軟接觸薄膜套46。探頭本體41由柔韌性材料制成帶狀，陣列晶片42包括多個條狀矩形晶片，陣列晶片依次排列在探頭本體41上，陣列晶片42與1-wire器件43布置于探頭本體的底面；磁吸附帶44位于探頭本體的上表面，每間隔一定距離布置有磁吸棒，磁吸棒的排列方式與陣列探頭的長度方向垂直，磁吸附帶具有對鐵磁性材料吸附的功能，實現(xiàn)陣列探頭吸附在鋼軌表面上；刻度標(biāo)尺帶45位于探頭本體的上表面的磁吸附帶的一側(cè)，具有標(biāo)尺刻度值，指示陣列晶片的位置信息，同時可作為尺子的測量功能；1-wire器件為該陣列探頭的身份識別器件，通過相控陣超聲檢測設(shè)備的訪問從而識別該陣列探頭的類型和參數(shù)；軟接觸薄膜套46位于探頭本體底部，薄膜套內(nèi)充滿液體，薄膜套使探頭本體水平或具有一定傾斜角度，有利于超聲波的接收。

以上所揭露的僅為本實用新型一種較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本實用新型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的范圍。