【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路轨道检测，具体而言，涉及一种用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置与方法。
技术介绍
1、铁路运输是现代运输的主要方式之一。随着铁路运输产业的发展，钢轨检测与铁路运输安全密切相关，变得越来越重要。钢轨的寿命受横向裂纹等缺陷影响，这些缺陷主要分布在钢轨轨底。我国目前常用的轨道检测方法为探伤车和人工巡检，但这种逐点扫查的方式效率不高，且会影响火车班次安排。相比之下，导波具有传播距离远、对缺陷敏感的优点，可以实现对钢轨轨底的高效检测。综合考虑铁路运输和钢轨情况，对压电结构提出了一定要求：高集成化、固定可靠以及装拆方便。
2、现有技术中，对超声导波检测钢轨缺陷的研究较少。申请号为cn201211021864.8的专利技术专利提出了一种“长距离探测钢轨轨底缺陷的超声导波装置”，采用四个压电换能器通过产生弯曲模态的导波进行钢轨轨底缺陷检测。但是它的安装过程耗时大，换能器需要耦合，效率较低且不能实现长时间检测。申请号为cn202211433354.x的专利技术专利提出了“一种钢轨电磁超声波探伤方法”的专利技术专利，通过声衰减信号进行检测缺陷大小，避免耦合剂的干扰，能够验证水浸探伤的准确。但是它采用波形为纵波，且无法在列车正常运行的状况下使用，效率不高。综上，钢轨的超声检测还未有一种适用于缺陷检测的高集成化、固定可靠以及装拆方便的压电换能器检测装置。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置与方法，能够进行钢轨全
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置，包括第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器、第五压电换能器、第六压电换能器、第七压电换能器、第八压电换能器、第九压电换能器，钢轨包括轨头、轨腰和轨底，轨底根据声场能量聚集情况划分为沿钢轨的宽度方向依次排列的短肢侧区域、轨腰下方区域、长肢侧中间区域和长肢侧外侧区域，第一压电换能器安装于短肢侧区域，第二压电换能器安装于轨腰下方区域，第三压电换能器安装于长肢侧中间区域，第四压电换能器安装于长肢侧外侧区域，第五压电换能器和第九压电换能器对称分布在轨腰的宽度方向的两侧，第六压电换能器和第八压电换能器对称分布在轨头的宽度方向的两侧，第七压电换能器安装在轨头的踏面上。
3、进一步地，各压电换能器均垂直于其所在区域的钢轨的安装面。
4、进一步地，第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器、第五压电换能器、第六压电换能器、第七压电换能器、第八压电换能器、第九压电换能器采用夹心式结构，并安装在钢轨的表面。
5、进一步地，第六压电换能器设置在轨头的工作面，第六压电换能器和第七压电换能器采用无附件方式可拆卸地安装在轨头上。
6、进一步地，在检测短肢侧区域时，第一压电换能器同时完成信号的激励与接收；在检测轨腰下方区域时，第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器同时激励，且奇数通道与偶数压电换能器的接线相反，第二压电换能器进行信号的接收；在检测长肢侧中间区域时，第三压电换能器和第四压电换能器同时激励，且两者接线相反，第三压电换能器进行信号的接收；在检测长肢侧外侧区域时，第四压电换能器同时完成信号的激励与接收。
7、根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述的用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置的检测方法，包括：
8、根据声场能量聚集情况沿钢轨截面对轨底进行区域划分；
9、将各压电换能器安装在相应的区域；
10、利用第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器对轨底进行检测；
11、利用第五压电换能器和第九压电换能器对轨腰进行检测；
12、利用第六压电换能器、第七压电换能器和第八压电换能器对轨头进行检测。
13、进一步地，利用第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器对轨底进行检测的步骤包括：
14、控制第一压电换能器同时完成信号的激励与接收，对短肢侧区域进行检测；
15、控制第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器同时激励，且奇数通道与偶数压电换能器的接线相反，第二压电换能器进行信号的接收，对轨腰下方区域进行检测；
16、控制第三压电换能器和第四压电换能器同时激励，且两者接线相反，第三压电换能器进行信号的接收，对长肢侧中间区域进行检测；
17、控制第四压电换能器同时完成信号的激励与接收，对长肢侧外侧区域进行检测。
18、进一步地，利用第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器对轨底进行检测的步骤还包括：
19、在对短肢侧区域进行检测时，激励出波数k＝151的模态；
20、在对轨腰下方区域进行检测时，激励出波数k＝130的模态；
21、在对长肢侧中间区域进行检测时，激励出波数k＝141的模态；
22、在对长肢侧外侧区域进行检测时，激励出波数k＝153的模态。
23、进一步地，利用第五压电换能器和第九压电换能器对轨腰进行检测的步骤包括：
24、对第五压电换能器和第九压电换能器加载相位相反的电信号，激励出波数k＝135的模态。
25、进一步地，利用第六压电换能器、第七压电换能器和第八压电换能器对轨头进行检测的步骤包括：
26、对第六压电换能器、第七压电换能器和第八压电换能器激励出主振方向为离面方向的波数k＝136以及波数k＝125的模态。
27、应用本专利技术的技术方案，用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置包括第一压电换能器、第二压电换能器、第三压电换能器、第四压电换能器、第五压电换能器、第六压电换能器、第七压电换能器、第八压电换能器、第九压电换能器，钢轨包括轨头、轨腰和轨底，轨底根据声场能量聚集情况划分为沿钢轨的宽度方向依次排列的短肢侧区域、轨腰下方区域、长肢侧中间区域和长肢侧外侧区域，第一压电换能器安装于短肢侧区域，第二压电换能器安装于轨腰下方区域，第三压电换能器安装于长肢侧中间区域，第四压电换能器安装于长肢侧外侧区域，第五压电换能器和第九压电换能器对称分布在轨腰的宽度方向的两侧，第六压电换能器和第八压电换能器对称分布在轨头的宽度方向的两侧，第七压电换能器安装在轨头的踏面上。该压电换能器检测装置，根据波结构特征设定压电换能器的空间布置，并以多通道协作的方式激励声场能量集中于不同区域的导波模态，组合实现了全截面声场覆盖，全截面覆盖的检测模式可以全面地对钢轨缺陷进行检测，实现对钢轨的定量化监测。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置，其特征在于，包括第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)、第五压电换能器(5)、第六压电换能器(6)、第七压电换能器(7)、第八压电换能器(8)、第九压电换能器(9)，钢轨(10)包括轨头(11)、轨腰(12)和轨底(13)，所述轨底(13)根据声场能量聚集情况划分为沿所述钢轨(10)的宽度方向依次排列的短肢侧区域(14)、轨腰下方区域(15)、长肢侧中间区域(16)和长肢侧外侧区域(17)，所述第一压电换能器(1)安装于所述短肢侧区域(14)，所述第二压电换能器(2)安装于所述轨腰下方区域(15)，所述第三压电换能器(3)安装于所述长肢侧中间区域(16)，所述第四压电换能器(4)安装于所述长肢侧外侧区域(17)，所述第五压电换能器(5)和所述第九压电换能器(9)对称分布在所述轨腰(12)的宽度方向的两侧，所述第六压电换能器(6)和所述第八压电换能器(8)对称分布在所述轨头(11)的宽度方向的两侧，所述第七压电换能器(7)安装在所述轨头(11)的踏面上。
2.根据权利要求
3.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，所述第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)、第五压电换能器(5)、第六压电换能器(6)、第七压电换能器(7)、第八压电换能器(8)、第九压电换能器(9)采用夹心式结构，并安装在所述钢轨(10)的表面。
4.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，所述第六压电换能器(6)设置在所述轨头(11)的工作面，所述第六压电换能器(6)和所述第七压电换能器(7)采用无附件方式可拆卸地安装在所述轨头(11)上。
5.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，在检测所述短肢侧区域(14)时，所述第一压电换能器(1)同时完成信号的激励与接收；在检测所述轨腰下方区域(15)时，所述第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)同时激励，且奇数通道与偶数压电换能器的接线相反，所述第二压电换能器(2)进行信号的接收；在检测所述长肢侧中间区域(16)时，所述第三压电换能器(3)和所述第四压电换能器(4)同时激励，且两者接线相反，所述第三压电换能器(3)进行信号的接收；在检测所述长肢侧外侧区域(17)时，所述第四压电换能器(4)同时完成信号的激励与接收。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置的检测方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，利用第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)对轨底(13)进行检测的步骤包括：
8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，利用第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)对轨底(13)进行检测的步骤还包括：
9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，利用第五压电换能器(5)和第九压电换能器(9)对轨腰(12)进行检测的步骤包括：
10.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，利用第六压电换能器(6)、第七压电换能器(7)和第八压电换能器(8)对轨头(11)进行检测的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于钢轨全截面缺陷检测的压电换能器检测装置，其特征在于，包括第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)、第五压电换能器(5)、第六压电换能器(6)、第七压电换能器(7)、第八压电换能器(8)、第九压电换能器(9)，钢轨(10)包括轨头(11)、轨腰(12)和轨底(13)，所述轨底(13)根据声场能量聚集情况划分为沿所述钢轨(10)的宽度方向依次排列的短肢侧区域(14)、轨腰下方区域(15)、长肢侧中间区域(16)和长肢侧外侧区域(17)，所述第一压电换能器(1)安装于所述短肢侧区域(14)，所述第二压电换能器(2)安装于所述轨腰下方区域(15)，所述第三压电换能器(3)安装于所述长肢侧中间区域(16)，所述第四压电换能器(4)安装于所述长肢侧外侧区域(17)，所述第五压电换能器(5)和所述第九压电换能器(9)对称分布在所述轨腰(12)的宽度方向的两侧，所述第六压电换能器(6)和所述第八压电换能器(8)对称分布在所述轨头(11)的宽度方向的两侧，所述第七压电换能器(7)安装在所述轨头(11)的踏面上。
2.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，各所述压电换能器均垂直于其所在区域的钢轨(10)的安装截面。
3.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，所述第一压电换能器(1)、第二压电换能器(2)、第三压电换能器(3)、第四压电换能器(4)、第五压电换能器(5)、第六压电换能器(6)、第七压电换能器(7)、第八压电换能器(8)、第九压电换能器(9)采用夹心式结构，并安装在所述钢轨(10)的表面。
4.根据权利要求1所述的压电换能器检测装置，其特征在于，所述第六压电换能器(6)设置在所述轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉坡，刘光孟，倪一，王树国，李乃峥，孙陶陶，谢艳霞，张拢男，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。