[发明专利]钢轨踏面缺陷快速扫查方法及其装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及超声检测技术，具体说就是一种钢轨踏面缺陷快速扫 查方法及其装置。

(二)背景技术

铁路是国民经济的大动脉，铁路安全对于社会经济建设的健康发 展和社会协调稳定具有举足轻重的作用。安全运输是铁路永恒的主 题。然而，随着高速和混合重负荷越来越普遍，钢轨损伤越来越严重， 钢轨缺陷形式很多，其中滚动接触疲劳(rolling contact fatigue，简写 作RCF)导致的钢轨龟裂现象是影响行车安全的重要因素。RCF导致 的钢轨缺陷一般产生于钢轨踏面并不断扩大，而且不易发现。严重的 时候造成钢轨解裂，发生重大的安全事故。

现有的钢轨检测技术主要以压电超声检测为主，主要是向钢轨内 部垂直或者倾斜一定角度发射超声波信号，通过对超声反射回波信号 分析得到钢轨内部缺陷信息。这种检测方式可以对钢轨内部缺陷进行 较为全面的检测。然而，该技术在检测时依赖声耦合剂。耦合剂的存 在使得装置体积增大，复杂度增加，并且限制了检测速度以及单次检 测距离。目前压电超声的检测方法还远远达不到列车的运行速度，检 测速度慢，占道严重。此外，钢轨踏面缺陷属于一种表面缺陷，而压 电超声存在盲区，对于表面缺陷敏感度较差。然而，由于RCF导致 的踏面缺陷是钢轨核伤产生和扩大的主要源头，压电超声的检测方法 无法提前发现踏面损伤，检测人员不能及时对缺陷钢轨采取有效措 施，给安全带来隐患。

为了弥补压电超声检测对钢轨踏面缺陷敏感度较低的不足，国内 外学者研究了基于涡流方法的钢轨检测装置。涡流检测虽然可以检测 出踏面缺陷，但该方法属于逐点检测，检测速度慢。

电磁超声技术是一种新型的无损检测技术，与传统的压电超声相 比，该技术无需使用声耦合剂，结构简单，可以适应更高速度的钢轨 检测。而且，电磁超声换能器可以方便发出各种类型的超声波，设计 灵活方便。超声表面波在钢轨中的传播速度约3000m/s，传播过程衰 减小，对表面和近表面缺陷敏感性很高，可以实现钢轨踏面缺陷的快 速扫查。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够检测钢轨踏面缺陷，可以满足列 车提速和高速电气化铁路发展需要的钢轨踏面缺陷快速扫查方法及 其装置。

本发明一种钢轨踏面缺陷快速扫查装置，它是由超声检测单元7、 电路系统9、存储单元5和显示单元6组成的。超声检测单元7连接 电路系统9，电路系统9分别连接存储单元5和显示单元6。

本发明一种钢轨踏面缺陷快速扫查装置，还具有以下技术特征：

(1)所述的电路系统9包括发射电路1、接收电路2、AD转换 电路3和微处理器4。发射电路1连接微处理器4，微处理器4连接 AD转换电路3，、AD转换电路3连接接收电路2。

(2)所述的超声检测单元7由超声探头A和超声探头B组成， 超声探头A和超声探头B安置在钢轨踏面。

本发明一种钢轨踏面缺陷快速扫查方法，工作步骤如下：

步骤一：将超声检测单元7安置在钢轨踏面上；

步骤二：检测系统初始化；

步骤三：微处理器4发出控制信号给发射电路1，信号为脉冲串 的形式，频率500kHz，持续时间16μs；

步骤四：发射电路1驱动超声探头A发出超声表面波，驱动电 流100A；

步骤五：超声表面波在钢轨踏面沿钢轨长度方向传播，遇到缺陷 会发生反射以及在前进的方向上产生衰减，通过超声探头A可以接 收到反射回波，超声探头B可以接收到透射波；

步骤六：超声探头A、超声探头B接收的超声信号经接收电路2 进行放大滤波，然后由AD转换电路3在微控制器4的控制下将该信 号采集并暂存在微处理器4的内存单元中；

步骤七：微处理器4对采集到的超声探头A、超声探头B的信号 进行快速数字信号处理，提取缺陷特征；

步骤八：微处理器4将根据超声探头A的反射回波信号确定缺 陷的有无、位置；

步骤九：微处理器4将根据超声探头A接收信号中缺陷回波的 大小和超声探头B接收的透射信号衰减的大小，对缺陷的大小进行 量化；

步骤十：微处理器4将处理结果在显示单元6上实时显示；

步骤十一：微处理器4将处理前后的数据存储在存储单元5中；

步骤十二：返回运行步骤三。