[实用新型]一种用于铁轨底部缺陷检测的磁致伸缩扭转导波传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种导波传感器，尤其涉及一种用于铁轨底部缺陷检测的磁致伸缩扭转导波传感器。

背景技术

随着铁路线运力的增加和列车速度的提高，有效的铁轨缺陷检测方法变得愈加重要，重载列车线路的缺陷主要集中在铁轨的底部，并且以横向裂纹为主。在重载的工况下缺陷的生长速度很快，如果不能在早期发现，将产生严重的后果。我国目前的轨道检测以超声探伤小车和人工巡查为主，由于超声检测的原理决定了必须对铁轨逐点扫查，对于一些轨道离道砟很近的线路，这种方法很难适用。利用导波传播距离远和对微小缺陷敏感的特点可以实现对铁轨底部缺陷的快速检测。由于铁路线运输的特殊工况，对传感器也提出了一些要求：传感器的各部件要尽快能集中、方便安装与拆卸、轻便且安装牢固。

我国目前在铁轨导波无损检测领域的研究人员还很少。专利号为201110021864.8的实用新型专利提出了一种铁轨底部的缺陷检测方法，使用的是四个压电式传感器阵列，产生弯曲模态的导波检测。压电式传感器需要粘贴在被测物表面，检测前期的安装时间较长且需要列车停运配合，在24小时繁忙的铁路线上很难使用这种方法布置大量的传感器；弯曲模态导波的换能效率不高，不能有效地实现铁轨的长距离检测。专利号为201110403882.2的实用新型专利提出了一种使用纵波的检测装置，检测时装置需要安放在铁轨的轨头部位。经过实验研究，这种方式对铁轨底部的缺陷检测效果较差，而实际使用的中铁轨缺陷主要集中在底部；这种安装在轨头的传感器无法在列车正常运行的工况中使用，只能作为日常的巡检辅助设备，更无法构成大规模的监测网络。上述技术使用磁致伸缩导波检测时，尚未有一种集成度较高、安装和使用方便、专门针对铁轨底部缺陷检测的传感器。

发明内容

本实用新型的目的是克服背景技术领域的不足，提供一种用于铁轨底部缺陷检测的磁致伸缩扭转导波传感器，专门针对铁轨底部缺陷检测、安装便捷牢固、高度集成。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

本实用新型包括底部托板、结构相同的左侧夹板和右侧夹板，左侧夹板、右侧夹板分别铰接在底部托板的两侧，底部托板安装在铁轨轨底的下表面，左侧夹板、右侧夹板分别安装在铁轨轨腰的两侧，左侧夹板、右侧夹板贴合在铁轨轨腰和轨底的上表面；左侧夹板、右侧夹板和底部托板均包括第一支撑壳体和第二支撑壳体，第一支撑壳体和第二支撑壳体之间装有沿铁轨方向间隔均布的四个梳状阵列；每个梳状阵列包括磁致伸缩材料层、激励线圈层和永磁体层，激励线圈层包裹在磁致伸缩材料层外围后覆盖有永磁体层，第二支撑壳体作为弹性波传递层位于梳状阵列和铁轨轨腰之间，左侧夹板中的四个激励线圈层和底部托板中各自对应的激励线圈层之间通过软质排线连接，右侧夹板中的四个激励线圈层和底部托板中各自对应的激励线圈层之间通过软质排线连接。

所述的永磁体层由沿铁轨轨腰和轨底的曲线间隔均布的瓦状永磁体排列而成。

所述的底部托板上设有电缆连接口，底部托板中的四个激励线圈层中的导线引出连接到电缆连接口上。

所述的左侧夹板、右侧夹板分别弹性地铰接在底部托板的两侧。

所述的两个相邻的梳状阵列之间的间距为传感器所激励的导波波长的1/4。

所述的第二支撑壳体的外形轮廓与轨腰和轨底上的表面曲线相同，第二支撑壳体材料为氧化铝。

所述的磁致伸缩材料层的材料为FeCo合金、FeGa合金、Terfenol-D材料或Ni。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于磁致伸缩效应，通过对扭转导波的产生和在铁轨中聚焦、传播机理的实验研究，形成了一种专门针对铁轨底部缺陷检测的导波声场激发和控制的理论与方法。若本实用新型能有效地实施，可以方便地在铁轨轨底激发出单一模态的扭转导波，用于铁轨底面缺陷的检测；若在一定范围内的铁路网都安装本实用新型所述传感器，可构成监测网络，实时在线监测铁轨轨底的缺陷，预防事故的发生，创造更大的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型的安装示意图。

图2是本实用新型的左侧夹板的详细分解图。

图3是本实用新型的底部托板的详细分解图。

图4是本实用新型的磁场布置示意图。

图5是本实用新型的梳状阵列示意图。