[发明专利]用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头及其探伤方法

说明书

本发明公开了一种用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头及其探伤方法，所述探头包括外层壳体、若干个压电单元以及至少一个接口，每个压电单元包括压电晶片、电缆线、阻尼块、吸声填充物、弹性元件和内层壳体，压电晶片为长度方向振动模式的压电陶瓷片，其设置在外层壳体的底部，且振动方向与水平面平行，压电晶片平行于振动方向靠内的一面与阻尼块紧贴，阻尼块设置在内层壳体内，吸声填充物填充于阻尼块与内层壳体之间，弹性元件设置在内层壳体与外层壳体之间，接口设置在外层壳体的顶部，并通过电缆线与压电晶片连接。本发明采用长度方向振动模式的压电晶片，灵敏度高，单次检测距离长，信噪比高，可检出较小损伤，同时成本较低，便于推广。

技术领域

本发明涉及一种探伤装置及其探伤方法，尤其是一种用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头及其探伤方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

钢轨探伤是保障列车安全运行的关键性工作之一。当前钢轨探伤一般使用超声波技术，通过超声波探头从轨头踏面向钢轨中发射脉冲声波并接收其反射波来检测损伤。超声波探伤技术每次发射脉冲声波只能检查探头周围的局部区域，在钢轨轨底两侧区域存在大面积的探伤盲区。虽然钢轨轨头损伤仍是造成断轨的主要因素，但近年来由于列车提速和重载列车的增多，轨底损伤造成断轨事件或事故的数量也呈现出上升的趋势。

涡流、射线、磁粉等无损检测方法，由于易受环境影响、可靠度不高、技术成熟度不足等各种因素而难以在钢轨探伤中应用。由于超声导波检测技术在长距离等截面构件无损检测中体现出独特的技术优势，使得基于超声导波的钢轨探伤方法近年来成为一个研究热点。

中国发明专利公开号为CN102520068A的“基于磁致伸缩和纵向超声导波的铁轨损伤检测方法”使用磁致伸缩换能器在钢轨中激发纵向超声导波来检测钢轨损伤，但基于磁致伸缩的超声导波信噪比低且难以在现场中方便应用。此外，该专利公开的技术主要适用于轨头探伤。

I Bartoli等、J Zhang等、卢超等利用锤击法进行钢轨超声导波探伤，但通过锤击法得到的导波信号中，导波模态识别度较低，因而要求导波接收换能器靠近损伤点，这在实际检测中往往是难以实现的。另外，锤击法也不适用于生产实践中。

近年来，基于激光超声及空气耦合的非接触式超声导波探伤也得到了长足发展，但目前在信噪比、精度、可推广性方面仍存在明显缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头，该探头采用长度方向振动模式的压电晶片，灵敏度高，单次检测距离长，信噪比高，可检出较小损伤，同时成本较低，便于推广。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述压电超声导波探头的探伤方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头，包括外层壳体、若干个压电单元以及至少一个接口，每个压电单元包括压电晶片和电缆线，所述压电晶片为长度方向振动模式的压电陶瓷片，压电晶片设置在外层壳体的底部，且振动方向与水平面平行，所述接口设置在外层壳体的顶部，并通过电缆线与压电晶片连接。

进一步的，每个压电单元还包括阻尼块，所述阻尼块设置在外层壳体内，所述压电晶片平行于振动方向靠外的一面上覆有保护膜，平行于振动方向靠内的一面与阻尼块紧贴。

进一步的，每个压电单元还包括内层壳体，所述内层壳体设置在外层壳体内，所述阻尼块设置在内层壳体内。

进一步的，每个压电单元还包括吸声填充物，所述吸声填充物填充于阻尼块与内层壳体之间。

进一步的，每个压电单元还包括弹性元件，所述弹性元件设置在内层壳体与外层壳体之间。

进一步的，所述若干个压电单元分为至少一组压电单元组，至少一组压电单元组在平行于压电晶片振动方向的纵向方向上排列设置，每组压电单元组中的所有压电单元在垂直于压电晶片振动方向的横向方向上并排设置。