一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及检测方法，包括宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集电路和第二信号采集电路；宽带光源的光经过第一耦合器后分成参考光和信号光，参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，由第二耦合器分成两路出射参考光后分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到出射，两路出射信号光进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路。本发明专利技术采用非接触光学低相干缺陷检测方法，实现长距离快速定位检测。

【技术实现步骤摘要】
一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及检测方法
本专利技术属于无损检测领域，具体涉及一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及检测方法。
技术介绍
我国根据钢轨的伤损种类、伤损位置及伤损原因进行分类，共分为9类32种伤损，并用两位数编号，十位数表示伤损部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。火车钢轨怕生锈，日晒雨淋、火车废物排泄是造成钢轨生锈的主要原因，即便铁路工务工人每天保持日常养护、涂油(有机车涂油和人工涂油)，但锈蚀对钢轨的损害依然很大。锈蚀会慢慢地侵蚀轨面，把轨面侵蚀成高低不平状，有些地方就会开始掉块，掉块到一定程度，轨面将变得凹凸不平，有的边缘会被压塌，这样车轮开过的时候火车就会颠簸。已经应用的铁轨损伤检测方法有电磁探伤、电容、激光红外等方法，随着光学测量技术的结构无伤性和测量精密性的优势的突显，光学测量技术已经广泛应用于生产工业的各个领域。目前天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室对基于低相干方法的谱域以及扫频域都进行了研究，主要成就为对光可穿透物体的层析成像领域研究。
技术实现思路
针对如何对长距离轨道裂纹缺陷进行高速检测问题，本专利技术提出一种基于高速时域低相干的铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及方法，通过对普通时域迈克尔逊干涉测量法进行改进，消除了原本的光源光功率振动误差和参考臂光程误差的影响，可以缩小损伤定位的范围，方便进行更高精度以及更加准确的损伤位置查找。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，包括宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述参考臂包括压电陶瓷；所述宽带光源的光经过第一耦合器后分成参考光和信号光，所述参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，出射光由第二耦合器分成两路出射参考光，两路出射参考光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到对应的第一样品臂、第二样品臂出射，两路出射信号光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路。进一步地，所述第一信号采集电路和第二信号采集电路均包括顺次相连的第四耦合器、光电探测器、数据采集卡，第四耦合器用于接收参考光和出射信号光。进一步地，所述光电探测器为平衡放大光电探测器。进一步地，所述第一样品臂和第二样品臂均包括：顺次相连的第二环形器和光纤；所述第一样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第一信号采集电路中的第四耦合器相连；所述第二样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第二信号采集电路中的第四耦合器相连。进一步地，所述数据采集卡采用的是型号为USB6211的数据采集卡。一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测方法，包括以下步骤：(1)将宽带光源的光经过第一耦合器分成参考光和信号光；(2)参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，出射光由第二耦合器分成两路出射参考光，两路出射参考光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；(3)信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到对应的第一样品臂、第二样品臂出射，两路出射信号光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；(4)两路出射参考光分别与对应的出射信号光发生干涉，由光电探测器分别进行光电转换后传送到数据采集卡进行数据采集，最后传到计算机进行数据处理。进一步地，所述第一信号采集电路和第二信号采集电路均包括顺次相连的第四耦合器、光电探测器、数据采集卡，第四耦合器用于接收两路出射参考光和两路出射信号光。进一步地，所述第一样品臂和第二样品臂均包括：顺次相连的第二环形器和光纤；所述第一样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第一信号采集电路中的第四耦合器相连；所述第二样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第二信号采集电路中的第四耦合器相连。进一步地，所述第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器均为1x2耦合器；所述第四耦合器为2x2耦合器。进一步地，所述步骤(4)具体包括以下步骤：4.1两路出射参考光分别与对应的出射信号光发生干涉，形成两路干涉信号；4.2利用光电探测器对两路干涉信号进行光电转换后传送到数据采集卡，然后在传送到计算机；4.3计算机首先对两路干涉信号进行去噪处理，直流项和自相干项去除后，然后利用移相相减法对第一信号采集电路和第二信号采集电路上得到的两路干涉信号进行移相后相减，从而得到稳定的信号，当检测到不稳定信号时，说明铁轨轨腰出现损伤裂纹，从而实现损伤的精确检测。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用非接触光学低相干缺陷检测方法，实现长距离快速定位检测；2、本专利技术利用低相干的信号进行探测，可以达到更高精度的位移测量，因此对于早期的微小裂纹更容易检测，能够提早排除安全隐患；3、本专利技术中通过一路干涉信号可以检测位移差的改变，即检测铁轨是否出现了裂纹、腐蚀凹陷等；通过将移相相减法与两路干涉信号结合，可以确定铁轨轨腰是否出现弯曲程度的变形，能够更全面的对损伤类型进行分析。附图说明图1为本专利技术的铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置的结构示意图；图2铁轨的横截面结构示意图；图3为干涉信号产生的原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。实施例一如图1-3所示，一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，包括宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述参考臂包括压电陶瓷；所述宽带光源的光经过第一耦合器后分成参考光和信号光，所述参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，出射光由第二耦合器分成两路出射参考光，两路出射参考光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到对应的第一样品臂、第二样品臂出射，两路出射信号光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路。优选地，所述第一信号采集电路和第二信号采集电路均包括顺次相连的第四耦合器、光电探测器、数据采集卡，第四耦合器用于接收两路出射参考光和两路出射信号光。优选地，所述第一样品臂和第二样品臂均包括：顺次相连的第二环形器和光纤；所述第一样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第一信号采集电路中的第四耦合器相连；所述第二样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第二信号采集电路中的第四耦合器相连；光纤来实现长距离快速定位检测。优选地，所述数据采集卡的型号为USB6211。在本实施例中，第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器均为：1x2耦合器；第四耦合器均为2x2耦合器。综上所述，铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置的具体工作过程是：首先利用宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：包括宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述参考臂包括压电陶瓷；所述宽带光源的光经过第一耦合器后分成参考光和信号光，所述参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，出射光由第二耦合器分成两路出射参考光，两路出射参考光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到对应的第一样品臂、第二样品臂出射，两路出射信号光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路。

【技术特征摘要】
1.一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：包括宽带光源、第一耦合器、参考臂、第一样品臂、第二样品臂、第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述参考臂包括压电陶瓷；所述宽带光源的光经过第一耦合器后分成参考光和信号光，所述参考光经过第一环形器后到达压电陶瓷，经过压电陶瓷表面反射后返回第一环形器出射，出射光由第二耦合器分成两路出射参考光，两路出射参考光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路；所述信号光经过第三耦合器后分成两路信号光，两路信号光分别经过对应的第一样品臂、第二样品臂后到达铁轨轨腰表面，经过铁轨轨腰表面反射后返回到对应的第一样品臂、第二样品臂出射，两路出射信号光分别进入到第一信号采集电路和第二信号采集电路。2.根据权利要求1所述的一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：所述第一信号采集电路和第二信号采集电路均包括顺次相连的第四耦合器、光电探测器、数据采集卡，第四耦合器用于接收参考光和出射信号光。3.根据权利要求2所述的一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：所述第一样品臂和第二样品臂均包括：顺次相连的第二环形器和光纤；所述第一样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第一信号采集电路中的第四耦合器相连；所述第二样品臂中的第二环形器分别与第三耦合器和第二信号采集电路中的第四耦合器相连。4.根据权利要求3所述的一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：所述第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器均为1x2耦合器；所述第四耦合器为2x2耦合器。5.根据权利要求2所述的一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：所述数据采集卡采用的是型号为USB6211的数据采集卡。6.根据权利要求2所述的一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置，其特征在于：所述光电探测器为平衡放大光电探测器。7.一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将宽带光源的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宁，徐凌云，朱永凯，张喜彬，
申请(专利权)人：南京市计量监督检测院，
类型：发明
国别省市：江苏,32