用于钢轨探伤的超声导波斜探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于钢轨探伤的超声导波斜探头，所述探头包括外壳、吸声填充物、至少一个压电单元、至少一个接口，每个压电单元设置在外壳内，包括楔块、压电晶片、电缆线和阻尼块，所述压电晶片为厚度振动模式的压电陶瓷片，所述楔块的一个表面与水平面成夹角，压电晶片垂直于振动方向的一个表面平贴在楔块的所述表面上，所述阻尼块与压电晶片垂直于振动方向的另一个表面紧贴，所述吸声填充物填充于外壳内除压电单元外的空余空间，所述接口设置在外壳的一个表面上，并通过电缆线与压电晶片连接。本实用新型专利技术采用厚度振动模式的压电晶片，信噪比高，成本低，便于推广，并且可用于轨头和轨底探伤，单次检测距离长。

Ultrasonic guided wave probe for rail flaw detection

The utility model discloses an ultrasonic guided wave inclined probe for rail flaw detection. The probe includes a shell, a sound absorbing material, at least one piezoelectric unit and at least one interface. Each piezoelectric unit is set in the shell, including a wedge, a piezoelectric chip, a cable and a damping block. The piezoelectric chip is a thickness vibration mode. A surface of the wedge is an angle between the surface of the wedge and the horizontal plane. A surface of the piezoelectric wafer perpendicular to the vibration direction is attached to the surface of the wedge. The damping block is tightly attached to another surface perpendicular to the vibration direction, and the sound absorption filler is filled in the outer shell except the piezoelectric unit. In the spare space, the interface is arranged on one surface of the housing and is connected with the piezoelectric wafer through the cable. The utility model adopts the piezoelectric chip of the thickness vibration mode, which has high signal to noise ratio, low cost, easy to popularize, and can be used for the rail head and the rail bottom flaw detection, and the single detection distance is long.

【技术实现步骤摘要】
用于钢轨探伤的超声导波斜探头
本技术涉及一种探伤装置，尤其是一种用于钢轨探伤的超声导波斜探头，属于无损检测

技术介绍
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。中国技术专利公开号为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。IBartoli等、JZhang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。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于钢轨探伤的超声导波斜探头，该探头采用厚度振动模式的压电晶片，信噪比高，成本低，便于推广，并且可用于轨头和轨底探伤，单次检测距离长。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：用于钢轨探伤的超声导波斜探头，包括外壳、至少一个压电单元以及至少一个接口，每个压电单元设置在外壳内，包括楔块、压电晶片和电缆线，所述压电晶片为厚度振动模式的压电陶瓷片，所述楔块的一个表面与水平面成夹角，压电晶片垂直于振动方向的一个表面平贴在楔块的所述表面上，所述接口设置在外壳的一个表面上，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，所述阻尼块与压电晶片垂直于振动方向的另一个表面紧贴。进一步的，所述探头还包括吸声填充物，所述吸声填充物填充于外壳内除压电单元外的空余空间。进一步的，所述压电单元为两个或两个以上时，两个或两个以上的压电单元在外壳内纵向排列和/或横向排列。进一步的，所述接口为一个，且所述压电单元为一个时，该压电单元的压电晶片通过电缆线与该接口连接。进一步的，所述接口为一个，且所述压电单元为两个或两个以上时，所有压电单元的压电晶片均通过电缆线与该接口连接。进一步的，所述接口为两个或两个以上，且所述压电单元为两个或两个以上时，每个接口与其中一个压电单元的压电晶片连接，或与其中多个压电单元的压电晶片连接。进一步的，所述外壳的底部外表面形成曲面形状。本技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本技术的压电单元中的压电晶片采用厚度振动模式(TE模)的压电陶瓷片，在十千赫兹至数百千赫兹的频率范围内具有良好响应，其信噪比高，成本低，结构形式上与传统超声波钢轨探伤所使用的探头相似，易于推广，与使用长度伸缩模式的超声导波探头相比，无须施加额外压力，操作方便。2、本技术与传统超声波钢轨探伤技术相比，单次检测距离长，典型单次检测距离可达十米至数十米，探伤效率高。3、本技术适用于钢轨轨头和钢轨轨底探伤，并且在钢轨轨头和钢轨轨底两侧无探伤盲区，在检测钢轨轨头时，可以将超声导波斜探头放置在钢轨轨头的踏面上方，在检测钢轨轨底的一侧时，可以将超声导波斜探头放置在钢轨轨底的该侧上表面，在检测钢轨轨底两侧时，可以将超声导波斜探头放置在钢轨轨底的两侧上表面，在超声导波斜探头和钢轨之间使用超声波检测耦合剂以确保检测效果。4、本技术的压电单元设置了阻尼块，可为压电晶片的振动提供阻尼以减少脉冲宽度、提高分辨率，并为压电晶片提供支撑作用。5、本技术的外壳还设置了吸声填充物，填充于外壳内除压电单元外的空余空间，可以吸收压电晶片向背面透射的声波以减少脉冲杂波。6、本技术的外壳底部外表面形成曲面，以便更好地使超声导波斜探头放置在钢轨轨头或轨底。7、本技术为了选择合适的检测频率，使用了时频分析技术，可获得导波在整个相关频域范围内的传播特性，使得能够方便、直观地利用多个实际信号的时频特性来优选出导波检测激发频率，以避免基于频散曲线的理论分析在选择导波激发频率时出现与实际导波检测之间不匹配的问题，还能方便地得到导波检测的分析频率。附图说明图1为本技术实施例1的超声导波斜探头结构示意图。图2为本技术实施例1的超声导波斜探头中压电晶片的振动方向以及压电晶片与水平面成夹角i的示意图。图3为本技术实施例1的超声导波斜探头中压电晶片的轴测图。图4为本技术实施例1的超声导波斜探头中压电晶片的正视图。图5为本技术实施例1的超声导波斜探头中压电晶片的俯视图。图6为本技术实施例1的超声导波斜探头中压电晶片的侧视图。图7为本技术实施例1的超声导波斜探头放置在钢轨轨头踏面的平面示意图。图8为本技术实施例1的超声导波斜探头放置在钢轨轨头踏面的三维示意图。图9为图8中A处的放大图。图10为本技术实施例1的超声导波斜探头与信号激发和接收功能集成于一个通道的外部设备连接的示意图。图11为本技术实施例2的两个超声导波斜探头分别与外部设备的激发通道和接收通道连接的示意图。图12为本技术实施例3的两个超声导波斜探头分别与外部激发设备和外部接收设备连接的示意图。图13为本技术实施例4的超声导波斜探头放置在钢轨轨底的一侧上表面的平面示意图。图14为本技术实施例4的超声导波斜探头放置在钢轨轨底的一侧上表面的三维示意图。图15为图14中B处的放大图。图16为本技术实施例5的的超声导波斜探头放置在钢轨轨底的两侧上表面的平面示意图。图17为本技术实施例6的超声导波斜探头内部两枚压电晶片纵向布置示意图。图18为本技术实施例6的超声导波斜探头内部纵向布置的两枚压电晶片全部连接一个接口的示意图。图19为本技术实施例7的超声导波斜探头内部四枚压电晶片横向布置示意图。图20为本技术实施例7的超声导波斜探头内部横向布置的四枚压电晶片全部连接一个接口的示意图。图21为本技术实施例8的超声导波斜探头的每个接口与内部纵向布置的一枚压电晶片连接的示意图。图22为本技术实施例8的超声导波斜探头的两个接口分别与外部设备的激发通道和接收通道连接的示意图。图23为本技术实施例9的超声导波斜探头的两个接口分别与外部激发设备和外部接收设备连接的示意图。图24为本技术实施例10的超声导波斜探头的每个接口与内部横向布置的一枚压电晶片连接的示意图。图25为本技术实施例11的超声导波斜探头的每个接口与内部横向布置的两枚压电晶片连接的示意图。图26为本技术实施例12的超声导波斜探头的外壳底部外表面示意图。图27为本技术实施例13的超声导波斜探头的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于钢轨探伤的超声导波斜探头，其特征在于：包括外壳、至少一个压电单元以及至少一个接口，每个压电单元设置在外壳内，包括楔块、压电晶片和电缆线，所述压电晶片为厚度振动模式的压电陶瓷片，所述楔块的一个表面与水平面成夹角，压电晶片垂直于振动方向的一个表面平贴在楔块的所述表面上，所述接口设置在外壳的一个表面上，并通过电缆线与压电晶片连接。

【技术特征摘要】
1.用于钢轨探伤的超声导波斜探头，其特征在于：包括外壳、至少一个压电单元以及至少一个接口，每个压电单元设置在外壳内，包括楔块、压电晶片和电缆线，所述压电晶片为厚度振动模式的压电陶瓷片，所述楔块的一个表面与水平面成夹角，压电晶片垂直于振动方向的一个表面平贴在楔块的所述表面上，所述接口设置在外壳的一个表面上，并通过电缆线与压电晶片连接。2.根据权利要求1所述的用于钢轨探伤的超声导波斜探头，其特征在于：每个压电单元还包括阻尼块，所述阻尼块与压电晶片垂直于振动方向的另一个表面紧贴。3.根据权利要求1所述的用于钢轨探伤的超声导波斜探头，其特征在于：所述探头还包括吸声填充物，所述吸声填充物填充于外壳内除压电单元外的空余空间。4.根据权利要求1所述的用于钢轨探伤的超声导波斜探头，其特征在于：所述压电单元为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林荣，马宏伟，温宇立，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：新型
国别省市：广东,44