火车轮裂纹检测传感器制造技术

一种火车轮裂纹检测传感器，包括壳体（５）、安装在壳体内的压电敏感元件（２）和前置放大器（７），压电敏感元件（２）与壳体之间装有衬套（３），前置放大器（７）连接有接线座（４），其特征在于波传导介质（１）为固体材料，形成壳体的一端盖板，压电敏感元件（２）紧贴波传导介质制作的盖板安装，衬套（３）为绝缘套，其封闭端面上设置有引线孔，导线（９）的一端穿过衬套上的引线孔与压电敏感元件（２）连接，另一端与前置放大器（７）连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于声发射传感器，特别涉及一种火车轮裂纹在线检测用的声发射传感器。
技术介绍
声发射(AE)是材料受力作用产生变形或断裂时，以弹性波形式释放出应变能的现象，其中一部分应变能以声发射波的形式释放。因此，人们利用上述特性制作了声发射传感器，用于检测设备、刀具、器械等的裂纹。中国专利ZL 96200753.6公开了一种液体声发射传感器，用于刀具切削状态的监测。此种声发射传感器的波传导介质是液体，包括传感器外壳，传感器外壳内装有压电敏感元件、前置放大器，传感器外壳的一端有液体入口，另一端有液体喷口。由于波传导介质是液体，其不足之处在于传导过程中，声能损耗较大(达94％)，影响检测精度；流体对其他设施会产生腐蚀，造成设施的损坏或增加维修保养费用；存在对流体的回收问题，增加运行成本。中国专利ZL 96200752.8公开了一种空气声发射传感器，用于刀具切削状态的监测。此种声发射传感器的波传导介质是自然空气，包括传感器壳体，传感器壳体内装有压电敏感元件、前置放大器。由于波传导介质是自然空气，其主要缺点是传导过程中，声能损耗非常大(达99％以上)，严重影响检测准确度。火车轮工作时处于高速运转状态，受到各方面力的作用，产生裂纹的可能性很大，而裂纹的增多会导致火车轮损坏造成交通事故，因此火车轮裂纹的在线检测十分重要。由于火车运行时噪音很大，火车轮高速运转并不断位移，上述两种声发射传感器难于实现对火车轮裂纹的在线检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于火车轮裂纹在线检测的声发射传感器，此种传感器能减少声发射信号在传播过程中的损耗，保证检测的准确度。本专利技术的技术方案选择声能损耗小的固体材料作为声发射波传导介质并根据火车的结构和运行特点进行设计。本专利技术所述的火车轮裂纹检测传感器包括壳体、安装在壳体内的压电敏感元件和前置放大器；波传导介质为固体材料，形成壳体的一端盖板；压电敏感元件紧贴波传导介质制作的盖板安装，将波传导介质传播来的裂纹所产生的声发射波转变为电信号；压电敏感元件与壳体之间装有衬套，衬套为绝缘套，其封闭端位于压电敏感元件和前置放大器之间，衬套的封闭端面上设置有引线孔；前置放大器通过导线与压电敏感元件连接，导线的一端穿过衬套上的引线孔与压电敏感元件连接，另一端与前置放大器连接；前置放大器连接有接线座，将压电敏感元件输出的裂纹检测电信号放大后由与其接线座连接的导线传输给信号处理装置。为了进一步减少声发射波的损耗，提高检测的准确度和灵敏度，还采取了以下技术措施1、固体波传导介质选用石墨填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂(石墨填充COPNA树脂)或碳纤维填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂(碳纤维填充COPNA树脂)或聚四氟乙烯填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂(聚四氟乙烯填充COPNA树脂)。2、压电敏感元件选用铌镁酸铅单晶(PMNT单晶)或铌锌酸铅单晶(PZNT单晶)。在压电敏感元件的两端覆盖金属薄膜，上述金属薄膜为压电敏感元件的两极。为了更好地适应高速运转的火车轮的裂纹检测，波传导介质制作的盖板为阶梯板，壳体与其组合端有相匹配的定位阶梯，组装时波传导介质制作的盖板的阶梯环面上覆盖有压环，该压环与壳体连接，即可实现波传导介质制作的盖板的固定。为了便于加工和组装，壳体设计为矩形筒或圆筒，通过在前置放大器的两侧安装衬环实现前置放大器的定位。本专利技术具有以下有益效果1、由于波传导介质为固体材料，其声能损耗仅为45％左右，相对于液体和自然空气的波传导介质，极大地减少了裂纹所产生的声发射波在传播过程中的损耗，因而能有效地提高检测的准确度。2、由于压电敏感元件选用了压电性能更优异的材料，因而提高了检测的灵敏度。3、由于安装在压电敏感元件与壳体之间的衬套为绝缘套，不仅具有减振、防止声发射波形失真的作用，还能避免压电敏感元件产生的电信号通过壳体分散而减弱，有利于提高检测的准确度。4、波传导介质制作的盖板与壳体的组装方式，提高了波传导介质安装的稳定性和更换的方便性，更适用于火车轮裂纹的在线检测。5、结构简单合理，既便于贴近火车轮的安装定位，又便于加工、组装、检修和更换部件。附图说明图1是本专利技术所述的火车轮裂纹检测传感器的一种结构图；图2是图1的侧视图；图3是本专利技术所述的火车轮裂纹检测传感器的又一种结构图；图4是图3的侧视图；图5是本专利技术所述的火车轮裂纹检测传感器的安装示意图。图中，1-波传导介质、2-压电敏感元件、3-衬套、4-接线座、5-壳体、6-后盖板、7-前置放大器、8-衬环、9-导线、10-压环、11-车厢、12-支架、13-传感器、14-火车轮、15-轨道。具体实施例方式实施例1本实施例中的火车轮裂纹检测传感器的结构如图1、图2所示，主要由壳体5、压电敏感元件2、前置放大器7，衬套3、衬环8、固体波传导介质1制作的前盖板、压环10和后盖板6构成。壳体5为矩形筒，由低碳钢制作，其前端加工有定位阶梯；衬套3为绝缘套，由聚四氟乙烯制作，其外形与壳体5的内腔匹配，其封闭端面上设置有引线孔，安装在壳体内并位于壳体的前端；波传导介质1选用石墨填充COPNA树脂，制作成壳体的前端盖板，该盖板为阶梯板，与壳体5加工有定位阶梯的前端组合，装配时盖板的阶梯环面上覆盖有压环10，该压环与壳体连接即可实现波传导介质1制作的盖板的固定；压电敏感元件2选用铌镁酸铅单晶(PMNT单晶)，其形状和尺寸与衬套3的内腔匹配，两端覆盖有铜薄膜，铜薄膜为压电敏感元件的两极，组装时放置在衬套3的内腔并紧贴波传导介质制作的盖板安装；前置放大器7采用美国安吉伦公司生产的HCNR201型，安装在壳体内并位于壳体的后部，其上连接有接线座4；衬环8为两个，由聚四氟乙烯制作，安装在前置放大器7的两侧，用于前置放大器7的定位；导线9的一端穿过衬环8和衬套3上的引线孔与压电敏感元件2连接，另一端与前置放大器7连接；后盖板6由低碳钢制作，组装时封闭壳体的后端。检测时，火车轮裂纹检测传感器13固定在与车厢11连接的支架12上，其波传导介质1制作的前端盖板与火车轮14的端面相贴，如图5所示。实施例2本实施例中的火车轮裂纹检测传感器的结构如图3、图4所示，与实施例1不同之处在于壳体5为圆筒体；波传导介质1选用碳纤维填充COPNA树脂；压电敏感元件2选用铌锌酸铅单晶(PZNT单晶)。本专利技术所述声发射传感器除用于火车轮裂纹检测外，还可用于各种处于运动状态的设备或装置的构件的裂纹检测。权利要求1.一种火车轮裂纹检测传感器，包括壳体(5)、安装在壳体内的压电敏感元件(2)和前置放大器(7)，压电敏感元件(2)与壳体之间装有衬套(3)，前置放大器(7)连接有接线座(4)，其特征在于波传导介质(1)为固体材料，形成壳体的一端盖板，压电敏感元件(2)紧贴波传导介质制作的盖板安装，衬套(3)为绝缘套，其封闭端面上设置有引线孔，导线(9)的一端穿过衬套上的引线孔与压电敏感元件(2)连接，另一端与前置放大器(7)连接。2.根据权利要求1所述的火车轮裂纹检测传感器，其特征在于固体波传导介质(1)为石墨填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂或碳纤维填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂或聚四氟乙烯填充的缩合稠环多核芳香族化合物树脂。3.根据权利要求1或2所述的火车轮裂纹检测传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯力，黄成祥，周自波，郭祚达，李耀东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：