【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声无损检测，具体而言，涉及一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器及使用方法。
技术介绍
1、钢轨在长期服役过程中不可避免地会出现缺陷，保障钢轨的服役安全至关重要，声表面波因能量集中于结构表面在钢轨等厚壁结构中具有显著的优势，尤其适合于对表面浅层缺陷进行识别，可用于钢轨健康状态的原位监测。楔形换能器是目前最为常用的产生表面波的装置，具有简单易用的优点，同时仅沿单一方向传播，然而，这种换能器通常体积偏大，其激励的声表面波的传播方向也无法调节，此外，由于楔块与结构间波阻抗差异较大从而导致波在界面间传输效率较低，耦合介质的存在也会显著影响导波信号幅值的稳定性。因此，现亟需一种方便可靠的能够实现在钢轨中产生方向可调的单指向型声表面波的激励装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器及使用方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
2、第一方面，本专利技术提供了一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，包括：
3、第一压电单元，所述第一压电单元为长宽高分别为l×w×h的长方体，所述第一压电单元的极化方向沿宽度w方向，所述第一压电单元的电极为平行于极化方向的两个相对的表面l×h，所述第一压电单元在w×h面内产生剪切变形；
4、第二压电单元，所述第二压电单元为长宽高为a×b×c的长方体，所述第二压电单元的极化方向沿高度c方向，所述第二压电单元的电极为垂直于极化方向的两个相
5、所述压电换能器包括基底层，所述第一压电单元和所述第二压电单元固定在所述基底层表面上，所述第一压电单元与所述第二压电单元平行设置，所述第一压电单元与所述第二压电单元位于同一平面上。
6、所述第二压电单元数量为2，两个第二压电单元分别位于所述第一压电单元的两侧。
7、所述第一压电单元和所述第二压电单元的中心点位于一条直线上。
8、两个第二压电单元的极化方向相反。
9、所述第一压电单元与所述第二压电单元之间的距离为所激励声表面波半波长的整数倍。
10、所述第一压电单元和所述第二压电单元上表面电极面通过导线与信号源正极连接，所述第一压电单元和所述第二压电单元下表面电极面通过导线与信号源负极连接。
11、第二方面，本申请还提供了一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器使用方法，包括：
12、将压电换能器通过粘合剂设置于待检测钢轨表面；
13、将所述压电换能器中第一压电单元和第二压电单元的正极，通过导线依次与功率放大器正极和信号源正极连接，将所述压电换能器中第一压电单元和第二压电单元的负极，通过导线依次与功率放大器负极和信号源负极连接;
14、所述信号源根据所需检测方向和所述第一压电单元和所述第二压电单元之间的距离，对所述压电换能器施加脉冲信号；
15、所述压电换能器接收到所述脉冲信号并基于逆压电效应产生目标声表面波；
16、所述目标声表面波沿所述钢轨表面传输，通过信号采集装置收集所述目标声表面波，并将所述目标声表面波信号转化为电信号；
17、对所述电信号进行放大和滤波提取得到有效电信号；
18、将所述有效电信号输入数据采集系统进行时间域和频域分析，并确定出所述钢轨表面的缺陷位置和缺陷类型。
19、第三方面，本申请还提供了一种在钢轨中定向接收声表面波的压电换能器使用方法，包括：
20、将压电换能器通过粘合剂设置于待检测钢轨表面；
21、将所述压电换能器中第一压电单元和第二压电单元的正极，通过导线与信号采集装置正极连接，将所述压电换能器中第一压电单元和第二压电单元的负极，通过导线与信号采集装置负极连接；
22、根据所需检测方向和所述第一压电单元和所述第二压电单元之间的距离，所述压电换能器接收到声表面波并基于压电效应产生目标电信号；
23、通过信号采集装置收集所述目标电信号，对所述电信号进行放大和滤波提取得到有效电信号；
24、将所述有效电信号输入数据采集系统进行时间域和频域分析，并确定出所述钢轨表面的缺陷位置和缺陷类型。
25、本专利技术的有益效果为：
26、本专利技术通过厚度剪切型压电单元和横向伸缩型压电单元，构建出单指向型的声表面波换能器，能够设置在钢轨的轨腰和轨底上实时监测钢轨完整性，为构建基于声表面波的钢轨健康监测系统提供器件支撑。
27、本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术实施例了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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1.一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述压电换能器包括基底层（3），所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）固定在所述基底层（3）表面上，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）平行设置，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）位于同一平面上。
3.根据权利要求2所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第二压电单元（2）数量为2，两个第二压电单元（2）分别位于所述第一压电单元（1）的两侧。
4.根据权利要求3所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）的中心点位于一条直线上。
5.根据权利要求1所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，两个第二压电单元（2）的极化方向相反。
6.根据权利要求3所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）之间的距离为所激励
7.根据权利要求1所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）上表面通过导线与信号源正极连接，所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）下表面通过导线与信号源负极连接。
8.一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器使用方法，适用于如权利要求1至7任一项所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器中，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器使用方法，其特征在于，当所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）之间的距离为半波长的偶数倍时，所述信号源根据所需检测方向和所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）之间的距离，对所述压电换能器施加脉冲信号，包括：
10.根据权利要求8所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器使用方法，其特征在于，当所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）之间的距离为半波长的偶数倍时，所述信号源根据所需检测方向和所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）之间的距离，对所述压电换能器施加脉冲信号，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述压电换能器包括基底层（3），所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）固定在所述基底层（3）表面上，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）平行设置，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）位于同一平面上。
3.根据权利要求2所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第二压电单元（2）数量为2，两个第二压电单元（2）分别位于所述第一压电单元（1）的两侧。
4.根据权利要求3所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第一压电单元（1）和所述第二压电单元（2）的中心点位于一条直线上。
5.根据权利要求1所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，两个第二压电单元（2）的极化方向相反。
6.根据权利要求3所述的在钢轨中定向激励声表面波的压电换能器，其特征在于，所述第一压电单元（1）与所述第二压电单元（2）之间的距离为所激励声表面波半波长...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗鸿臣，朱清锋，康国政，阚前华，王平，张卫华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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