用于鋼軌軌底缺陷檢測(cè)的磁致伸縮式剪切導(dǎo)波換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲導(dǎo)波換能器，尤其是涉及一種用于鋼軌軌底缺陷檢測(cè)的磁致伸縮式剪切導(dǎo)波換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，鐵路的運(yùn)輸能力得到大幅提升.相應(yīng)而生的鐵路安全問題也愈加受到重視，由此，尋找一種有效的鋼軌檢測(cè)方法變得十分迫切。影響鋼軌使用壽命的缺陷主要出現(xiàn)在鋼軌軌底位置，以橫向裂紋為準(zhǔn)。在重載荷高強(qiáng)度的工況下，軌底的細(xì)小裂紋會(huì)迅速增長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致鋼軌斷裂，引起嚴(yán)重的后果?，F(xiàn)有的軌道檢測(cè)方法以探傷車和人工巡檢為主，這種逐點(diǎn)式的檢測(cè)方法效率低下，檢測(cè)時(shí)需將線路停運(yùn)，針對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)輸任務(wù)繁重、車流密度大的特點(diǎn)，這種方法顯然并不適用。而導(dǎo)波的長(zhǎng)距離傳輸和對(duì)缺陷敏感的能力使其適用于鋼軌軌底的大范圍快速檢測(cè)?？紤]到鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，導(dǎo)波換能器應(yīng)當(dāng)集成化，裝卸方便，安裝牢固。
[0003]目前我國(guó)對(duì)于鋼軌超聲導(dǎo)波無損檢測(cè)技術(shù)的研究較少，專利號(hào)為CN201320077451.6的實(shí)用新型專利提出“一種電致伸縮超聲導(dǎo)波鐵軌檢測(cè)系統(tǒng)”，使用一種下端開口的長(zhǎng)方體狀的電致伸縮傳感器通過水膜耦合于鋼軌軌頭，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波信號(hào)的接收。實(shí)用時(shí)，這種方法檢測(cè)效果不佳，無法檢測(cè)軌底缺陷，影響正常行車，不適用于運(yùn)輸任務(wù)繁重的鐵路線。專利號(hào)為CN201110021864.8的發(fā)明專利提出“長(zhǎng)距離探測(cè)鋼軌軌底缺陷的超聲導(dǎo)波裝置及方法”，可實(shí)現(xiàn)軌底缺陷的探測(cè)，其方法為在軌底安裝四個(gè)壓電式換能器產(chǎn)生彎曲模態(tài)的導(dǎo)波進(jìn)行缺陷檢測(cè)，這種方法的缺點(diǎn)是前期工作時(shí)間長(zhǎng)，換能器需要耦合，高頻振動(dòng)下?lián)Q能器易脫落，換能效率不高?，F(xiàn)有的技術(shù)針對(duì)鋼軌超聲導(dǎo)波檢測(cè)，尚無一種針對(duì)軌底缺陷的高集成化，裝拆方便，安裝后可長(zhǎng)期使用的換能器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服【背景技術(shù)】領(lǐng)域中對(duì)鋼軌導(dǎo)波無損檢測(cè)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋼軌軌底缺陷檢測(cè)的磁致伸縮式剪切導(dǎo)波換能器，一次安裝可長(zhǎng)期使用的專門針對(duì)鋼軌軌底缺陷檢測(cè)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括磁致伸縮層和換能器主體；其中:
磁致伸縮層有兩組:第一組左側(cè)磁致伸縮片、第一組底部磁致伸縮片和第一組右側(cè)磁致伸縮片為一組，第二組左側(cè)磁致伸縮片、第二組底部磁致伸縮片和第二組右側(cè)磁致伸縮片為另一組，每組為三片；所述六片磁致伸縮片兩面都對(duì)稱、等距開有槽，槽的深度與偏置線圈的導(dǎo)線直徑相同，槽內(nèi)分別纏繞有左側(cè)偏置線圈，底部偏置線圈和右側(cè)偏置線圈后，再分別耦合于鋼軌軌底左側(cè)上表面、軌底底面和軌底右側(cè)上表面；
換能器主體依次包括:第一支架層，激勵(lì)線圈層，第二支架層，背襯層，保護(hù)層和電纜線接口 ； 激勵(lì)線圈層中設(shè)有兩組間隔分布的激勵(lì)單元，每組激勵(lì)單元包括:第一組右側(cè)激勵(lì)單元、第一組底部激勵(lì)單元和第一組左側(cè)激勵(lì)單元；第二組左側(cè)激勵(lì)單元、第二組底部激勵(lì)單元和第二組右側(cè)激勵(lì)單元；六個(gè)激勵(lì)單元均包括:四個(gè)沿著鋼軌長(zhǎng)度方向均勻分布的梳狀陣列，相鄰激勵(lì)單元之間的梳狀陣列通過軟質(zhì)排線連接；
激勵(lì)線圈層的激勵(lì)單元鑲嵌在第一支架層和第二支架層的框架內(nèi)，起到吸聲減震作用的背襯層，位于保護(hù)層和第二支架層之間，電纜線接口裝在保護(hù)層底面；換能器主體覆蓋于磁致伸縮層，使激勵(lì)單元與磁致伸縮層其相貼合，保護(hù)層邊緣耦合于鋼軌表面使換能器得以固定。
[0006]所述兩組左側(cè)磁致伸縮片、底部磁致伸縮片和右側(cè)磁致伸縮片分別纏繞左側(cè)偏置線圈、底部偏置線圈和右側(cè)偏置線圈，并分別通入穩(wěn)定直流電以提供穩(wěn)定的偏置磁場(chǎng)，耦合時(shí)，需要保證磁致伸縮層的偏置磁場(chǎng)方向朝向相同且與鋼軌延伸方向垂直。
[0007]所述激勵(lì)線圈層中兩組間隔分布的激勵(lì)單元間距和兩組磁致伸縮片的間距相同。
[0008]所述激勵(lì)線圈層中兩組間隔分布的激勵(lì)單元間距和換能器所激勵(lì)導(dǎo)波的波長(zhǎng)相同。
[0009]所述換能器主體為柔性，能夠彎曲以貼合鋼軌表面曲線，保護(hù)層材料為鋁合金。
[0010]所述六片磁致伸縮片的材料為FeNi合金、NiCo合金、FeAl合金或FeAlV合金。
[0011]所述激勵(lì)線圈層的激勵(lì)單元和磁致伸縮層的偏置線圈與電纜線接口連接。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明利用線圈提供偏置磁場(chǎng)，解決了剩磁法存在的材料中磁性隨著時(shí)間推移而消退的問題，本發(fā)明一次安裝后可長(zhǎng)久使用，基于磁致伸縮效應(yīng)，能夠在鋼軌軌底激發(fā)出單一模態(tài)的剪切導(dǎo)波，使用兩組激勵(lì)單元產(chǎn)生的導(dǎo)波完美疊加，有效地增加了發(fā)射導(dǎo)波的能量，提高檢測(cè)效率和精度。本發(fā)明實(shí)施后，即可達(dá)到檢測(cè)鋼軌軌底缺陷的目的，若在大范圍的鐵路線上安裝本換能器，配合多通道數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)即可形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌軌底健康，對(duì)產(chǎn)生的缺陷報(bào)警，預(yù)防事故發(fā)生。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的安裝示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的磁致伸縮層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的換能器主體的結(jié)構(gòu)分解圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的激勵(lì)線圈層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的磁致伸縮層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖6是實(shí)施例的安裝示意圖。
[0019]圖7是實(shí)施例中所測(cè)得的信號(hào)圖。
[0020]圖中:1、鋼軌，2、換能器主體，3、第一組左側(cè)磁致伸縮片，4、第二組左側(cè)磁致伸縮片，5、偏置磁場(chǎng)方向，6、第二組右側(cè)磁致伸縮片，7、第二組底部磁致伸縮片，8、第一組底部磁致伸縮片，9、第一組右側(cè)磁致伸縮片，10、第一支架層，11、激勵(lì)線圈層，12、第二支架層，13、背襯層，14、電纜線接口，15、保護(hù)層，16、第一組右側(cè)激勵(lì)單元，17、第一組底部激勵(lì)單元，18、第一組左側(cè)激勵(lì)單元，19、電流方向，20、相鄰梳狀陣列間距，21、第二組左側(cè)激勵(lì)單元，22、第二組底部激勵(lì)單元，23、第二組右側(cè)激勵(lì)單元，24、軟質(zhì)排線，25、激勵(lì)單元間距，26、左側(cè)偏置線圈，27、左側(cè)偏置線圈電流方向，28、底部偏置線圈，29、底部偏置線圈電流方向，30、右側(cè)偏置線圈電流方向，31、右側(cè)偏置線圈，32、一號(hào)缺陷，33、二號(hào)缺陷，34、一號(hào)缺陷對(duì)應(yīng)的波包信號(hào)，35、二號(hào)缺陷對(duì)應(yīng)的波包信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]如圖1、圖2、圖5所示，本發(fā)明包括磁致伸縮層和換能器主體2 ;其中:
磁致伸縮層有兩組:第一組左側(cè)磁致伸縮片3、第一組底部磁致伸縮片8和第一組右側(cè)磁致伸縮片9為一組，第二組左側(cè)磁致伸縮片4、第二組底部磁致伸縮片7和第二組右側(cè)磁致伸縮片6為另一組，每組為三片；左側(cè)磁致伸縮片長(zhǎng)度與右側(cè)磁致伸縮片相同，底部磁致伸縮片的長(zhǎng)度與鋼軌底面的寬度相同；所述六片磁致伸縮片兩面都對(duì)稱、等距開有槽，槽與短邊平行，槽的深度與偏置線圈的導(dǎo)線直徑相同，所有槽的寬度保持一致，槽內(nèi)分別纏繞有左側(cè)偏置線圈26，底部偏置線圈28和右側(cè)偏置線圈31后，再分別耦合于鋼軌I軌底左側(cè)上表面、軌底底面和軌底右側(cè)上表面。
[0023]如圖3、圖4所示，換能器主體2依次包括:第一支架層10，激勵(lì)線圈層11，第二支架層12，背襯層13，保護(hù)層15和電纜線接口 14 ;激勵(lì)線圈層中設(shè)有兩組間隔分布的激勵(lì)單元，每組激勵(lì)單元包括:第一組右側(cè)激勵(lì)單元16、第一組底部激勵(lì)單元17和第一組左側(cè)激勵(lì)單元18 ;第二組左側(cè)激勵(lì)單元21、第二組底部激勵(lì)單元22和第二組右側(cè)激勵(lì)單元23 ;六個(gè)激勵(lì)單元均包括:四個(gè)沿著鋼軌長(zhǎng)度方向均勻分布的梳狀陣列，相鄰激勵(lì)單元之間的梳狀陣列通過軟質(zhì)排線24連接。
[0024]如圖1、圖3所示，激勵(lì)線圈層11的激勵(lì)單元鑲嵌在第一支架層10和第二支架層12的框架內(nèi)，起到吸聲減震作用的背襯層13，位于保護(hù)層15和第二支架層12之間，電纜線接口 14裝在保護(hù)層15底面；換能器主體2覆蓋于磁致伸縮層，使激勵(lì)單元與磁致伸縮層其相貼合，保護(hù)層15邊緣耦合于