專利名稱：一種無縫線路鋼軌的檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋼軌檢測領域，尤其涉及一種無縫線路鋼軌的檢測裝置。
背景技術：
隨著高速鐵路的飛速發展，無縫線路在全世界范圍內得到了廣泛推廣和應用。無縫線路在一定程度上消除了鋼軌接縫，減少了列車振動，降低了噪聲，使列車運行平穩、線路設備和機車車輛的使用年限延長。但隨著軌縫的消失，由于鋼軌接頭阻力和道床縱向阻力的作用，被焊接在一起的數十根甚至更多鋼軌在軌溫變化時便不能自由伸縮，于是鋼軌中將產生縱向溫度應力。長鋼軌的溫度相對于鎖定軌溫變化l°c，鋼軌固定區內縱向應力變化2.43MPa (兆帕斯卡)，若軌溫變化50°C，則鋼軌內應力變化為121.5MPa。可見無縫線路長鋼軌所承受的溫度應力要比普通鋼軌大得多，當溫度應力超過鋼軌的承受限度時，就會在扣件阻力小或路基條件差的區域釋放能量，當應力過大時，會發生脹軌、跑道；當應力超過臨界值后，會發生斷軌。歷史上由于脹軌、斷軌導致的事故時有發生。從1968年至2003年，我國鐵路無縫線路因脹軌跑道造成列車脫線的重大事故共計發生22起，造成了巨大生命財產損失。斷軌事件也偶爾出現，除了焊接質量等人為因素外，鋼軌縱向溫度應力有著直接影響。因此，能夠實時在線監測無縫線路的鋼軌狀態，隨時準確掌握鋼軌的實際縱向溫度應力，對已經發生斷軌的路段在列車到達前提前預警，對確保無縫線路的安全運營顯得尤為重要。斷軌檢測與應力檢測是目前鋼軌檢測中比較重要的兩個檢測項目。I)國內外的斷軌檢測技術從檢測原理上可分為:基于軌道電路原理和基于非軌道電路原理。基于軌道電路原理的檢測方法有牽引回流實時斷軌檢測方法、準軌道電路實時斷軌檢測方法；目前斷軌在線監測技術，主要都是依靠軌道電路，但采用軌道電路原理實現斷軌檢測時受道床、電氣條件限制，有一定的局限性。基于非軌道電路的斷軌實時檢測技術主要有:光纖實時斷軌檢測方法、應力實時斷軌檢測方法。光纖實時斷軌檢測方法是使用由環氧樹脂膠帶貼于軌道上的標準單模光纖進行檢測；光纖的一端接光源，另一端為接收器，如果鋼軌發生折斷，光纖將隨之發生破裂，光線將不能到達接收器，由此判斷發生斷軌；但該方法只適用于短軌道檢測，局限性較大。應力實時斷軌檢測方法使用一些應力測量傳感器，每隔一定距離安裝在軌腰上，通過使用相應的分析技術，對傳感器檢測到的應力和溫度變化進行計算和比較，某些壓力和溫度的組合可以表明斷軌、軌道變形或兩者兼而有之；但該方法性能指標較差，研究開發價值不聞。2)現有的鋼軌應力檢測技術通常采用的臨界角折射法測量材料應力，測量結果反映的是材料表面以下超聲傳播時經過路徑內的應力變化情況，無法反映整個材料內部的平均應力。并且，現有的技術沒有對鋼軌的斷軌與應力同時進行在線檢測的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種無縫線路鋼軌的檢測裝置，提高了檢測精度及效率，保障了行車安全。一種無縫線路鋼軌的檢測裝置，該裝置包括:超聲導波發射探頭、超聲導波接收探頭、數據分析模塊；所述超聲導波發射探頭的前后兩側分別設有一組超聲導波接收探頭；其中每一組超聲導波接收探頭均包括兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭，根據所述兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭接收信號的先后順序確定所檢測的線路；所述每一組超聲導波接收探頭的輸出端與數據分析模塊連接；所述數據分析模塊，用于根據超聲導波接收探頭接收的超聲導波信號進行應力及斷軌點檢測。由上述本發明提供的技術方案可以看出，在無縫線路鋼軌中激發出超聲導波信號，通過遠端接收裝置，采集超聲導波信號，通過對信號的處理與分析，實現無縫線路鋼軌的斷軌與應力檢測。可隨時準確掌握鋼軌的實際縱向溫度應力，對已經發生斷軌的路段在列車到達前提前預警，對保障高速鐵路的安全運行具有重要的實用價值。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發明實施例一提供的一種無縫線路鋼軌的檢測裝置的示意圖；圖2為本發明實施例一提供的一種無縫線路鋼軌的檢測裝置中各模塊的布置示意圖；圖3為本發明實施例一提供的一種信號驅動模塊的示意圖；圖4為本發明實施例一提供的一種信號采集模塊的示意圖。
具體實施例方式下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。超聲波檢測技術檢測對象范圍廣、深度大、缺陷定位準確、靈敏度高、成本低、使用方便、速度快，對人體及環境無害。超聲導波是超聲波在桿、管、板等結構的波導介質傳播時，不斷與介質的上下邊界發生折射、反射及縱波一橫波之間的波形轉換作用而產生的波，與超聲體波相比，超聲導波可以在波導介質中傳播很長的距離，并可以覆蓋整個被檢測物體的橫截面，檢測效率更高。因此超聲導波特別適用于長距離非接觸檢測領域，如管道檢測、鋼軌檢測等。實施例一
圖1為本發明實施例提供的一種無縫線路鋼軌的檢測裝置，該裝置主要包括:超聲導波發射探頭、超聲導波接收探頭、數據分析模塊；所述超聲導波發射探頭的前后兩側分別設有一組超聲導波接收探頭；其中每一組超聲導波接收探頭均包括兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭，根據所述兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭接收信號的先后順序確定所檢測的線路；所述每一組超聲導波接收探頭的輸出端與數據分析模塊連接；所述數據分析模塊，用于根據超聲導波接收探頭接收的超聲導波信號進行應力及斷軌點檢測。該裝置還包括:信號驅動模塊，該模塊與超聲導波發射探頭相連。所述信號驅動模塊包括:高壓發生器、信號隔離模塊與脈寬調制模塊；其中，所述高壓發生器與所述脈寬調制模塊的輸入端相連；所述信號隔離模塊與所述脈寬調制模塊的控制端相連。該裝置還包括:信號采集模塊，該模塊一端與超聲導波接收探頭相連，另一端與數據分析模塊相連。所述信號采集模塊包括:依次連接的信號差分模塊、模數AD轉換模塊與現場可編程門陣列模塊。以上為本實施例檢測裝置的主要組成及連接關系，為了更具體的介紹本發明，下面對其工作原理做進一步介紹。本實施例以該檢測裝置安裝在單鋼軌為例進行說明，如圖2所示，一個檢測區間的范圍大約為I千米；其中，包括一個信號驅動模塊，一個超聲導波發射探頭與四個超聲導波接收探頭；超聲導波接收探頭兩個為一組，超聲導波發射探頭的前后兩側分別設有一組超聲導波接收探頭；每一組超聲導波接收探頭上還連有信號采集模塊與數據分析模塊。以上述方式循環設置，則每一組超聲導波接收探頭均可接收來自前后兩側超聲導波發射探頭發射的超聲導波信號。工作時，首先由信號驅動模塊產生高壓脈沖信號，激發超聲導波發射探頭產生超聲導波信號。信號驅動模塊的結構如圖3所示，包括高壓發生器、信號隔離模塊與脈寬調制模塊；信號驅動模塊由定時器進行控制，控制接口為TTL (邏輯門電路)電平信號，經信號隔離模塊后發送至脈寬調制模塊；系統采用12V/24V低電壓電源供電，經高壓發生器產生高電壓，為脈沖調制電路提供高壓電源，脈沖調制電路在接收到信號隔離模塊隔離后的觸發信號后，產生調制后的高壓，激發超聲導波發射探頭產生導波信號。超聲導波信號以超聲導波發射探頭為中心，向鋼軌前后方向傳播，被設于該超聲導波發射探頭兩側的超聲導波接收探頭所接收。由前述可知，超聲導波接收探頭兩個為一組至鋼軌上，因此，可根據兩個探頭接收的順序得知當前所接收到的信號來自前方還是后方，進而確定所檢測的線路。當超聲導波接收探頭接收到超聲導波信號后轉換為電信號，并發送至信號采集模塊。信號采集模塊的結構如圖4所示，包括依次連接的信號差分模塊、模數AD轉換模塊與現場可編程門陣列FPGA模塊。超聲導波信號經信號差分模塊進行差分隔離后，進入AD轉換芯片轉換為數字信號；且由FPGA按照FIFO (先入先出隊列)的方式同步采集兩路接收信號，并傳輸至數據分析模塊進行檢測。數據分析模塊接收信號采集模塊發送的數據信號，通過傅立葉變換、小波變換、信號相關性分析等信號處理技術，對接收到的兩路超聲導波信號進行分析處理；通過模態提取技術，提取特定模態，計算求得群速度值，根據導波信號的群速度分析當前線路的應力狀態；并通過對導波信號的頻率鑒別，分析是否存在斷軌點。本實施例的檢測裝置接收探頭距離發射探頭距離較遠(大于500米)，超聲導波在此距離傳輸后，在接收探頭接收到的導波信號中，各個模態已經基本分開，可以很容易實現模態分離，提取出對應力敏感的模態，使應力檢測的精度大大提高。另外，超聲導波在鋼軌中傳播時，同時存在多種模態，每種模態的速度、振型都不相同，有的超聲導波模態軌頭振動幅度大，有的軌腰振動幅度大，有的則靠軌底的振動進行傳播，本實施例的檢測裝置可以根據檢測到的超聲導波信號，將導波模態進行分離，根據不同模態信號的衰減結果，分辨出斷軌出現點的具體位置。所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功倉泛。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種無縫線路鋼軌的檢測裝置，其特征在于，該裝置包括:超聲導波發射探頭、超聲導波接收探頭、數據分析模塊； 所述超聲導波發射探頭的前后兩側分別設有一組超聲導波接收探頭；其中每一組超聲導波接收探頭包括兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭，根據所述兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭接收信號的先后順序確定所檢測的線路； 所述每一組超聲導波接收探頭的輸出端與數據分析模塊連接；所述數據分析模塊，用于根據超聲導波接收探頭接收的超聲導波信號進行應力及斷軌點檢測。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括: 信號驅動模塊，用于激發超聲導波發射探頭產生超聲導波信號。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述信號驅動模塊包括: 高壓發生器，用于將輸入的低壓電轉換為脈寬調制模塊所需的高電壓； 信號隔離模塊，用于對輸入的電信號進行隔離處理，并將隔離后的信號作為觸發信號發送至所述脈寬調制模塊； 脈寬調制模塊，用于當接收觸發信號后對輸入的高電壓進行調制，并輸出調制后的高電壓至所述超聲導波 發射探頭。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該裝置還包括: 信號采集模塊，用于采集所述超聲導波接收探頭接收到的信號，并發送至所述數據分析模塊。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述信號采集模塊包括: 信號差分模塊，用于對所述超聲導波接收探頭接收到的信號做差分處理； AD轉換模塊，用于將差分處理后的模擬信號轉換為數字信號； FPGA模塊，用于采集數字信號并發送至所述數據分析模塊。
全文摘要
本發明公開了一種無縫線路鋼軌的檢測裝置，該裝置包括超聲導波發射探頭、超聲導波接收探頭、數據分析模塊；所述超聲導波發射探頭的前后兩側分別設有一組超聲導波接收探頭；其中每一組超聲導波接收探頭包括兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭，根據所述兩個沿鋼軌方向設置的超聲導波接收探頭接收信號的先后順序確定所檢測的線路；所述每一組超聲導波接收探頭的輸出端與數據分析模塊連接；所述數據分析模塊，用于根據超聲導波接收探頭接收的超聲導波信號進行應力及斷軌點檢測。通過采用本發明公開的裝置，提高了檢測精度及效率，保障了行車安全。
文檔編號G01N29/04GK103217475SQ201310086420
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者余祖俊, 許西寧, 朱力強, 史紅梅, 郭保青 申請人:北京交通大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
