鋼軌超聲波探輪式探頭及超聲波換能器的製作方法

2023-04-25 18:07:17 2

本發明涉及一種超聲波檢測裝置，特別是一種鋼軌超聲波探輪式探頭。

背景技術：

利用超聲波對鋼軌進行無損探傷檢測是確保機車安全運行的重要舉措。公告號為CN20181765Y的中國專利公開的一種用於手推式超聲波探傷車的輪式探頭，包括超聲波換能器、支架、耦合介質、輪狀耦合介質容器及固定到車體上的支架軸，所述的支架具有中間為平面、平面兩側分別依次連接的第一傾斜面和第二傾斜面，其端面上垂直開設有安裝超聲波換能器的螺孔和透射超聲波的圓形或方形窗口，支架中間平面上安裝的超聲波換能器產生的超聲波在鋼軌中的折射角度為0度(折射角是在鋼軌中折射的波束與垂直方向的夾角)，其在鋼軌中產生垂直向下的波束，主要用於檢測鋼軌的水平裂紋；支架中間平面兩側的第一傾斜面的端面上分別相對傾斜安裝的超聲波換能器產生的超聲波束在鋼軌中的折射角度為37～45度，主要用於檢測鋼軌的腰部；緊挨第一傾斜面的第二傾斜面的端面上相對傾斜安裝的超聲波換能器產生的超聲波束在鋼軌中的折射角度為65～75度，主要用於檢測鋼軌的頭部。由於支架第二傾斜面的端面上相對傾斜安裝的三對超聲波換能器產生的超聲波束在鋼軌中的折射角度是相同的，且三對超聲波換能器產生的超聲波束的傳播方向和鋼軌的行進方向時平行的，分別對應於鋼軌的內、中、外，而鋼軌頭部的兩側則是弧形的，故即使把安裝在支架第二傾斜面的端面外側和內側上的超聲波換能器分別向外側和內側移動，其產生的超聲波束也不能有效地進入到弧形鋼軌頭部的兩側，因此該超聲波換能器在檢測鋼軌的頭部時存在部分盲區，特別就是鋼軌頭部的兩側。

基於上述技術問題,本申請人的公告號為CN203643404U的中國專利公開了一種鋼軌超聲波探輪式探頭，包括超聲波換能器、支架、耦合介質、輪狀耦合介質容器及固定到車體上的支架軸，如圖1和圖2所示，所述的支架具有中間為平面24、平面24兩側分別依次連接的第一傾斜面25和第二傾斜面106，其端面上垂直開設有安裝超聲波換能器的螺孔和透射超聲波的圓形或方形窗口，平面24和第一傾斜面25上安裝有超聲波換能器6，所述支架的第二傾斜面106向下拉長，其向下拉長部分的端面上分別相對傾斜的安裝一個超聲波換能器64，第二傾斜面106上半部分的端面上自該端面中心線兩旁分別由高至低向兩邊外側傾斜的安裝一個超聲波換能器63，第二傾斜面106上半部分端面中心線的兩旁與安裝的超聲波換能器63之間，分別設有一塊自該端面中心線兩旁由高至低向兩邊外側傾斜的階梯塊7。該超聲波換能器產生的超聲波束在鋼軌中的折射角度為70度，並產生反射的二次波，擴大了檢測範圍，減小了檢測盲區。

但是實際產品的生產過程中，因為增加了階梯塊7，所以增加了加工探頭支架的工序，且階梯塊7的加工工藝比較複雜，造成探頭支架的成本比較高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於提供了一種即能擴大檢測範圍、減小檢測盲區，並且成本較低的鋼軌超聲波探輪式探頭。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種鋼軌超聲波探輪式探頭，包括支架、第一超聲波換能器、第二超聲波換能器、耦合介質、輪狀耦合介質容器及固定到車體上的支架軸，支架、第一超聲波換能器、第二超聲波換能器、耦合介質均安裝在輪狀耦合介質容器內，超聲波換能器安裝在支架上，支架軸連接在支架的兩邊；

所述支架為對稱結構，中間為平面，平面的兩側分別依次連接第一傾斜面、第二傾斜面，所述第二傾斜面的起始端與第一傾斜面的結束端重合，第一傾斜面上安裝至少一個第一或第二超聲波換能器，第二傾斜面上均裝有至少一個第一或第二超聲波換能器；

第一超聲波換能器包括位於底部的保護層、圍繞保護層設置的外殼、壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜，所述壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜設置於外殼的內部，位於保護層的上方，其中壓電晶體鋪在保護層上，背襯材料鋪在壓電晶體上，壓電晶體和保護層之間鋪設第一層電纜，背襯材料和壓電晶體之間鋪設第二層電纜，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層引到外殼外面，壓電晶片和保護層是平行的，保護層的上表面與下表面平行；

第二超聲波換能器包括位於底部的保護層、圍繞保護層設置的外殼、壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜，所述壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜設置於外殼的內部，位於保護層的上方，其中壓電晶體鋪在保護層上，背襯材料鋪在壓電晶體上，壓電晶體和保護層之間鋪設第一層電纜，背襯材料和壓電晶體之間鋪設第二層電纜，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層引到外殼外面，所述第二超聲波換能器的保護層呈階梯狀。

優化的，第一傾斜面相對於平面向下傾斜的角度小於第二傾斜面相對於平面向下傾斜的角度，

本發明還公開了另一種鋼軌超聲波探輪式探頭，包括支架、第一超聲波換能器、第二超聲波換能器、耦合介質、輪狀耦合介質容器及固定到車體上的支架軸，支架、第一超聲波換能器、第二超聲波換能器、耦合介質均安裝在輪狀耦合介質容器內，超聲波換能器安裝在支架上，支架軸連接在支架的兩邊；

第一超聲波換能器包括位於底部的保護層、圍繞保護層設置的外殼、壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜，所述壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜設置於外殼的內部，位於保護層的上方，其中壓電晶體鋪在保護層上，背襯材料鋪在壓電晶體上，壓電晶體和保護層之間鋪設第一層電纜，背襯材料和壓電晶體之間鋪設第二層電纜，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層引到外殼外面，壓電晶片和保護層是平行的，保護層的上表面與下表面平行；

所述支架為對稱結構，中間為平面，平面的兩側分別依次連接第一傾斜面、第二傾斜面，所述第二傾斜面的起始端與第一傾斜面的結束端重合，所述支架還包括第三傾斜面，一支撐牆連接於第二傾斜面的末端，第三傾斜面設置於支撐牆的頂端，第一傾斜面、第二傾斜面上、第三傾斜面上均裝有至少一個第一或第二超聲波換能器；

第二超聲波換能器包括位於底部的保護層、圍繞保護層設置的外殼、壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜，所述壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜設置於外殼的內部，位於保護層的上方，其中壓電晶體鋪在保護層上，背襯材料鋪在壓電晶體上，壓電晶體和保護層之間鋪設第一層電纜，背襯材料和壓電晶體之間鋪設第二層電纜，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層引到外殼外面，所述第二超聲波換能器的保護層呈階梯狀。

優化的，第一傾斜面相對於平面向下傾斜的角度小於第二傾斜面相對於平面向下傾斜的角度。

優化的，第三傾斜面的起始端高於第二傾斜面的結束端，所述支撐牆連接於第二傾斜面末端並向上立起。

優化的，所述第二傾斜面相對於平面向下傾斜的角度等於第三傾斜面相對於平面向下傾斜的角度。

優化的，所述第二傾斜面相對於平面向下傾斜的角度大於第三傾斜面相對於平面向下傾斜的角度。

優化的，所述第二傾斜面相對於平面向下傾斜的角度小於第三傾斜面相對於平面向下傾斜的角度。

本發明還公開一種上述鋼軌超聲波探輪式探頭中使用的超聲波換能器，包括位於底部的保護層、圍繞保護層設置的外殼、壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜，所述壓電晶體、背襯材料、第一層電纜、第二層電纜設置於外殼的內部，位於保護層的上方，其中壓電晶體鋪在保護層上，背襯材料鋪在壓電晶體上，壓電晶體和保護層之間鋪設第一層電纜，背襯材料和壓電晶體之間鋪設第二層電纜，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層引到外殼外面，所述保護層呈階梯狀。

本發明相比現有技術具有以下優點：擴大檢測範圍、減小檢測盲區，並且加工成本較低，如果配上改進的探頭支架，還能夠解決信號幹擾問題，從而保證了鋼軌探傷檢測的準確性。

附圖說明

圖1是現有鋼軌超聲波探輪式探頭支架的結構示意圖；

圖2是現有鋼軌超聲波探輪式探頭支架上安裝了超聲波換能器的結構示意圖；

圖3是鋼軌超聲波探輪式探頭的示意圖；

圖4是本發明實施例一中的鋼軌超聲波探輪式探頭支架結構示意圖；

圖5是本發明實施例一中第一超聲波換能器的結構示意圖；

圖6是本發明實施例一中第二超聲波換能器的結構示意圖；

圖7是本發明實施例二中的鋼軌超聲波探輪式探頭支架結構示意圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例一

如圖3及圖4所示，本實施例鋼軌超聲波探輪式探頭，包括支架100、第一超聲波換能器200、第二超聲波換能器200』、耦合介質(圖未示)、輪狀耦合介質容器300及固定到車體上的支架軸400。

支架100、第一超聲波換能器200、第二超聲波換能器200』、耦合介質均安裝在輪狀耦合介質容器300內，超聲波換能器200安裝在支架100上，上述的支架軸400為兩段，分別連接在支架100的兩邊。

所述支架100為對稱結構，中間為平面102，平面102的兩側分別依次連接第一傾斜面104、第二傾斜面106。所述第二傾斜面106的起始端與第一傾斜面104的結束端重合，第一傾斜面104相對於平面102向下傾斜的角度小於第二傾斜面106相對於平面102向下傾斜的角度。

所述第一傾斜面的傾斜角度能使安裝在該斜面上的超聲波換能器在鋼軌中產生37度～45度的超聲波。所述第二傾斜面106的傾斜角度能使安裝在該斜面上的超聲波換能器在鋼軌中產生65度～75度的超聲波。

第一傾斜面104上安裝至少一個第一或第二超聲波換能器200，第二傾斜面106上均裝有至少一個第一或第二超聲波換能器200』。

請參閱圖5，第一超聲波換能器200包括位於底部的保護層202、圍繞保護層202設置的外殼204、壓電晶體206、背襯材料208、第一層電纜209、第二層電纜210。

所述壓電晶體206、背襯材料208、第一層電纜209、第二層電纜210設置於外殼204的內部，位於保護層202的上方，其中壓電晶體206鋪在保護層202上，背襯材料208鋪在壓電晶體206上，壓電晶體206和保護層202之間鋪設第一層電纜209，背襯材料208和壓電晶體206之間鋪設第二層電纜210。該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層202引到外殼204外面。壓電晶片206和保護層202是平行的，保護層202的上表面與下表面平行。

請參閱圖6，第二超聲波換能器200』包括位於底部的保護層202』、圍繞保護層202』設置的外殼204』、壓電晶體206』、背襯材料208』、第一層電纜209』、第二層電纜210』。

所述壓電晶體206』、背襯材料208』、第一層電纜209』、第二層電纜210』設置於外殼204』的內部，位於保護層202』的上方，其中壓電晶體206』鋪在保護層202』上，背襯材料208』鋪在壓電晶體206』上，壓電晶體206』和保護層202』之間鋪設第一層電纜209』，背襯材料208』和壓電晶體206』之間鋪設第二層電纜210』，該兩個電纜層上分別焊接有電線，電線穿過保護層202』引到外殼204』外面。

所述保護層202』呈階梯狀，從而壓電晶體206』的放置角度相對於保護層202』的底面是傾斜的，而保護層202』的底面是安裝在支架100上第二傾斜面106的，因此，壓電晶體206』的放置角度相對於第二傾斜面106的表面是傾斜的。採用了該結構的超聲波換能器200』後，無須在第二傾斜面106上半部分端面中心線的兩旁與安裝的超聲波換能器之間設有階梯塊，只需要在第二傾斜面106的上半部分安裝該結構的超聲波換能器即可。能夠達到與安裝階梯塊一樣的擴大檢測範圍、減小檢測盲區的目的外，加工成本大大降低，

實施例二

該實施例與實施例一的區別在於支架的結構不同，請同時參閱圖7所示，支架100』為對稱結構，中間為平面102』，平面102』的兩側分別依次連接第一傾斜面104』、第二傾斜面106』，以及第三傾斜面108』。所述第二傾斜面106』的起始端與第一傾斜面104』的結束端重合，第一傾斜面104』相對於平面102』向下傾斜的角度小於第二傾斜面106』相對於平面102』向下傾斜的角度。所述第三傾斜面108』的起始端與第二傾斜面106』的結束端不重合，且第三傾斜面108』的起始端高於第二傾斜面106』的結束端，從而第二傾斜面106』與第三傾斜面108』之間具有一向上立起的支撐牆268』，所述第二傾斜面106』相對於平面102』向下傾斜的角度接近或者等於第三傾斜面108』相對於平面102』向下傾斜的角度。具體的，第二傾斜面106』相對於平面102』向下傾斜的角度可以大於、小於或者等於第三傾斜面108』相對於平面102』向下傾斜的角度。

所述第一傾斜面104』的傾斜角度能使安裝在該斜面上的超聲波換能器在鋼軌中產生37度～45度的超聲波。所述第二傾斜面106』和第三傾斜面108』的傾斜角度能使安裝在該斜面上的超聲波換能器在鋼軌中產生65度～75度的超聲波。

該種結構的支架解決了第二傾斜面106』上安裝的兩個或者多個第二超聲波換能器200』產生二次波信號相互幹擾從而造成檢測結果不準確的問題。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。