专利名称：超声波轮式探头的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及超声波测量装置，尤其涉及一种用于手推式探伤 车的超声波探头。
背景技术：
超声波探伤设备广泛运用于多个技术领域，超声波探伤的原理是超声波在被检测材料中传播时，由于材料内部损伤导致的材料声学 特性和内部组织的变化对超声波的传播会产生一定的影响，通过对超 声波受影响程度和状况的探测，了解材料性能和结构变化。在铁路系统对铁轨进行检测的过程中，也可以利用超声波对铁路 钢轨进行检测，探测铁轨中的损伤(如裂紋)情况以便在钢轨断裂之 前采取措施防患于未然。在现有的铁轨探伤设备中，通常包括探头，在本申请中提及的探 头即超声波换能器，探头可以将电脉沖转化为超声波，也可将超声波 转化成电脉冲。探头的发射角度不同，而从各组探头发射出的超声波 经过介质传入铁轨后发生折射的角度也不同，通常，用折射角的角度 来区别各组探头，经常采用的是0度探头、45度探头、70度探头。 其中折射角是指超声波在铁轨中传播方向与铁轨垂直方向的夹角。两 个70度探头用于检测钢轨的头部，45度探头用于检测钢轨的腰部(如 钢轨连接部的螺孔处)，0度纟笨头则用于4全测钢轨的底部。现有的铁路探伤设备通常包括手推式超声探伤车和机动超声探 伤车，所述手推式探伤车具有可以使探伤车在铁轨上运动的车轮，而 且包括与铁轨接触的探头，随着车轮的滚动，手推车在铁轨上移动， 探头也随之在铁轨上滑动。所述探头是具有不同折射角度的多个分离 的探头，为了使探头和钢轨紧密接触，通常需要用弹簧将探头紧压在 钢轨上。为了将超声波耦合到钢轨里去，通常要在探头前面注一个很细的
水滴线。以水作为介质使超声波导入钢轨，超声波在钢轨里传播，遇 到伤处将会反射，反射的超声波再通过超声波换能器转化成电信号。 电信号通过一些处理后，显示在电子屏上。与上述超声探伤设备类似的产品有广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司GT-1C型及GT-2型超声波钢轨探伤手动小推车、 邢台先锋超声电子研究所生产的GCT-2型及GCT-8型超声波钢轨探 伤手动小推车、上海华岩仪器设备有限公司经销的GT-1A型小推车， 以及上海声波电子检测仪器有限公司生产的SB-1A超声波钢轨探伤 手动小推车等。应用这种超声探头，不仅会由于探头在铁轨表面上运动导致探头 外层的磨损，而且如果钢轨轨面有不平整处，比如钢轨表面的凹陷或 两条钢轨之间的接头处，在探头滑过这些地方时，有可能会将探头卡 住，导致探头的损坏。另外，由于目前装在手推式车上具用四个探头，因此需要从三处 注水，因此要用很大的水箱，使产品变得非常笨重。实用新型内容针对上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种不会因 与铁轨摩擦而磨损，并且将多个超声波换能器集成安装的超声波轮式 探头。包括多个超声波换能器、支架、耦合介质，轮状耦合介质容器及固 定到车体上的轴。其中，支架通过支架轴与所述手推式探伤车连接，支架固定在支架轴上，多个超声波换能器安装在支架上，超声波换能 器和支架位于耦合介质容器内部，耦合介质容器通过轴与车体连接， 所述耦合介质容器为轮状，在所述耦合介质容器中充有耦合介质，超 声波换能器和支架浸在耦合介质中。其中，安装超声波换能器的支架表面上具有开口，所述超声波换 能器的发射面从所述开口露出。
其中，所述多个超声波换能器为五个换能器，其中包括两个在铁
轨中折射角为65-70度的换能器、两个在铁轨中折射角为37-45度的 换能器，以及一个在铁轨中折射角为0度的换能器。优选地，两个在 铁轨中折射角为65-70度的换能器中的每一个包括三个小换能器。
所述支架轴分为两段，支架两边分别与支架轴的一段连接。支架 两边分别插入每段支架轴端部的槽口中。
所述超声波轮式探头还包括阶梯块，阶梯块安装在支架上，所述 阶梯块具有多个与水平方向成预定角度的斜面，在每个斜面上安装超 声波换能器。
优选地，所述阶梯块具有五个不同角度的斜面，所述斜面中包括 两个使超声波在铁轨中折射角为65-70度的斜面、两个使超声波在铁 轨中折射角为37-45度的斜面，以及一个使超声波在铁轨中折射角为 O度的斜面。
相比现有的超声波设备，采用本实用新型的超声波探头，探头与 铁轨表面不直接接触，在小车运动过程中，不仅减小了对探头薄层的 磨损，而且也避免了因铁轨面卡陷而导致的探头损坏。
另外，将多个探头集中安装在一个轮胎内，使整个超声波探头的 注水口减少为一个，佳j殳备轻^f更易用。
将多个探头集中安装在一个轮胎内还有一个好处是，这将使信号 及图像更易于被，操作员理解和判断，减少误判。
图l是本实用新型的超伤车的示意图2是根据本实用新型实施方式的超声波探伤轮式探头的结构示
意图3是本实用新型的实施方式中轮式探头的支架的橫截面示意图； 图4是本实用新型的实施方式中轮式探头支架与轮轴的连接示意
图5是根据本实用新型第二实施方式的超声波探伤轮式探头的结
构示意图6是本实用新型的实施方式中阶梯块、支架与轮轴的结构及连 接示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的用于手推式探伤车的超声波探头包括多个超 声波换能器3、支架4、耦合介质5，耦合介质容器6及轴7。图l所 示是本实用新型的一种手推式探伤车，可以看到，在车体l下方安装 有两个导轨车轮2，车轮2可以沿铁轨滚动，从而使手推式探伤车在 铁轨上运动。在两个车轮2中间，安装有一个轮状容器6，主要的超 声波发射、检测元件就安装在该轮状物中。轮状容器6与铁轨表面接 触，并且也可以在4失轨上滚动。在前轮的连接有一个刷子，用于在轮 状容器6和铁轨之间提供水线，以有利于超声波传导进铁轨。刷子同 时还有清理轨道表面的作用。
图2是本实用新型一个实施方式的用于手推式探伤车的超声波探 头的结构示意图。其中，支架4可以是金属支架，也可以由其他材料 制成，支架4具有多个超声波换能器3的安装面，安装面为平面，在 本实施方式中，采用可以安装五个超声波换能器3的支架4作为示例。 支架4每个安装面的横截面如图3所示。优选地，金属架具有中空的 开口，形如一个"窗口"，超声波换能器3设计为长方形，因此金属 支架的安装面也呈长方形。每个安装面的四个角部具有通孔，以便通 过螺接等方式使超声波换能器3固定在上图所显示的金属架上，并且 超声波换能器3的发射面从开口露出。可选择地，本领域技术人员可 以采用各种适合的开口方式。
所有固定超声波换能器3的金属架4用金属片夹紧，然后固定到 轮式探头的支架轴7上。如图4所示，在图4的D-D剖视图上，金属 架4呈U型，向上突起的"U"型顶部用于安装超声波换能器3，而 金属架4的两个耳部插在轴的槽口之中，然后通过螺栓连接使金属架 4固定在支架轴7中。所述轴分为两段，两段轴中间可以使超声波通
过。每段轴都具有插接金属架4耳部的槽口，轴安装在车体l上，是 固定不动的。在轴上可以安装轴承，轴承外套一个圓形的金属圏，轮 状容器6就固定在此金属圈上。分隔开两段之间轴之间的间隔可以用 于透射超声波的波束。
在图4中，还显示了支架4不同安装表面的剖面图，由于超声波 换能器的形状不同，支架4相应的安装表面的尺寸、形状也有所不同。 A-A剖面表示安装70度探头的安装表面的剖面图，B-B剖面表示安 装45度探头的安装表面的剖面图，C-C剖面表示安装0度探头的安 装表面的剖面图。
当车轮2旋转时，金属架4和超声波换能器3固定不动。所有的 换能器3能够被独立地安装拆卸，如果其中一个损坏，只需替换该损 坏的换能器。超声波换能器发射的超声波可以从这个"窗口，，里发射 出来，先经过耦合介质容器6中的耦合介质5,然后折射到钢轨里。
超声波换能器3可以根据实际应用采用任何适合的换能器，这里 将图中在钢轨中产生70度折射角的超声波束的超声波换能器称为70 度探头，在钢轨中产生45度折射角波束的超声波换能器称为45度探 头，在钢轨中产生垂直向下波束的超声波换能器称为O度探头。如图 所示，折射角是在4失轨中折射的波束与垂直方向的夹角。由于70度 探头产生的波束集中在铁轨上部，因此，70度探头主要用来检测钢轨 头部的损伤。同理45度探头主要用来检测钢轨腰部的损伤，O度探头 主要用来检测钢轨底部的损伤及在任何部位的水平裂紋。
因为钢轨头部的损伤很多是以15度 25度倾斜，当70度的超声 波束能够垂直入射到所述损伤上时，对于以上述角度倾斜的损伤反射 信号较强，易于4企测到，另外，超声波换能器3的折射角度也可以设 置在65-70度之间。优选地，两个在铁轨中折射角为65-70度的换能 器中的每一个可以分割为三个小换能器，三个小换能器分别检查钢轨 头部的内侧、中部和外侧，以获得更好的检查效果。45度的探头在钢 轨产生的45度波束主要用来检测钢轨中部的损伤，例如钢轨连接处 螺孔的裂紋。也可以采用折射角略微小一些的波束角度，例如，超声
波换能器3的折射波束角度范围可以设置在37-45度之间。同样地，0 度探头在钢轨中产生竖直向下的超声波束，主要用来^r测钢轨中的水 平裂紋因为水平裂紋和竖直向下的超声波束垂直。当超声波束和螺孔 裂紋垂直时上述水平裂紋的反射信号最强，最易于检测到。
耦合介质5又称耦合剂，在超声检测技术中，为了使超声波传导 更加容易，需要在发射端和探测目标之间填充耦合介质。可以采用多 种适合的液体作为耦合介质5，优选地，在本实施方式中，采用水作 为耦合介质。
耦合介质5填充在耦合介质容器6中，耦合介质容器6与车体连 接，所述耦合介质容器6优选为轮状，以便在铁轨上滚动。例如在本 实施方式中，该容器6为一个塑料轮胎，该塑料轮胎通过轮式探头的 支架轴7与车体连接，并可以随小车的运动在铁轨上滚动。塑料轮胎 中注有水，水面浸过换能器3和支架4。超声探伤车通过刷子形成一 个注水口(也称为水刷)，注水口与车体2连接，用于向轮胎和铁轨之 间注水以^更形成水线，从而有利于超声波的耦合。优选地，塑料轮胎 的壁足够薄，使之对超声波导入铁轨的影响尽可能小。多个连接在支 架4上的超声波换能器3,浸在耦合介质5中。
超声波进入钢轨后，由于耦合介质和钢轨属于两种不同的介质， 超声波进入钢轨后会发生折射，在本申请中，折射角是指折射波束与 垂直方向的夹角。
根据声学的折射原理，钢轨里的超声波束的角度是 P= arcsin(Vsteel / Vfluid*sin(a))
其中，a为入射角，(3为折射角，Vfluid是超声波在液体(即耦合 介质)中的传播速度；V^是超声波在钢轨中的传播速度；入射角是 入射波束与垂直方向的夹角。
根据上述计算公式，用户可以通过在支架4不同角度的安装面上 安装换能器3来确定超声波的入射角，从而使超声波在铁轨中以预定 角度折射，以便:探测铁轨预定部位的损伤情况。
图5是根据本实用新型第二实施方式的超声波探伤轮式探头的结
构示意图。在本实施方式，阶梯型塑料块9安装在屋顶形状的金属支 架4下面(金属支架4在图5中没有显示，请参看图6),，在该塑料块 9上安装超声波换能器3。塑料块9的安装表面加工成与水平方向不 同角度的阶梯，在本实施方式中，阶梯块具有五个不同角度的斜面， 所述斜面中包括两个使超声波在铁轨中折射角为65-70度的斜面、两 个使超声波在铁轨中折射角为37-45度的斜面，以及一个使超声波在 铁轨中折射角为0度的斜面。将超声波换能器3的压电片直接粘贴在 塑料块的阶梯上，再在压电片上覆盖背衬材料。也可以选择整体的超 声波换能器3，换能器外部具有外壳，外壳上具有螺紋，安装有多个 超声波换能器是将超声波换能器的外壳与斜面螺接，所述斜面上相应 地也具有螺紋。然后，将整个阶梯塑料块9、支架4、超声波换能器3 组件放置在介质容器6，即轮胎中。轮胎中充有水，水作为超声波的 耦合介质，所述组件浸泡在水中。当超声波换能器3产生振动发出超 声波后，超声波首先直接导入塑料阶梯块，然后从塑料阶梯块9传入 水中，最后，超声波从水中导入钢轨。
根据声学原理，在超声波束进入钢轨之前将有两次折射，第一次
折射是从塑料块进入耦合介质发生的折射，折射角为
P = arcsin(Vfluid/V plastic* sin(a)) (1)
第二次折射是从耦合介质进入钢轨发生的折射，折射角为
|n = arcsin(Vsteel/Vfluid*sin(p)) (2)
把公式(l)代入7/^式(2)就得到，
p = arcsin(Vsteel/ Vplastic*sin(a)) (3) 其中公式(3)里的n是超声波在钢轨里的折射角，它只由钢轨中的
超声波速度Vsteel、塑料中超声波的速度Vp^ic及塑料阶梯与垂直方向
的角度a决定，而与轮胎里液体的因素无关，由于Vsteel和Vplastic受
温度的影响很小，因此可以认为最终钢轨中超声波的折射角不受温度
的影响。
本实施方式中阶梯的材料可以采用塑料，但也可以采用其他超声 波传声性能好的材料，比如有机玻璃等。
图6是本实用新型的实施方式中阶梯块、支架与轮轴的连接示意 图。该示意图包括连接结构中A-A剖面的剖视图，如图所示，部件包 括金属支架4、塑料阶梯块9和支架轴7。其中，如图所示，金属支 架4为弯曲的"屋顶"形的拱形支架，支架4与支架轴7连接，所述 支架轴7分为两段，两段轴中间可以使超声波通过。支架4中部的两 边分别通过螺丝与支架轴7的其中一段连接。从A-A剖面图上可以看 出，金属支架4在轴线上具有U型槽。有预定角度阶梯面的塑料块9 用螺丝安装在拱形金属支架4下面。屋顶形金属支架4的中部两侧用 螺丝安装到支架轴7上。塑料阶梯块9芯部是中空的，可以直接在阶 梯的斜面上固定超声波换能器3或在斜面上粘贴超声波压电片，然后 填充背衬材料。
尽管本实用新型是结合上述的优选实施方式进4亍描述的，但其实 现并不局限于上述的实施方式，应该认识到，在不脱离本实用新型精 神实质和范围的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型做出不同 的变化和修改。
权利要求1. 一种用于手推式探伤车的超声波轮式探头，其特征在于，包括多个超声波换能器、支架、耦合介质，轮状耦合介质容器及固定到车体上的轴，其中，支架通过支架轴与所述手推式探伤车连接，支架固定在支架轴上，多个超声波换能器安装在支架上，超声波换能器和支架位于耦合介质容器内部，耦合介质容器通过轴与车体连接，所述耦合介质容器为轮状，在所述耦合介质容器中充有耦合介质，超声波换能器和支架浸在耦合介质中。
2、 根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于，安装超声 波换能器的支架表面上具有开口 ，所述超声波换能器的发射面从所述开 口露出。
3、 根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于，所述多个 超声波换能器为五个换能器，其中包括两个在铁轨中折射角为65-70度的 换能器、两个在铁轨中折射角为37-45度的换能器，以及一个在铁轨中折 射角为0度的换能器。
4、 根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于，两个在铁 轨中折射角为65-70度的换能器中的每一个包括三个小换能器。
5、 根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于，所述支架 轴分为两段，支架两边分别与支架轴的一段连接。
6、 根据权利要求5所述的超声波轮式探头，其特征在于，支架两边 分别插入每段支架轴端部的槽口中。
7、 根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于，还包括阶 梯块，阶梯块安装在支架上，所述阶梯块具有多个与水平方向成预定角 度的斜面，在每个斜面上安装超声波换能器。
8、 根据权利要求7所述的超声波轮式探头，其特征在于，所述阶梯 块具有五个不同角度的斜面，所述斜面中包括两个使超声波在铁轨中折 射角为65-70度的斜面、两个使超声波在铁轨中折射角为37-45度的斜面， 以及一个使超声波在铁轨中折射角为0度的斜面。
专利摘要本实用新型公开了一种用于手推式超声波探伤车的轮式探头，包括多个超声波换能器、支架、耦合介质，轮状耦合介质容器及固定到车体上的轴。其中，支架通过支架轴与所述手推式探伤车连接，支架固定在支架轴上，多个超声波换能器安装在支架上，超声波换能器和支架位于耦合介质容器内部，耦合介质容器通过轴与车体连接，所述耦合介质容器为轮状，在所述耦合介质容器中充有耦合介质，超声波换能器和支架浸在耦合介质中。采用该探头，探头与铁轨表面不直接接触，在小车运动过程中，不仅减小了对探头薄层的磨损，而且也避免了因铁轨面卡陷而导致的探头损坏。而且，将多个探头集中安装在一个轮胎内，使注水口减少为一个，使设备轻便易用。
文档编号G01N29/24GK201081765SQ200720169218
公开日2008年7月2日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月7日
发明者罕 章 申请人:罕 章