专利名称：一种用于钢轨检测的新型传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种安全防护装置，尤其是涉及一种用于钢轨检测的 新型传感器。
背景技术：
现阶段我囯铁路运输占据主体地位，为满足经济发展要求，近年来铁 道部对我国铁路系统已经进行了六次大提速，大大增加了我国铁路的运输 能力，在提高运输量和效率的同时，也对列车的安全稳定运行提出了更高 的要求。而钢轨损伤是铁路安全的最大隐患，因此对其检测至关重要
目前常用于检测钢轨损伤的无损探伤方法有磁粉法、射线法、超声法、
渗透法和涡流法。上述技术各有其优缺点磁粉检测现场应用非常简单， 能直接检测表面损伤，但如果被检工件表面有涂层或处于潮湿环境时，其 检测可靠性将大为降低；射线法中射线辐射�：θ颂澹觳馐北匦虢邪� 全防护，且有些工况不易实施；超声法对工件表层下损伤的检测也很有效， 但检测时需耦合剂，效率较低，对损伤的判定也有赖于技术人员的经验； 渗透法对表面开口裂紋检测灵敏度很高，但不适于有表面涂层的工件及潮 湿的环境，且对损伤的判定有赖检验人员的经验；涡流技术对表面开口裂 紋很灵敏，在表面涂层、潮湿和水底等恶劣环境下也能开展检测工作，可 检测缺陷的极限值为0.4mm，该类设备具有结构简单、灵敏度高、频率响 应特性好以及测试电路简单等优点。综上所述，涡流法对钢轨表面裂紋的 检测有其独特的优点。
对于涡流检测技术而言，其主要包括传感器(检测探头)技术、测量参 数的优化技术、缺陷信号的处理技术以及显示技术。其中，传感器的性能 对测试的精度和可靠性有着重要的影响。为了满足不同工件形状和大小的检测要求，按检测时测量线圈和试样的相互位置关系，传感器的测量线圈
可分为三大类a)穿过式传感器。此传感器将工件插入并通过线圈内部
进行检测。可用于检测管材、棒材、线材等可以从线圈内部通过的试件。
b)内通过式传感器。由环形线圈组成，用于检测管子或圆孔内部。c)放 置式传感器。放置式线圈，是一种使用最为广泛的涡流传感器。它适用于 各种板材、带材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件的某一区域进 行局部检测。目前，还没有一种用专门适用在钢轨损伤检测的传感器。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种用于钢轨检测的新型传感器，其结构简单、设计新颖、合理且使用 搡作方便，能够有效解决钢轨损伤检测问题。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种用于钢轨检 测的新型传感器，其特征在于包括对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡 流传感器，所述涡流传感器由一个激励线圈和一个测量线圏组成；所述激 励线圈由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈 由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圏组成，所述测量线圈位于激 励线圈的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈的直径小于激励线圈的直 径。
还包括为涡流传感器提供激励源的正弦函数发生器、对正弦函数发生 器所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一和为正弦函数发 生器与信号放大电路一进行供电的供电电源；所述正弦函数发生器接信号 放大电路一，信号放大电路一的两个输出端分别与激励线圏的两端相接。
所述测量线圈的线圈匝数、测量线圈的线圈直径以及激励线圈和测量 线圈间的间距H为通过正交试验设计法确定的最佳参数组合。
所述测量线圈的线圈匝数为300匝，测量线圈的直径为0.9mm,激励 线圈和测量线圈间的间距H为2mm,激励线圏的直径为9mm。所述激励线圈和一个测量线圏安装在一能倒扣在钢轨上的外部壳体 内，所述外部壳体下部设置有与钢轨的上部结构相对应的凹槽。
所述外部壳体为u形外壳，所述激励线圈和一个测量线圈均安装在U 形外壳内且均安装在U形外壳上部中部，所述U形外壳的内部结构与钢轨 的上部结构相对应。
所述U形外壳的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨的上部侧壁上
前后移动的固定轮，u形外壳的内部上方设置有一个或多个能在钢轨上表
面上前后移动的导向轮，U形外壳的外部上方设置有一带动U形外壳沿钢 轨前后移动的手扶支杆。
所述手扶支杆中部安装有一电源箱，所述正弦函数发生器和信号放大 电路一均设置在一电路板上，所述电路板和供电电源均安装在电源箱内。
所述正弦函数发生器为能产生频率为10-100KHz的正弦波信号的芯 片ICL8038。
所述信号放大电路一由前级电压放大电路一和与所述前级电压放大 电路一相接的后级功率放大电路组成。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点
1、 对传感器结构进行特殊设计，具体是在传感器的外部壳体上设置 凹槽且使得该凹槽与钢轨结构相对应，即与工字形钢轨嵌套使用，因而检 测更加全面快速。
2、 检测时无须对钢轨打磨或对表面进行除污去锈处理，能直接穿透 钢轨表面的油漆等防腐层进行探测。
3、 灵敏度高且使用搡作简便， 一般人员简单学习即能使用，对检测 员技术水平要求不高，不同于传统的定期、高费用检测。本作品只要求巡 道工人在两列火车通过的时间间隙，手持仪器以正常步幅推动传感器在钢 轨上滑行即能完成检测。
4、 适用面广，适合于各种恶劣环境下工作，并且对于一般的铁磁性材 料均可检测，具有较广泛的实用价值。5、 由于影响传感器性能的因素有很多，主要有激励线圏、测量线圈 匝数、激励线圈与测量线圈之间的相对距离、测量线圈直径等，本发明中 采用正交试验法处理上述诸多因素的确定问题，因而能快速准确地获得传 感器参数的最佳组合，使传感器达到最好性能。
6、 由于钢轨长期裸露在野外，工作环境十分恶劣，与其他检测方法 相比，涡流探伤技术对表面裂紋灵敏度较高，不受工件表面涂层和潮湿等 不利因素的影响，且结构轻便，因此更适合钢轨检测。本发明充分利用涡 流检测的优点，使检测灵敏度提高了 10%，同时使用长把手即手扶支杆，
减小了巡道工人的工作强度，检测速度提高了30%,重量减轻20%左右。 8、经济实用，具有很高的应用前景，本发明能完全满足目前国内铁
路曰常检测的需要，极大地提高铁路运行安全性。如投入生产使用，则会 节省大笔的进口设备的费用。
综上所述，本实用新型结构简单、设计新颖、合理且使用操作方便， 能够有效解决钢轨损伤检测问题。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图l为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型的内部结构示意图。 图3为本实用新型的使用状态参考图。 附图标记说明
1 一涡流传感器； 1-1—激励线圈；
2—正弦函数发生器； 3—信号放大电路 5—底座； 6—钢轨；
8 —固定轮； 9一导向轮； ll一电源箱。
l-2—测量线圏; 4—供电电源； 7—U形外壳； 10—手扶支杆；具体实施方式
如图l、图2及图3所示，本实用新型包括对钢轨损伤进行检测的表面 放置式涡流传感器1,所述涡流传感器1由一个激励线圈1-1和一个测量 线圈1-2组成。所述激励线圈1-1由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部 的线圈组成，所述测量线圈1-2由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的 线圈组成，所述测量线圈1_2位于激励线圈1-1的下方中部且二者呈正交 分布，测量线圈1-2的直径小于激励线圈1-1的直径。其中，激励线圈1-1 两端加激励电压Ui,测量线圈1-2两端为感应输出电压Uo。
本实用新型还包括为涡流传感器1提供激励源的正弦函数发生器2、 对正弦函数发生器2所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一 3和为正弦函数发生器2与信号放大电路一 3进行供电的供电电源4。所 述正弦函数发生器2接信号放大电路一 3,信号放大电路一 3的两个输出 端分别与激励线圈1-1的两端相接。所述测量线圈1-2的线圈匪数、测量 线圈1-2的线圈直径以及激励线圈1-1和测量线圈1-2间的间距H为通过 正交试验设计法确定的最佳参数组合。本实施例中，经正交试验方法法确 定后，所述测量线圈1-2的线圈匝数为300匪，测量线圈1-2的直径为 0. 9mm，激励线圈1-1和测量线圈1-2间的间距H为2mm,激励线圈1-1 的直径为9mm。
所述激励线圈l-l和一个测量线圈l-2安装在一能倒扣在钢轨6上的 外部壳体内，所述外部壳体下部设置有与钢轨的上部结构相对应的凹槽。 所述外部壳体为U形外壳7，所述激励线圈1-1和一个测量线圏1-2均安 装在U形外壳7内且均安装在U形外壳7上部中部，所述U形外壳7的内 部结构与钢轨6的上部结构相对应。
所述U形外壳7的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨6的上部侧 壁上前后移动的固定轮8, U形外壳7的内部上方设置有一个或多个能在 钢轨6上表面上前后移动的导向轮9， U形外壳7的外部上方设置有一带 动U形外壳7沿钢轨前后移动的手扶支杆10。所述导向轮9能保持涡流传感器1到被测材料即钢轨6间的距离相对恒定，并且能方便涡流传感器1 更快速地在钢轨6上前进；长约一米的手扶支杆IO是为了方便巡道工人 检测而设计的。
所述手扶支杆10中部安装有一电源箱11,所述正弦函数发生器2和 信号放大电路一 3均设置在一电路板上，所述电路板和供电电源4均安装 在电源箱ll内。另外，手扶支杆10底部固定在U形外壳7正上方所设置 的底座5上，且手扶支杆10与底座5之间的连接方式为铰接。
本实施例中，所述正弦函数发生器2为能产生频率为10- lOOKHz的 正弦波信号的芯片ICL8038。所述信号放大电路一 3由前级电压放大电路 一和与所述前级电压放大电路一相接的后级功率放大电路组成。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限 制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更 以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种用于钢轨检测的新型传感器，其特征在于包括对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器(1)，所述涡流传感器(1)由一个激励线圈(1-1)和一个测量线圈(1-2)组成；所述激励线圈(1-1)由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈(1-2)由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈(1-2)位于激励线圈(1-1)的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈(1-2)的直径小于激励线圈(1-1)的直径。
2. 按照权利要求l所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特征在 于还包括为涡流传感器(1)提供激励源的正弦函数发生器(2)、对正 弦函数发生器(2)所产生的正弦波信号进行放大处理的信号放大电路一(3)和为正弦函数发生器(2)与信号放大电路一 (3)进行供电的供电 电源(4);所述正弦函数发生器(2)接信号放大电路一 (3),信号放 大电路一 (3)的两个输出端分别与激励线圈(1-1)的两端相接。
3. 按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特 征在于所述测量线圈(1-2)的线圏匝数、测量线圏(1-2)的线圈直径 以及激励线圈(1-1)和测量线圈(1-2)间的间距H为通过正交试验设计 法确定的最佳参数组合。
4. 按照权利要求l或2所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特 征在于所述测量线圈(1-2)的线圏匝数为300匝，测量线圈(1-2)的 直径为0. 9mm,激励线圈(1-1)和测量线圈(1-2)间的间距H为2mm, 激励线圈(1-1)的直径为9mm。
5. 按照权利要求l或2所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特 征在于所述激励线圈(1-1)和一个测量线圈(1-2)安装在一能倒扣在 钢轨(6)上的外部壳体内，所述外部壳体下部设置有与钢轨的上部结构 相对应的凹槽。
6. 按照权利要求5所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特征在于所述外部壳体为U形外壳(7),所述激励线圈(l-l)和一个测量线 圈(1-2)均安装在U形外壳(7)内且均安装在U形外壳(7)上部中部， 所述U形外壳(7 的内部结构与钢轨(6)的上部结构相对应。
7. 按照权利要求6所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特征在 于所述U形外壳(7)的内部左右两侧分别设置有一个能在钢轨(6)的 上部侧壁上前后移动的固定轮(8) , U形外壳(7)的内部上方设置有一 个或多个能在钢轨(6)上表面上前后移动的导向轮(9) , U形外壳(7) 的外部上方设置有一带动U形外壳(7)沿钢轨前后移动的手扶支杆(10)。
8. 按照权利要求7所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪，其 特征在于所述手扶支杆(10)中部安装有一电源箱(11)，所述正弦函 数发生器(2)和信号放大电路一 (3)均设置在一电路板上，所述电路板 和供电电源(4)均安装在电源箱(11)内。
9. 按照权利要求l或2所述的一种用于钢轨检测的新型传感器，其特 征在于所述正弦函数发生器(2)为能产生频率为10~ lOOKHz的正弦波 信号的芯片ICL8038。
10. 按照权利要求1或2所述的一种用于钢轨检测的便携式涡流探伤 仪，其特征在于所述信号放大电路一 (3)由前级电压放大电路一和与 所述前级电压放大电路一相接的后级功率放大电路组成。
专利摘要本实用新型公开了一种用于钢轨检测的新型传感器，包括对钢轨损伤进行检测的表面放置式涡流传感器，所述涡流传感器由一个激励线圈和一个测量线圈组成；所述激励线圈由U形磁芯和缠绕在所述U形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈由I形磁芯和缠绕在所述I形磁芯中部的线圈组成，所述测量线圈位于激励线圈的下方中部且二者呈正交分布，测量线圈的直径小于激励线圈的直径。本实用新型结构简单、设计新颖、合理且使用操作方便，能够有效解决钢轨损伤检测问题。
文档编号G01N27/90GK201429587SQ20092003361
公开日2010年3月24日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者栋 刘, 赵文博, 马旺宇 申请人:长安大学
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