按照一定的时序顺序发射超声信号进行钢轨探伤。
[0051]步骤5:超声波信号在钢轨中传播，遇到介质改变(例如:钢轨内部有裂纹等情况)发生反射，反射的探测回波信号由接收探头阵列进行接收。
[0052]步骤6:在控制模块的控制下，接收探头阵列将探测回波信号发送至数据存储模块暂时存储，再由数据传输模块通过无线网络发送至后台处理器。
[0053]步骤7:后台处理器接收到探测回波信号后，一方面进行分析处理和探测成像，得出检测结果，一方面检测是否结束探测。如果是，结束探测；如果否，回到步骤1，后台处理器向探测前端发送下一组宽频探测信号及相关控制指令。
[0054]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
【主权项】
1.基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于包括探测前端和后台处理器，探测前端和后台处理器通过无线方式连接:所述后台处理器，用于产生宽频探测信号及控制指令，并将宽频探测信号及控制指令发送至探测前端，然后接收探测前端传回的探测回波信号进行处理和成像；所述探测前端，接收后台处理器的数据和指令、发射超声信号进行探测、接收反射回波信号，并将数据传回至后台处理器。2.根据权利要求1所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的探测前端，包括发射探头阵列、接收探头阵列、数据传输模块、数据存储模块和控制模块，其中发射探头阵列发射超声波信号进行探测，接收探头阵列接收反射的探测回波信号，数据传输模块负责探测前端与后台处理器之间的无线通信，数据存储模块用于存储后台处理器发来的宽频探测信号和接收探头阵列已接收的探测回波信号，控制模块负责控制探测前端各个部分之间的协调工作。3.根据权利要求1所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的探测前端，被内置于钢轨探伤车的车轮中，车轮内充满耦合液，探测前端的顶部通过连接杆与车轮中心的轮轴相连，探测前端在重力的作用下始终处于下垂状态，并与轮轴保持相对静止，探测前端的底部与车轮之间的缝隙被耦合液充满，探测前端的底部与车轮底部尽可能贴近，从而使发射探头阵列和接收探头阵列尽可能贴近钢轨，以便缩短信号游程，实现在保证回波信号不丢失的情况下，提高轮式探伤车的运行速度，更好地匹配高速铁路的需求，同时，探测前端的底部与钢轨贴近，所发射的超声信号能够绝大部分进入钢轨，从而减小信号损耗，提高探测效率。4.根据权利要求2所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的发射探头阵列，由若干发射探头按某种排列规律，形成时空四维阵列，即设计时，需同时考虑一维时间与三维空间:在时间上，发射探头阵列中的发射探头按照一定的时序顺序依次发射超声波信号，以减少探头之间的声束干扰；在空间上，发射探头阵列由二维探头阵列拓展为三维立体阵列，即发射探头阵列不但要设定发射探头在二维空间的排列规律，还要设定发射探头在三维立体空间中的高度、形态等。5.根据权利要求4所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述发射探头，由超声换能器和功率聚焦装置构成，具有宽频、大功率、小口径的特点，其中超声换能器为宽频大功率超声换能器，可以将宽频探测信号转换为宽频大功率超声信号发送出去，功率聚焦装置为类似漏斗的空心装置，即顶部口径大、底部口径小，并由声阻抗较高的材料制成，超声换能器的底部口径与功率聚焦装置的顶部口径尺寸一致，超声换能器紧密贴合在功率聚焦装置的顶部。6.根据权利要求5所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的功率聚焦装置，能够将超声换能器产生的宽频大功率超声信号通过汇聚，从底部小口径发射孔发射出去，当功率聚焦装置的顶部形状与底部形状不一致时，功率聚焦装置需通过外壳的空间变形进行异形转换，功率聚焦装置的高度、倾斜度、底部口径等可以根据需要调节，从而使车轮内的有限空间能够容纳数量更多的发射探头组成发射探头阵列，以提尚探测精度。7.根据权利要求5所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的宽频大功率超声换能器，由多个不同频率范围的窄频条状超声换能器按照频率由低到高的顺序拼接而成，再将拼接后的整体与功率聚焦装置相连。8.根据权利要求2所述的基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置，其特征在于所述的接收探头阵列，由若干高灵敏度小口径宽频接收探头组成，高灵敏度小口径宽频接收探头围绕发射探头对称分布，接收探头的数量可以根据需要设置，以获得所需的探测精度，高灵敏度小口径宽频接收探头可以是电容式微加工超声探头或压电薄膜超声探头等多种类型的探头。9.基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像方法，其特征在于探测过程包括以下步骤: 步骤1:系统启动后，后台处理器将待发射的宽频探测信号及相关控制指令通过无线通信方式发送至探测前端， 步骤2:探测前端的数据传输模块接收数据，并将控制指令传送至探测前端的控制模块，将宽频探测信号传送至数据存储模块， 步骤3:在控制模块的控制下，数据存储模块将宽频探测信号传送至发射探头阵列，步骤4:在控制模块的控制下，发射探头阵列中的发射探头将宽频探测信号转换为宽频超声信号，并按照一定的时序顺序发射超声信号进行钢轨探伤， 步骤5:超声波信号在钢轨中传播，遇到介质改变(例如:钢轨内部有裂纹等情况)发生反射，反射的探测回波信号由接收探头阵列进行接收， 步骤6:在控制模块的控制下，接收探头阵列将探测回波信号发送至数据存储模块暂时存储，再由数据传输模块通过无线网络发送至后台处理器， 步骤7:后台处理器接收到探测回波信号后，一方面进行分析处理和探测成像，得出检测结果，一方面检测是否结束探测，如果是，结束探测；如果否，回到步骤1，后台处理器向探测前端发送下一组宽频探测信号及相关控制指令。
【专利摘要】本发明公开了一种基于时空四维宽频阵列的高速钢轨超声探测成像装置。该装置包括探测前端和后台处理器，两者通过无线方式连接。探测前端中的发射探头阵列由传统的二维探头阵列扩展为三维立体阵列，其中发射探头由宽频大功率超声换能器和立体漏斗形功率聚焦装置贴合而成，可以同时实现大功率和小口径发射，解决了发射功率和发射口径之间的矛盾。超声换能器采用多频段条状超声换能器拼接而成，能够灵活地产生所需的宽频发射信号。功率聚焦装置可以根据需要调节其高度、倾斜度等，使有限空间内能够容纳更多数量的探头组成探头阵列，以提高探测精度。本发明所述装置和方法能够从多方面提高探测精度，满足高速钢轨探测需求。
【IPC分类】G01N29/06
【公开号】CN105136905
【申请号】CN201510519909
【发明人】韦岗, 王一歌, 曹燕, 杨萃, 刘娇蛟, 马碧云, 李 杰, 赵明剑
【申请人】广州丰谱信息技术有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月21日