一种基于漏磁检测的钢轨探伤车用检测探头的制作方法

本实用新型涉及一种基于漏磁检测的钢轨探伤车用检测探头。

背景技术：

铁路运输的大发展，我国进入高速铁路时代，铁路行车高速化、重载化和高密度化成为新铁路时代主要行车特点。客运列车的高速化，以及行车密度的提高，使得钢轨产生滚动接触疲劳(RCF)，这是高速铁路钢轨的主要损伤。高速铁路钢轨滚动接触疲劳是由于列车轮对与铁路钢轨接触过程中，接触应力过大，在列车载荷多次反复作用下，钢轨表面或亚表面的应力集中形变区形成微小裂纹。钢轨中的刺轮效应产生塑性累积变形，当累积塑性变形达到钢轨的最大韧性值，会导致裂纹、剥离、掉块、鱼鳞伤等伤损的产生。因此，滚动接触疲劳会促使钢轨发展为轨头裂纹、剥离掉块等伤损，当这些伤损发展到一定期限后，严重时可能导致铁路钢轨横向断裂。

现有铁路钢轨检测较为成熟的技术是超声波检测技术和涡流检测技术。其中超声波检测技术能对铁路钢轨内部缺陷进行有效检测，但是超声波检测时需要耦合剂，接触式检测，限制了巡检速度，当钢轨表面磨损严重、剥离掉块等会影响检测效果，不适用于铁路钢轨表面缺陷检测。涡流检测技术优势是对铁路钢轨表面和近表面缺陷进行检测，但是当钢轨表面比较粗糙、不平整时，会产生很多干扰信号，影响涡流检测信号，从而得不到准确的检测结果，涡流检测技术也不适于铁路钢轨高速巡检。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述现有技术，提出一种基于漏磁检测的钢轨探伤车用检测探头，能够有效采集钢轨表面和内部缺陷。

技术方案：一种基于漏磁检测的钢轨探伤车用检测探头，包括U型磁芯，所述U型磁芯上绕有激励线圈，所述U型磁芯的凹槽内水平设置传感器阵列电路板；所述传感器阵列电路板上布置有第一路传感器阵列、第二路传感器阵列、第三路传感器阵列；所述第一路传感器阵列包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面正对钢轨表面；所述第二路传感器阵列包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面垂直钢轨径向方向；所述第三路传感器阵列包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面垂直钢轨横向方向；每路传感器阵列的整体长度均为70mm。

进一步的，所述U型磁芯一侧边的外侧设有电涡流式位移传感器，所述电涡流式位移传感器的信号采集端正对钢轨表面。

进一步的，所述U型磁芯另一侧边的外侧设有里程编码器。

进一步的，U型磁芯的底部与支架固定，所述支架顶部中央固定有竖直的弹簧，支架顶部四角上分别设有一个吊环。

有益效果：本实用新型的钢轨探伤车用检测探头是基于漏磁检测工作的，铁磁性材料被局部磁化后，在局部磁化区，如果该材料有裂纹或者凹坑等伤损，伤损处的磁场分布会发生突变，有部分磁场会泄漏出来，形成漏磁场，通过检测铁磁性材料这部分的磁场变化，可以判断该材料的这部分是否存在损伤。为了全面获取被测钢轨表面漏磁场分布情况，本实用新型创造性的设计了传感器阵列结构，能够分别获得钢轨XYZ三个方向的漏磁场信号，并能够实现钢轨表面的横向全覆盖检测。采用霍尔传感器，其低频响应特性较好，具有较高的单位空间分辨率，体积小，测量范围相对巨磁阻传感器大，线性度好，更适用于本实用新型的阵列式传感器设计。

附图说明

图1为检测探头结构示意图；

图2为传感器阵列电路板结构示意图；

图3为三路传感器阵列检测漏磁场方向示意图；

图4为检测探头上设有电涡流式位移传感器里程编码器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1所示，一种基于漏磁检测的钢轨探伤车用检测探头，包括U型磁芯1，U型磁芯1的凹槽段上绕有激励线圈2，U型磁芯1的凹槽内水平设置传感器阵列电路板3。U型磁芯1采用硅钢片制备，其凹槽大小为95mm*25mm；激励线圈2采用直径为0.5mm的铜线绕制，匝数为2000；使用时，U型磁芯1倒置在钢轨上，并沿钢轨径向设置，U型磁芯1的两侧边一前一后位于钢轨上。U型磁芯1的底部与支架4固定，支架4顶部中央固定有竖直的弹簧6。支架4顶部四角上分别设有一个吊环5，四个吊环用于通过绳索连接在探伤车上。弹簧顶部与探伤车上的固定支架接触，用于减小探伤车行驶中由于振动产生检测探头提离而对检测结果产生的影响。

如图2所示，传感器阵列电路板3上布置有第一路传感器阵列31、第二路传感器阵列32、第三路传感器阵列33。其中，第一路传感器阵列31包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面正对钢轨表面，即用于检测如图3所示钢轨7沿BZ方向的磁漏。第二路传感器阵列32包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面垂直钢轨径向方向，即用于检测如图3所示钢轨7沿BX方向的磁漏。第三路传感器阵列33包括16个依次排列的线性霍尔传感器，每个线性霍尔传感器的感应面垂直钢轨横向方向，即用于检测如图3所示钢轨7沿BY方向的磁漏。每路传感器阵列都成直线排列，整体长度均为70mm，此长度与我国现役钢轨表面横向宽度一致，实现了钢轨表面横向覆盖检测。本实施例中，所有霍尔传感器型号均为UGN3503，霍尔传感器采用5V直流电源供电，48路霍尔电压输出连接到50芯的接头，输出到系统的下一级电路。数据处理时对这三个方向传感器的漏磁信号进行信号处理分析，能直观地反映被测钢轨表面的缺陷分布和特征。

进一步的，在U型磁芯1一侧边的外侧设有电涡流式位移传感器8，电涡流式位移传感器的信号采集端正对钢轨表面，在另一侧设有里程编码器9，如图4所示。由于检测探头与被测钢轨表面之间的提离值也是影响漏磁检测效果的因数之一，同时为了可以实时监测检测探头与被测钢轨表面的距离，确保探伤车巡检安全，设计了检测提离值的采集结构。考虑到钢轨属于铁磁性材料，能产生涡流效应，故采用了型号为BZF-II的电涡流式位移传感器，其非接触式测量的特点完全适用钢轨探伤车检测探头应用环境。在U型磁芯1另一侧边的外侧还设有里程编码器9，这是因为探伤车在实际的铁路钢轨巡检过程中，不仅仅要检出钢轨表面状况，还需要记录巡检结果对应的铁路钢轨里程值。当巡检过程中检测到钢轨表面有缺陷时，以便记录下巡检结果和当前里程值，以便数据回看与分析。

钢轨探伤车在运行时，首先通过激励电源给U型磁芯1上的激励线圈2施加直流激励源，使其产生磁场来对钢轨进行局部磁化，传感器阵列电路板3上的传感器阵列检测钢轨表面磁场变化情况，获取漏磁场信号，漏磁场信号传输给后级系统进行分析以及记录。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。