一种适用于车轮的高精度涡流感应器的制作方法

本发明属于无损检测领域，尤其是涉及一种适用于车轮的高精度涡流感应器。

背景技术：

随着现代科技快速发展，交通工具的种类与数量也越来越庞大。人们在追求舒适体验与速度的同时，对乘车的安全性和可靠性也提出了更高的要求。昔日的以故障修为主的维修模式，已不能满足日益繁忙的交通对安全性的要求。对轨道以及车轮进行抽检或定期检测，转变维护模式，使得乘车安全向着综合化、智能化方向发展，已成为保障乘车安全的重要手段之一。

目前针对车轮缺陷测距的方法主要由超声波、激光、图像识别以及电涡流者四种。激光对反射面的光洁度、偏转角度要求较高，且激光和图像识别均易受车轮状态影响，如粉尘、油污较大等。而超声波对宽度小于50mm的部分难以实施探伤。电涡流在相同条件下，具有很好的检测效果。传统的涡流传感器采用单个涡流探头对不见受检面反复往返、步进扫描的校测。而现有的涡流感应器，多采用阵列式。其采用电子学的方法，按照设定的逻辑程序，对阵列单元分时切换，逐个扫描全部的阵列单元，将各单元获取的涡流响应信号接入一起的信号处理系统，完成一个阵列的巡回检测。但是，阵列式涡流感应器需要多个检测探头，不仅是对资源的一种浪费，多个检测探头在工作时，彼此在工作时，会产生一定的干扰，影响最终的精确度。

另外，因为车轮的特殊形状，其具有踏面和两个侧面，目前还没有针对车轮的特殊形状进行检测的涡流感应器。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种涡流感应器，其整体呈环形，适用于车轮检测，涡流检测探头采用线排布，减少了探头的使用数量，提高了感应器的精确度，且检测速度快。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种适用于车轮的高精度涡流感应器，包括：

铁制固定套，其靠近圆心侧设有环形开口，用于套合所述车轮；

涡流检测探头，其设于铁制固定套内侧，分为三段，分别用于检测所述车轮的踏面以及两个侧面；

支架，其与所述铁制固定套固定连接；

发动机，其一端通过传动轴与所述车轮相连；另一端与远程监控设备相连；

信号传送系统，其一端与所述涡流检测探头导线连接，另一端与所述远程监控设备相连；

其中，所述铁制固定套由第一固定套体和第二固定套体组成；所述第一固定套体远离环形开口一侧与所述支架相连；所述第一固定套体与所述第二固定套体一端可旋转连接，另一端卡扣连接。

本发明所述涡流感应器，整体采用环形，内设环形开口的铁制固定套，并且将铁制固定套分成两部分，一端可旋转连接，另一端卡扣连接，实现套合所述车轮。所述涡流感应器环形开口的内部还设有涡流检测探头，其分为三段，分别用于检测所述车轮的踏面以及两个侧面，所述铁制固定套展开成一个平面时，三段涡流检测探头成一条直线；涡流检测探头采用线式排布，降低了阵列排布时，多个涡流检测探头之间产生的干扰，提高了涡流感应器的精密度和准确度；所述涡流感应器的其中一部分与支架相连，用于固定所述涡流感应器。本发明还设有发动机，与涡流检测探头的线排布相配合使用。其一端通过传动轴与所述车轮相连，另一端与远程监控设备相连；因为涡流检测探头为线排布，仅仅能检测车轮的一条线的缺陷情况，而在加了发动机之后，发动机通过传动轴使得与所述涡流感应器套合的车轮旋转，呈线排布的涡流检测探头即可扫描整个车轮。

作为本发明的一种优选方案，所述第一固定套套体包括第一连接端和第一自由端；所述第二固定套体包括第二连接端和第二自由端；所述第一连接端设有第一盲孔；所述第二连接端设有第二盲孔；所述第一连接端插入所述第二连接端时，所述第一盲孔与所述第二盲孔形成径向通道，并通过铰接轴连接；所述第一自由端上设有金属环；所述第二自由端上设有凸起部；所述铁制固定套套合所述车轮时，所述金属环与所述凸起部相互扣和，起到固定连接作用。应当理解为，其他能使得第一连接端和第二连接端开合，从而放入车轮和固定铁制固定套的方案，如，利用复位结构进行开关等，均属于本发明的保护范围内。

作为本发明的一种优选方案，所述涡流检测探头由线圈和磁芯组成；所述磁芯呈“t”形，所述线圈缠绕在所述磁芯上。磁芯为“t”形，可有效减少漏磁的现象。

作为本发明的一种优选方案，所述涡流检测探头直径为3-50mm。当对检测结果的精确度要求不是很高时，可选择直径较大的涡流检测探头进行检测；当对检测结果的精确度要求较高时，可选择直径较小的涡流检测探头进行检测。

作为本发明的一种优选方案，所述远程监控设备包括电子切换装置，其用于控制和改变涡流检测探头中线圈的激励频率、强度、顺序以及滤波参数；所述涡流检测探头扫描方式为单激励/差分接受扫描，每三个涡流检测探头为一组。

根据传感器的原理，传感器首先需要一个激励线圈，通以交变电流，使其周围及受检工件内激励形成电磁场；同时为了检出在电磁场作用下反映工件各种特征信号，还需要一个接收线圈。涡感应器的激励线圈和接收线圈可以是功能不同的两个线圈，也可以是同一线圈具有激励和接收两种功能。本发明的涡流检测探头并非采用传统的阵列式，而是线排布。但是线排布时，其左右涡流检测探头中的线圈之间也存在着干扰。电子切换装置与所述涡流检测探头相连，可以灵活改变和切换探头的激励和接收方式。激励的顺序可以有多种，如，某一线圈激励时，与其相邻的其他激励线圈不激励，仅当这一激励线圈激励结束后，与其相邻的另一个激励线圈开始激励，激励时序设置有一定的间隔时间；或者是，某一激励线圈激励时，与其不相邻的，即与其间隔1个或多个的线圈同时激励。电子切换装置还可控制线圈的激励频率、强度以及滤波参数。当检测到缺陷时，可不激励未检测到缺陷的线圈，将检测到缺陷的一段的线圈的激励频率、强度增大，以增强其对缺陷的灵敏度。在本优选方案中，将每三个线圈分为一组。因为本发明的涡流检测探头为线排布，所述的单激励/差分接收扫描为：处于中间位置的线圈为激励线圈，而其两侧的线圈为接收线圈。

作为本发明的一种优选方案，所述远程监控设备包括成像装置和声光报警装置；所述声光报警装置设有3个报警阈值。成像装置，可以清楚的将涡流检测探头检测到的缺陷呈现出来，使得对缺陷的判断更加直观。声光报警装置，可以通过设置报警阈值，在缺陷高于某一数值时，进行声光报警。二者并联，即，其中某一装置发生故障，另一装置还可继续进行判断。确保了在特殊情况下，对车轮缺陷的判断。进一步的，所设定的阈值为h＜0.8mm，0.8mm≤h＜1.5mm；h≥1.5mm。在不同的阈值范围内，可设置不同的报警声音和不同颜色的指示灯进行报警。

作为本发明的一种优选方案，还包括温度感应器；所述铁制固定套上设有通孔；所述温度感应器的工作端插入所述通孔，并通过橡胶胶水固定；所述温度感应器外侧设有封闭结构；所述温度感应器与所述信号传送系统导线连接。绝对式涡流检测探头对材料性能或形状的突变或缓慢变化均能作出反应，混合信号较易区分，能显示缺陷的整个长度，但易受温度变化影响产生漂移。在铁制固定套外设置温度感应器，通过信号传送系统进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

作为本发明的一种优选方案，还包括红外线热成像仪，其与所述信号传送系统相连，用于监测所述铁制固定套表面温度。红外热成像仪主要是利用物体的红外辐射特点，其可在摄像头课件范围内监测物体表面的温度，且温度差为0.05℃。

作为本发明的一种优选方案，还包括车轮转速传感器；所述车轮转速传感器与所述信号传送系统导线相连。车轮转速传感器用以监测车轮转速，远程监控设备通过控制发动机来控制车轮的转速，根据车轮的直径大小以及涡流加测探头直径的大小来设定车轮的转速。

作为本发明的一种优选方案，所述铁制固定套和所述支架外表面涂油过氯乙烯或高氯乙烯防腐漆中的一种。铁制固定套易于空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应，在其外表面涂有防腐的油漆，可以避免其外表面发生腐蚀现象，从而延长其使用寿命。

本发明的有益之处在于：

1、本发明涡流感应器整体采用环形结构，内设环形开口，提供了一种适用于车轮形状的涡流感应器，可对车轮踏面和侧面检测；

2、涡流感应器内部设置有三段涡流检测探头，采用线排布，降低了多个涡流检测探头之间产生的干扰，提高了涡流感应器的精密度和准确度；发动机与车轮相连接，使得一排涡流检测探头就能检测车轮，省时省力；

3、与涡流成像装置和声光报警装置相连，对缺陷进行成像显示和声光报警，对缺陷的判断更加直观。

4、铁制固定套外设温度感应器，通过信号传送系统进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

附图说明

图1为本发明的涡流感应器的示意图；

图2为本发明第一固定套与第二固定套体套合车轮示意图；

图3为本发明的铁制固定套展开时局部示意图；

图4为本发明发动机示意图；

图5为本发明涡流检测探头局部排列示意图；

图6位本发明支架示意图；

图7为本发明的温度感应器插入铁制固定套通孔的示意图；

图8为第一连接端和第二连接端放大示意图；

图9为一种涡流线排布传感器线圈分布示意图；

图10为单激励/差分接收扫描规则示意图；

图11为成像示意图。

其中，1、铁制固定套；11、第一固定套体；111、第一连接端；1111、第一盲孔；112、第一自由端；1121、金属环；12、第二固定套体；121第二连接端；1211、第二盲孔；122、第二自由端；1221、凸起部；13、铰接轴；14、通孔；2、涡流检测探头；21、磁芯；22、线圈；3、导线；4、支架；41、顶面；411、曲面；42、侧面；43、底面；5、发动机；51、传动轴；6、信号传送系统；7、温度感应器；71、工作端；72、封闭结构；8、车轮；81、踏面；82、侧面；9、缺陷。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，一种适用于车轮8的高精度涡流感应器，包括：铁制固定套1，其靠近圆心侧设有环形开口，用于套合所述车轮8；如图3所示，涡流检测探头2，其设于铁制固定套1内侧，分为三段其分为三段，分别用于检测所述车轮8的踏面81以及两个侧面82，进一步的，所述铁制固定套1展开成一个平面时，三段涡流检测探头2成一条直线；如图5所示。支架4，其与所述铁制固定套1固定连接；进一步的，如图6所示，所述支架4包括顶面41、侧面42和底面43；所述顶面41的宽度不小于车轮8踏面81的宽度，且不大于底面43的宽度；所述顶面41至少有一部分为曲面411。支架4为实心结构，最好为密度较大的金属结构或木质，其表面刷有耐腐蚀的油漆。发动机5，如图4所示，其一端通过传动轴51与所述车轮8相连；另一端与远程监控设备相连；信号传送系统6，其一端与所述涡流检测探头2导线3连接，另一端与所述远程监控设备相连；其中，如图2所示，所述铁制固定套1由第一固定套体11和第二固定套体12组成；所述第一固定套体11远离环形开口一侧与所述支架4相连；所述第一固定套体11与所述第二固定套体12一端可旋转连接，另一端卡扣连接。

作为本发明的另一种实施方式，所述第一固定套套体包括第一连接端111和第一自由端112；所述第二固定套体12包括第二连接端121和第二自由端122；如图8所示，所述第一连接端111处设有第一盲孔1111；所述第二连接端121处设有第二盲孔1211；所述第一连接端111插入所述第二连接端121时，所述第一盲孔1111与所述第二盲孔1211形成径向通道，并通过铰接轴13连接；所述第一自由端112上设有金属环1121；所述第二自由端122上设有凸起部1221；所述铁制固定套1套合所述车轮8时，所述金属环1121与所述凸起部1221相互扣和，起到固定连接作用。

作为本发明的另一种实施方式，所述涡流检测探头2由线圈22和磁芯21组成；所述磁芯21呈“t”形，所述线圈22缠绕在所述磁芯21上，如图7所示。进一步的，所述磁芯21为铁氧体磁芯21；所述线圈22缠绕在所述铁氧体磁芯21上；所述涡流检测探头2与车轮8的接触端面由柔性材料制成，非接触端面由磁场屏蔽材料制成。最好是，所述探头于车轮8的接触端面为耐磨的柔性材料，一提高探头的使用寿命。

作为本发明的另一种实施方式，所述涡流检测探头2直径为3-50mm。

作为本发明的另一种实施方式，所述远程监控设备包括电子切换装置，其用于控制和改变涡流检测探头2中线圈22的激励频率、强度、顺序以及滤波参数；所述涡流检测探头2扫描方式为单激励/差分接受扫描，每三个涡流检测探头2为一组。本发明的涡流检测探头2并非采用传统的阵列式，而是线排布。但是线排布时，其左右涡流检测探头2中的线圈22之间也存在着干扰。电子切换装置与所述涡流检测探头相连，可以灵活改变和切换探头的激励和接收方式。激励的顺序可以有多种，如，某一线圈22激励时，与其相邻的其他激励线圈22不激励，仅当这一激励线圈22激励结束后，与其相邻的另一个激励线圈22开始激励，激励时序设置有一定的间隔时间；或者是，某一激励线圈22激励时，与其不相邻的，即与其间隔1个或多个的线圈22同时激励。电子切换装置还可控制线圈22的激励频率、强度以及滤波参数。当检测到缺陷9时，可不激励未检测到缺陷9的线圈22，将检测到缺陷9的一段的线圈22的激励频率、强度增大，以增强其对缺陷9的灵敏度。具体地，当某一激励线圈22激励时，与其相邻的其他激励线圈22不激励，仅当此激励线圈22激励结束后，与其相邻的另一个激励线圈22开始激励，激励时序设置一定间隔。如，如图10所示，a2为激励线圈22，与a2相邻的a1和a3位接收线圈22。如图9所示，当a2激励时，其他线圈22不激励，仅当a2线圈22激励结束后，a5才开始激励，激励时序设置为0.1秒。也可以为，互不相邻的线圈22都作为激励线圈22，同时对激励线圈22进行激励。即，在图9中，a2与a5、a8......同时激励。

作为本发明的另一种实施方式，所述远程监控设备包括成像装置和声光报警装置；所述声光报警装置设有3个报警阈值。在使用声光报警装置时，设置四个报警区域，分别为h＜0.4mm，0.4mm＜h＜0.8mm，0.8mm＜h＜1.2mm，h＞mm。不同的报警区域，设置不同的报警声音和不同的灯光颜色，或者以不同的、且明显能区别开的声音时长以及灯光闪烁次数进行区分。成像装置可以清楚、直观的将缺陷9的图像呈现出来，如图11所示。

作为本发明的另一种实施方式，还包括温度感应器7；所述铁制固定套1上设有通孔13；所述温度感应器7的工作端71插入所述通孔13，并通过橡胶胶水固定；所述温度感应器7外侧设有封闭结构72；所述温度感应器7与所述信号传送系统6导线3连接。绝对式涡流检测探头对材料性能或形状的突变或缓慢变化均能作出反应，混合信号较易区分，能显示缺陷9的整个长度，但易受温度变化影响产生漂移。在铁制固定套1外设置温度感应器7，通过信号传送系统进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

作为本发明的另一种实施方式，还包括红外线热成像仪，其与所述信号传送系统6相连，用于监测所述铁制固定套1表面温度。红外线性热成像仪，可监测铁制固定套1表面温度，通过信号传送系统进行温度补偿计算，降低了系统性误差。

作为本发明的另一种实施方式，还包括车轮8转速传感器；所述车轮8转速传感器与所述信号传送系统6导线3相连。

作为本发明的另一种实施方式，所述铁制固定套1和所述支架4外表面涂油过氯乙烯或高氯乙烯防腐漆中的一种。

本发明的涡流感应器的使用方法为：拿起第二固定套体12，使得其沿着第二连接端121旋转，然后将车轮8放入所述第一固定套体11中，继续旋转第二固定套体12，使得第二自由端122与第一固定套体11的第一自由端112相接，然后拿起金属环1121，使得其旋转，与第二固定套体12上的凸起部1221相配合，从而使得第一固定套体11与第二固定套体12套合固定连接。将传动轴51一端与发动机5输出端连接，另一端与车轮8连接。打开电源，打开电子切换装置、成像装置和声光报警器，电子切换装置控制涡流检测探头2中线圈22的激励频率、强度、顺序以及滤波参数。此时车轮8轻轻转动，车轮8转速传感器将此时的转速传输到远程监控设备中，远程监控设备据此调控车轮8转速。电子切换装置控制信号传送系统6中的振荡器模块产生高频振荡电流，通过导线3流入探头线圈22中，线圈22产生一个高频电磁场。互不相邻的线圈22作为激励线圈22。所述涡流检测探头通过导线3与所述振荡器模块相连。当铁制固定套1套合待检测车轮8时，由于高频磁场的作用，在车轮8表面上就产生了感应电流，即电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈22磁场方向相反，这个磁场相互叠加改变了原线圈22的阻抗。通过线性补偿模块，将线圈22与金属导体的距离变化，转化为电压或者电流变化。振荡器模块将振荡器模块输出的交流电压信号转换（整流滤波）成直流电压信号，输送到检波模块。在铁制固定套1外设置温度感应器7，通过信号传送系统进行温度补偿计算，降低了系统性误差。输送缓冲级模块将直流电压信号放大并输送到成像系统。当检测到的缺陷9较小时，同过电子切换装置，增大缺陷9较小处的涡流检测探头2的线圈22的激励频率以及强度。检测结束后，记录并保存成像装置中缺陷9的图像，关闭成像装置、声光报警器、电子切换装置以及电源。将发动机5和传动轴51卸下后保存好，拉起金属环1121，使其与凸起部1221分离，然后拿起第二固定套体12，使得其沿着第二连接端121旋转，将车轮8取出，继续旋转第二固定套体12，使得第二自由端122与第一固定套体11的第一自由端112相接。最后将铁制固定套1保存收纳、保存，以待下次使用。

检测试验

取3个车轮8，采用人工刻上伤的方式，在表面上刻75个伤痕，深度依次在0.001mm-5mm之间，使用本发明涡流感应器进行测试，标定好涡流感应器探头在无人工刻伤的值为零。经测试得，所能探测出的最小缺陷9处的数值为0.003mm，即为本发明所述涡流感应器的探测灵敏度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。