一種基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無損檢測領域，具體涉及一種基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，可同時實現對鋼軌橫/縱向、內/外部缺陷的高速無損檢測。
【背景技術】
[0002]隨著國內高鐵網絡建設的迅速推進，以及“高鐵走出國門”戰略的逐漸落實，高速鐵路發展迅猛。目前，我國投入使用的高速列車運行速度為200?350km/h，中國南車于2014年初制造的CIT500型高速列車試驗速度達到了 605km/h。運行安全是高速鐵路運營的基礎條件，稍有不慎往往會造成災難性的安全事故，其中，鋼軌狀態直接關系到運輸安全。目前，鋼軌無損檢測技術主要有超聲波、機器視覺、交變渦流、交變電磁場檢測、漏磁檢測等技術。
[0003]美國Sperry公司研制了最高檢測速度80km/h的鋼軌壓電超聲探傷車，通常檢測速度為45km/h。但由于壓電超聲檢測(UT，1929年俄國Sokolov)存在激勵與檢測頻率匹配問題而限制了檢測速度的進一步提高。另外，該類探傷方法還有電磁超聲與激光超聲，均只能運行在32km/h的速度左右。
[0004]法國國營鐵路公司(SNFC)通過高速攝像機來對鋼軌波紋缺陷進行檢測，速度可達320km/h。北京交通大學對鋼軌表面缺陷視覺檢測系統進行了研究，搭建的鋼軌探傷試驗平臺在100km/h速度下可檢測表面寬度Imm的裂紋。但是，光學圖像法只能檢測鋼軌的表面狀態，不能檢測內部損傷。
[0005]德國聯邦材料研究測試研究所采用渦流技術進行鋼軌檢測，Eurailscout公司進一步開發了 UDT02型鋼軌探傷車，最高檢測速度可達80km/h。然而，渦流檢測由于存在趨附效應而對內傷檢測失效。
[0006]2000年，在Bombardier公司的支持下，TSC公司開發出了鐵路軌道交變電磁場(ACFM)檢測系統，通過增加采樣頻率至50kHZ時，手動系統可實現2.7km/h的檢測時速。與渦流檢測技術相同，ACFM同樣具有趨附效應而不能檢測內傷。
[0007]1927年，Elmer Sperry博士應美國鐵路聯盟的要求，研制了世界上第一輛基于漏磁檢測原理的軌道探傷車。由于漏磁檢測穿透力強，且不存在趨附效應的影響，極其適應于鋼軌內/外部缺陷的高速檢測。然而，由于磁化回路只能沿鋼軌軸向分布，根據漏磁檢測垂直磁化理論，漏磁檢測技術只能檢測鋼軌的橫向缺陷，即垂直于鋼軌軸向的缺陷，而對縱向缺陷失效。
[0008]綜上所述，現有的鋼軌無損檢測技術與方法，或檢測速度慢，或無法檢測內部缺陷，或無法同時實現橫/縱向缺陷的全面檢測。為此，有必要發明一種可以實現鋼軌橫/縱向、內/外部缺陷高速檢測的無損檢測裝置，可在列車運行時實現對鋼軌的同步檢測，對保證鐵路運行安全和提高運輸效率具有重要意義。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，以解決現有技術的鋼軌無損檢測裝置存在的或檢測速度慢，或無法檢測內部缺陷，或無法同時實現對橫/縱向缺陷全面檢測的問題。
[0010]針對本發明所要解決的技術問題，本發明提出的基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，其構成主要包括:弓形結構導磁鐵，設置在弓形結構導磁鐵兩端的永久磁鐵，設置在永久磁鐵下端面和設置在弓形結構導磁鐵中部的磁敏傳感器，以及信號調理電路、采集卡和計算機;設置在弓形結構導磁鐵兩端的永久磁鐵，其中一個永久磁鐵的N極端向上S極端向下，另一個永久磁鐵的N極端向下S極端向上，兩個永久磁鐵與待檢測鋼軌和弓形結構導磁鐵形成閉合磁化回路;磁敏傳感器、信號調理電路、采集卡和計算機依次連接;檢測裝置運行時，磁敏傳感器拾取鋼軌電磁場變化信號，且將電磁場變化信號轉化為電信號，電信號經信號調理電路放大、濾波后，由采集卡進行A/D轉換，提供給計算機進行分析處理，得到鋼軌的缺陷信息。
[0011]在本發明的上述技術方案中，設置在永久磁鐵下端面和設置在弓形結構導磁鐵中部的磁敏傳感器與待檢測鋼軌表面之間的距離一般不應大于2.0mm，最好在0.5?1.0mm的范圍內。
[0012]在本發明的上述技術方案中，所述弓形結構導磁鐵、永久磁鐵和磁敏傳感器的寬度應不小于鋼軌的寬度;最好與鋼軌的寬度相等。
[0013]在本發明的上述技術方案中，所述弓形結構導磁鐵最好采用高導磁材料制成，如娃鋼片，A3鋼，鐵氧體材料等。
[0014]本發明提供的基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，是基于發明人以下的認識與靈感完成的:在以弓形結構導磁鐵、永久磁鐵和鋼軌形成的沿鋼軌軸向的磁化回路中，當鋼軌中存在橫向缺陷時，沿鋼軌軸向分布的磁力線受到阻隔而會泄露出鋼軌表面，可利用磁敏傳感器拾取電磁場變化信號，實現對鋼軌橫向缺陷的檢測。以及永久磁鐵在與弓形結構導磁鐵和鋼軌形成沿鋼軌軸向磁化回路的同時，在鋼軌內會產生垂直于鋼軌表面的磁場分量，相對運動的鋼軌切割磁場垂直分量會形成沿鋼軌橫向分布的感應電流，當鋼軌中存在縱向缺陷時，缺陷阻隔沿鋼軌橫向分布的感應電流流動，在鋼軌表面形成可探測的擾動電磁場，通過在永磁鐵下部靠近鋼軌表面的位置布置磁敏傳感器，可實現鋼軌縱向缺陷的檢測。
[0015]本發明提供的基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，其具有以下十分突出的有益技術效果和優點:
[0016]1.可實現鋼軌縱/橫向缺陷的全面檢測。一方面，永久磁鐵、弓形結構導磁鐵以及鋼軌形成軸向磁化回路，從而可利用漏磁檢測技術來檢測鋼軌的橫向缺陷；另一方面，永久磁鐵在鋼軌內形成垂直于鋼軌的磁場分量，以高速運動鋼軌切割磁力線而在鋼軌內部產生的感應電流作為激勵，實現對鋼軌縱向缺陷的檢測，因此，本發明可實現鋼軌縱/橫向缺陷的全面檢測。
[0017]2.可實現鋼軌內/外部缺陷的全面檢測。由于漏磁檢測技術與感應電流均不受趨附效應的影響，與外部缺陷一樣，處于鋼軌內部的缺陷同樣會產生漏磁信號以及感應電流擾動信號，因此，本發明可實現鋼軌內/外部缺陷的全面檢測。
[0018]3.極其適用于鋼軌的高速無損檢測。由于漏磁檢測不受檢測速度的影響，并且，與鋼軌切割磁力線速度成正比的感應電流強度在更高的探傷速度下會產生更高的探傷靈敏度，因此，本發明可實現鋼軌的高速無損檢測。
[0019]本發明提供的基于漏磁和感應電流的鋼軌無損檢測裝置，利用一套永久磁鐵和弓形結構導磁鐵，在不同的位置布置磁敏傳感器，可同時實現對鋼軌橫向缺陷的漏磁檢測，以及對鋼軌縱向缺陷的感應電流檢測，即可實現對鋼軌橫/縱向、內/外缺陷的高速檢測，并且裝置結構簡單、制造成本低。本發明的完成對保證鋼軌的安全運行和提高列車的運營效率具有重要意義。
【附圖說明】
[°02°]圖1為一個實施例的弓形結構導磁鐵和永久磁鐵的布置結構不意圖；
[0021]圖2為另一個實施例的弓形結構導磁鐵和永久磁鐵的布置結構示意圖；
[0022]圖3為基于漏磁的鋼軌橫向缺陷檢測示意圖；
[0023]圖4為基于感應電流的鋼軌縱向缺陷檢測示意圖；
[0024]圖5為基于漏磁和感應電流的鋼軌縱/橫向缺陷檢測示意圖。
[0025]上述附圖中的各圖示標號表示對象分別為:1_鋼軌;2-車輪;3-弓形結構導磁鐵；
4、5-永久磁鐵;6、7、8-磁敏傳感器;9-橫向缺陷；I O-漏磁場；11、12-感應電流；13、14-縱向缺陷；15-彳目號調理電路；16-米集卡；17-計算機。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖給出本發明的【