[发明专利]磁致伸缩薄膜式无源铁轨探伤装置

说明书

本发明涉及一种磁致伸缩薄膜式无源铁轨探伤装置，外壳后端连接有尾座，超磁致伸缩薄膜的前端安装有探头，超磁致伸缩薄膜的后端与薄膜压片位于夹持块矩形槽内，夹持块的后端位于尾座矩形槽内还设有一个永磁体垫片，外壳前端连接有端盖，外壳两侧设有外壳支座，外壳支座设有外壳支座螺柱，外壳的内腔位于端盖和尾座之间设有线圈骨架，线圈骨架外侧缠绕有拾取线圈，线圈骨架处外侧的外壳还设有导线孔。本发明用两块永磁铁为超磁致伸缩薄膜提供偏置磁场，以拾取线圈拾取发电过程产生的电能，实现了将火车行进过程与铁轨产生的振动信号转化为电信号输出过程。

技术领域

本发明属于磁致伸缩无源检测领域，特别涉及一种以磁致伸缩薄膜为核心元件，通过检测由火车经过铁轨产生的振动所转化电信号，对铁轨健康状态探测的一种磁致伸缩薄膜式无源铁轨探伤装置。

背景技术

随着我国高速铁路的飞速发展，部分干线列车最高时速可达到200公里以上，由于列车在运行的过程会对钢轨产生摩擦、挤压、弯曲以及冲击作用，因此导致了轨道各种各样的伤损。同时由于我国繁忙的运输量，加之较差的线路状况，使得我国的钢轨损伤率很高。也时常发生钢轨因损伤而出现事故的状况，严重威胁了车辆的运行安全和人民的生命财产，铁轨伤损的实时检测显得尤为重要。目前，铁路轨道的常规探伤采用超声波探伤法，但只限于标准轨，而道岔部位由于其截面不规则，超声波和其他传统探伤方法均无能为力，迄今尚是一个盲区，只能靠人工手锤敲和目视巡检解决；同时，超声波探伤法附加条件多：需要清理轨面，需要不断施加耦合剂：水(寒冬季节为防止水冻结，还需往水中添加酒精)，需6至7人配合，操作繁锁、检测成本高、分辨率低、速度慢；另一方面，超声波法只能检出已经发生伤损部位，而不能检出将要发生．伤损或濒临伤损的部位。

超磁致伸缩材料具有机械能与电磁能间的双向可逆换能特性，超磁致伸缩逆效应是该材料具有的重要物理效应之一，磁致伸缩逆效应是指磁致伸缩材料在受外力的作用下，内部发生应变，材料的磁化状态发生变化的现象。利用超磁致伸缩材料所具有的受力作用后发生磁致伸缩逆效应的特性，收集火车在铁轨上运行时的振动能量，将振动机械能转化为变化的磁能，再结合线圈的法拉第电磁效应，即可实现将振动机械能转换为电信号过程。因此通过此原理，可利用监测到的电信号对铁轨接触过程中的振动进行检测，进而根据振动对铁轨健康状态检测。在此过程中不需要外界电源的介入参与此过程，达到无源监测的目的。

目前关于铁轨探伤装置的研究，是基于超声波无损检测原理而实现的。例如在2013年电子测试第13期3-10页发表的一种铁轨超声探伤信号的实时处理方法研究中被提出了，利用超声伤损检测方法对对铁轨状态进行检测，采用脉冲反射法利用超声波脉冲照射到两种不同介质分界面上，在边界处所产生的反射现象进行检测。有极少量科研院所开始开展将超磁致伸缩材料应用于轨道探伤中的研究。在2012年电子科技学报第25卷第8期发表的基于磁致伸缩换能器的铁轨无线监测系统设计中提出一种基于铁轨压力的逆磁致伸缩换能器用于轨道探伤，文中提出采用基于磁致伸缩材料的换能器，将列车运行时对铁轨的产生巨大压力能量转化为电能。但是，利用超磁致伸缩薄膜材料测量铁轨振动实现铁轨探伤装置的研究，却鲜有报道。

发明内容

发明目的

针对现有的轨道探伤装置的现状，发明一种以超磁致伸缩薄膜为核心元件利用两块永磁铁为超磁致伸缩薄膜提供预磁化磁场，用拾取线圈拾取并输出电能的磁致伸缩薄膜式无源铁轨探伤装置，无需外界电源介入，通过将列车行进时产生的振动能量转化为电信号从而实现对铁轨健康状态实时监测的目的。

技术方案