传感器组件的制作方法
【专利说明】传感器组件
[0001]本申请为于2009年I月9日提交的、名为“传感器组件”的PCT国际申请PCT/GB2009/000049的对应中国国家阶段申请第200980101954.9号的分案申请。
[0002]本发明涉及能够通过利用电磁效应的各种传感器来检查工程部件的装置，工程部件诸如用于铁路工业中的路轨。
[0003]作为电导体的工程部件可通过电磁技术进行检查。这些技术包括但不限于涡流检查、磁通量泄露、剩磁、交流电流量测量(acfm)、以及磁感应。
[0004]所有这些技术依赖于将在部件表面附近建立的电磁场或磁场。接着传感器测量场的绝对属性，或更一般地，测量这些属性随传感器与表面位置之间的空间关系的变化。一般地，通过使传感器相对于部件移动或使部件相对于传感器移动，传感器沿部件表面被扫描。当发生这种相对移动时，对传感器与场之间的相互作用进行监控。部件接近其表面的材料的变化将被显示为场的局部干扰。
[0005]这类技术在很多工程领域中具有广泛应用，并且有很多常规执行这种检查的专有装备实例。最重要的用途是检测表面断裂的裂缝，在一些情况下检测非表面断裂但接近表面的裂缝。其它用途是材料分类，以区分一种类型的材料与其他类型的材料。
[0006]图1示出了总体上由标号I表示的系统，其中应用了上述原理。系统I包括被检查部件2、传感器4、以及无磁隔离物6。在使用中，隔离物6和传感器4相对于部件2移动。隔离物的尺寸被确定以在传感器4与部件2之间提供适当的间隔。在一些示例性应用中，该间隔一般需要大约I或2毫米以使传感器保持适当的灵敏度(sensitivity)。
[0007]图2示出系统10，其是上述系统I的变体。系统10包括与上述部件2和传感器4类似的被检查部件12和传感器14。系统10还包括机械装置16，其适用于分隔部件12与传感器14。在使用中，机械装置16 (因而还有传感器14)相对于部件12移动。该间隔可能一般需要大约I或2毫米以使传感器保持所需的灵敏度。
[0008]尽管上述技术可能非常成功，但它们具有共同的重大缺陷。传感器的响应受两种情况所影响:第一，如上简述，传感器附近的表面属性的变化；以及第二，传感器与被检查表面的间隔。后一项参数经常被称为提离(lift-off)。
[0009]如果被检查的表面被很好的控制并具有一致和规则的形状，那么传感器可以容易的与该表面保持已知距离，通常小于1mm。然而，这个间隔的任何变化将导致传感器响应的性质和幅值的变化，这样，该表面形状或形态的任何变化将导致传感器输出的重大变化。这种变化通常决定(dominate)由材料变化所引起的那些变化。
[0010]因此，需要付出极大的努力以建立控制这种间隔和提离效应的机械状况。相反地，如果不能控制机械关系，通常很难产生令人满意的检查体系。这样，如果任何被检查部件受到改变其形状的未知量磨损，那么由于提离引起的变化的未知效应，这些检查之一的结果可能不可靠。
[0011]很多系统在传感器与部件之间使用机械接触来控制这个间隔，但是这些系统总是会在部件形状意外改变的地方受到磨损和潜在的损坏。
[0012]本发明寻求克服或解决上面指出的一个或多个问题。
[0013]本发明提供包括柔性隔离物和一个传感器(或多个传感器)的设备，隔离物具内表面和外表面，传感器抵靠隔离物的内表面，使得在使用中，隔离物的外表面与被检查物体相接触。优选地，该设备是路轨检查设备。优选地，被检查物体是路轨。
[0014]本发明还提供一种方法，包括以下步骤:提供柔性隔离物；安装一个传感器(或多个传感器)，使其抵靠隔离物的内表面；以及定位隔离物，使得隔离物的外表面与被检查物体相接触。优选地，该方法是路轨检查方法。优选地，被检查物体是路轨。
[0015]在使用中，传感器与隔离物的内表面在一点处相接触，而隔离物的外表面在该点处与被检查物体相接触。
[0016]本发明使得传感器和被检查部件的间隔保持在由隔离物厚度所设定的恒定值。在本发明的一些实施方式中，这种尺寸可能约为Imm至2_ ;在其它实施方式中，这种尺寸可會 1mm。
[0017]由于隔离物是柔性的，因此隔离物符合被检查物体的形状。这样，即使表面的准确形状未知并且传感器与部件的相对移动速度很快，柔性隔离物的提供能使传感器与被检查部件之间的恒定间隔变得容易。设备的这种特性使得能够将间隔保持在恒定值，而不受磨损和机械损伤的限制影响。
[0018]以这种方式，本发明解决在成功检查工程部件中的主要困难之一，即传感器与部件的间隔的变化。新设备的进一步优点是当传感器在部件上移动并遇到机械突起时，给传感器提供机械保护。
[0019]所述隔离物可以是圆的，传感器可以位于圆内。在本发明的一个优选实施方式中，隔离物是轮胎。优选地，隔离物是可转动的。优选地，隔离物被配置为使得在使用中，该隔离物沿着被检查设备滚动。
[0020]传感器可以是通过弹簧装载或安装在受载弹簧(spring loaded)机构上。以这种方式，弹簧抵靠隔离物的内表面，并因此抵靠被检查物体。因而，当隔离物折曲时，传感器保持与隔离物内表面的接触。
[0021]隔离物可以抵靠被检查物体。
[0022]传感器可以是电磁传感器。此外，传感器可以测量传感器附近的被检查物体表面的电磁属性变化。举一个例子，被测量的电磁属性可以是涡流。隔离物可以是非金属的。被检查物体可以是导电的。
[0023]在本发明的一种形式中，被检查物体是铁路路轨。传感器例如可以用于检查这种铁路路轨中的缺陷。
[0024]隔离物和相关联的传感器可以相对于被检查物体移动，以沿着所述物体进行测量。优选地，隔离物沿着所述物体转动。在可替代的装置中，被检查物体可以相对于传感器移动。
[0025]参照所附的示意图描述本发明的实施方式，其中:
[0026]图1是已知传感器装置的截面图；
[0027]图2是另一已知传感器装置的截面图；
[0028]图3示出了根据本发明一个方面的传感器装置；
[0029]图4示范了本发明的使用；
[0030]图5示范了当被检查物体已经在使用中磨损时本发明的使用；以及
[0031]图6示范了本发明使用的进一步特征。
[0032]图3和4示出了总体上由标号20表示的系统。系统20包括路轨22、一个或多个传感器24、以及柔性轮胎26。轮胎抵靠(urge against)路轨22，并且由于轮胎是柔性的，所以轮胎符合路轨的形状。
[0033]如图3所示，传感器24安装在轮胎26内，使得传感器与轮胎的内表面在一点上相接触，而轮胎的外侧在该点处与路轨22相接触。
[0034]传感器24安装在受载弹簧设备上，该设备将传感器压向轮胎的内侧，使得当轮胎折曲(flex)时，传感器保持与内表面的接触。
[0035]上面参考图3和图4描述的传感器装置的优点在于，即使被检查物体在使用中磨损，传感器还能够进行可靠的测量，这将在下面进行进一步解释。
[0036]图5示出了系统20’，除了路轨22’通过使用已经变得磨损之外，系统20’与上述系统20相同。如图5所示，轮胎26’的柔性使得轮胎能够在横向上接纳(take up)路轨22’的形状，而且因为传感器24’与轮胎的内表面相接触，所以传感器与表面保持固定的距离，即轮胎的厚度。这样，如果当轮胎沿着路轨移动时路轨形状改变，那么轮胎的柔性使得其形状随之发生改变，传感器跟随着轮胎，从而在形状改变期间保持同样间隔。因而大大消除了提离效应。
[0037]图6示出第一路轨32a和第二路轨32b相遇情况下本发明的使用。如图6所示，第二路轨被安置为略高于第一路轨；当然，这种情景在实际中很常见。传感器(未示出)安装在柔性轮胎36内。由于轮胎36是柔性的，如图6所示，它适应被测部件形状的变化。
[0038]如图6所示，两个路轨之间的连接处给传统安装的传感器带来相当大的麻烦。例如，当传感器装置从第一传感器上方移动到第二传感器上方时，传感器经常被损坏。在最好的情况下，高度的差异可能导致提离的显著改变。在本发明设备的情况下，当轮胎在路轨上滚动时，轮胎通过折曲来适应这种形状的改变，从而提供恒定的间隔并且对内表面上的传感器提供机械保护。
【主权项】
1.一种路轨检查设备，包括柔性隔离物和传感器，所述隔离物具有内表面和外表面，所述传感器是通过弹簧装载的以便所述传感器抵靠所述隔离物的所述内表面，使得在使用中，所述隔离物的所述外表面与所述被检查路轨相接触，其中，所述隔离物是圆形的，所述传感器位于圆内，并且所述传感器是电磁传感器。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述隔离物是轮胎。
3.如权利要求1所述的设备，其中，在使用中，所述隔离物抵靠所述被检查物体。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述隔离物是非金属的。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述传感器测量所述传感器附近的所述被检查物体表面的电磁属性的变化。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述被检查路轨是导电的。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述隔离物是可转动的，从而在使用中，所述隔离物被配置为沿着所述被检查路轨滚动。
8.如权利要求1所述的设备，还包括相对于所述被检查物体驱动所述隔离物和所述传感器的装置。
9.一种系统，包括如任一前述权利要求所述的设备，还包括所述被检查物体。
10.一种路轨检查方法，包括如下步骤: 提供柔性隔离物； 以弹簧装载的配置安装传感器使其抵靠所述隔离物的内表面；以及 定位所述隔离物使得所述隔离物的外表面与被检查路轨相接触，其中所述隔离物是圆形的，所述传感器位于圆内，并且所述传感器是电磁传感器。
11.如权利要求10所述的方法，还包括使所述隔离物抵靠所述被检查路轨的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，还包括相对于所述被检查路轨驱动所述隔离物和所述传感器的步骤。
13.如权利要求11所述的方法，还包括相对于所述被检查路轨驱动所述隔离物和所述传感器的步骤。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述隔离物沿着所述被检查路轨转动。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述隔离物沿着所述被检查路轨转动。
16.如权利要求10至15中任一项所述的方法，还包括使用所述传感器以测量在所述传感器附近的被检查物体表面的电磁属性的变化的步骤。
【专利摘要】本发明涉及能够检查工程部件的装置，工程部件诸如用于铁路工业中的路轨。路轨检查设备包括传感器(24)和柔性隔离物(26)。柔性隔离物(26)具有内表面和外表面。传感器(24)抵靠隔离物(26)的内表面，在使用时，隔离物(26)的外表面与被检查路轨相接触。
【IPC分类】B61K9-10
【公开号】CN104608798
【申请号】CN201410809490
【发明人】罗伯特·莱·克劳科尔
【申请人】斯佩里铁轨（国际）有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2009年1月9日
【公告号】CA2711552A1, CN101918260A, EP2244923A2, EP2244923B1, US20110043199, WO2009087385A2, WO2009087385A3