一种非接触式脱空检测装置和脱空检测方法与流程

本发明涉及检测领域，特别涉及一种非接触式脱空检测装置和脱空检测方法。

背景技术：

我国通过原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合，自主研发了crtsiii型新型无咋轨道板，并成功应用于武黄城际高速与成灌城际高速。无砟轨道取消了传统有砟轨道的轨枕和道床，采用预制的钢筋混凝土板直接支承钢轨，并且在顶板与基础板之间填充ca砂浆或自密实混凝土垫层作为填充层，是一种全新的全面支撑的板式轨道结构。

无砟轨道板在使用过程中，往往由于施工质量、列车荷载及温度的作用等诸方面的原因，在顶板与填充层之间会出现相互脱离(亦即脱空的现象)，使得结构的受力状态恶化。严重时，轨道板还可能出现翘曲现象，进一步危害列车的行车安全。

现有的检测技术多采用远红外线成像或电磁波技术进行检测，然而远红外线成像技术受外界温度影响较大，不适于在位于野外的高速铁路上工作，而电磁波技术则很容易受到金属介质的影响，造成结果偏差，而轨道板内具有错综复杂的钢筋，因此对利用电磁波技术进行检测造成了极大的障碍。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种非接触式脱空检测装置和脱空检测方法。本技术方案利用空气耦合超声换能器和超声波接收器分别作为探测装置和声波回收装置，实现了非接触式脱空检测装置在不接触轨道板且不使用耦合剂耦合的前提下，即能达到快速自动化检测轨道板的脱空缺陷的效果，并且脱空缺陷检测灵敏度高，同时还提高了非接触式脱空检测装置的检测效率，降低了检测成本。

通过利用计算机处理脱空评估系数和位置信息，对脱空位置进行准确定位，并通过显示器在二维坐标系上显示，使工作人员能够直观准确的判断轨道板的脱空位置。

通过利用计算机远程无线控制移动车、探测装置和声波回收装置，使得工作人员能够远程操作移动车对轨道板进行检查，降低了工作人员的疲劳强度，并且还消除了现场操作人员受到高速铁路的电磁波等辐射的风险。

本发明中的一种非接触式脱空检测装置，包括探测装置、声波回收装置和信号分析装置，所述声波回收装置与所述信号分析装置连接；所述探测装置向高速铁路的轨道板输出探测声波，所述探测声波经所述轨道板内传播形成超声导波，所述声波回收装置回收所述超声导波，所述声波回收装置将所述超声导波转化为声波信号并输出至所述信号分析装置；所述信号分析装置对所述声波信号进行分析，并获得所述轨道板的脱空位置。

上述方案中，所述探测声波和超声导波分别为超声波。

上述方案中，所述探测装置为空气耦合超声换能器，所述声波回收装置为超声波接收器。

上述方案中，所述信号分析装置包括计算机，所述计算机对所述声波信号进行分析，所述计算机内设定有额定功率，所述额定功率与探测声波的功率一致，所述计算机通过所述声波信号计算获得所述超声导波的功率，所述计算机将所述超声导波的功率与所述额定功率相除，获得脱空评估系数。

上述方案中，所述信号分析装置还包括信号放大器，所述信号放大器分别与所述计算机和所述声波回收装置连接，用于将所述声波回收装置输出的声波信号放大后，输出至所述计算机。

上述方案中，所述信号分析装置还包括位置同步装置，所述位置同步装置与所述计算机连接，所述位置同步装置用于实时向所述计算机输出位置信号。

上述方案中，所述信号分析装置还包括远程管理系统和显示器，所述远程管理系统与所述计算机连接，用于远程控制所述计算机；所述显示器与所述计算机连接，所述计算机将所述脱空评估系数输出至所述显示器显示。

上述方案中，还包括移动车，所述移动车位于所述高速铁路的轨道上并可沿所述轨道的轴向移动，所述探测装置、声波回收和位置同步装置分别固定在所述移动车上，所述探测装置和声波回收装置与所述轨道板之间具有间隙。

上述方案中，所述移动车与所述计算机连接，所述计算机控制所述移动车的移动或停止；所述探测装置和声波回收装置分别与所述轨道板形成倾斜角度，并相互对称布置在所述移动车上。

一种脱空检测方法，包括以下步骤：

s1.工作人员操作计算机使探测装置输出探测声波，探测声波经高速铁路的轨道板上表面传入轨道板的内部；

s2.再次操作计算机使移动车在高速铁路的轨道上移动，探测装置随着所述移动车在所述轨道的延伸方向上移动，并沿轨道的延伸方向对轨道板的各个部位依次输出探测超声波；

s3.若探测声波在轨道板内部的传播路径未出现脱空部位时，探测声波将在轨道板内部出现少量的反射甚至不反射，此时声波回收装置将接收到强度较小的超声导波甚至接收不到超声导波；若探测声波在轨道板内部的传播路径出现了脱空部位时，探测声波将在脱空部位上出现较强的声波反射，此时声波回收装置将接收到强度较大的超声导波；

s4.所述声波回收装置将超声导波转化为声波信号，并经信号放大器放大后输出至所述计算机，所述计算机通过所述声波信号计算获得所述超声导波的功率，所述计算机将所述超声导波的功率与所述额定功率相除，获得脱空评估系数；

s5.位置同步装置将所述移动车的位置信息输出至所述计算机；所述计算机将所述移动车的位置信息通过显示器显示；

s6.所述计算机还将所述脱空评估系数和所述位置信息在显示器上以二维坐标系的形式显示，其中，横轴为所述位置信息，纵轴为所述脱空评估系数。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种非接触式脱空检测装置和脱空检测方法，实现了在不接触轨道板且不使用耦合剂耦合的前提下，即能达到快速自动化检测轨道板的脱空缺陷的效果，脱空缺陷检测灵敏度高，并且提高了非接触式脱空检测装置的检测效率，降低了检测成本；对脱空位置进行准确定位，并通过显示器在二维坐标系上显示，使工作人员能够直观准确的判断轨道板的脱空位置；工作人员能够远程操作移动车对轨道板进行检查，降低了工作人员的疲劳强度，并且还消除了现场操作人员受到高速铁路的电磁波等辐射的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种非接触式脱空检测装置的结构示意图；

图2为本发明一种脱空检测方法的流程图；

图3为本发明一种脱空检测方法中第一模拟轨道板的实验数据；

图4为本发明一种脱空检测方法中第二模拟轨道板的实验数据；

图5为本发明一种脱空检测方法中第三模拟轨道板的实验数据。

图中：1、探测装置2、声波回收装置3、信号分析装置4、高速铁路5、移动车31、计算机32、信号放大器33、位置同步装置34、远程管理系统35、显示器41、轨道板42、轨道

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明是一种非接触式脱空检测装置，包括探测装置1、声波回收装置2和信号分析装置3，声波回收装置2与信号分析装置3连接；探测装置1向高速铁路4的轨道板41输出探测声波，探测声波经轨道板41内传播形成超声导波，声波回收装置2回收超声导波，声波回收装置2将超声导波转化为声波信号并输出至信号分析装置3；信号分析装置3对声波信号进行分析，并获得轨道板41的脱空位置。

优选的，探测声波和超声导波分别为超声波。

优选的，探测装置1为空气耦合超声换能器，声波回收装置2为超声波接收器。

具体的，信号分析装置3包括计算机31，计算机31对声波信号进行分析，计算机31内设定有额定功率，额定功率与探测声波的功率一致，计算机31通过声波信号计算获得超声导波的功率，计算机31将超声导波的功率与额定功率相除，获得脱空评估系数。

进一步的，信号分析装置3还包括信号放大器32，信号放大器32分别与计算机31和声波回收装置2连接，用于将声波回收装置2输出的声波信号放大后，输出至计算机31；通过利用信号放大器32避免超声导波由于在传送过程中能量减弱，导致声波信号也较弱，使得计算机31难以准确获取或计算超声导波的功率。

进一步的，信号分析装置3还包括位置同步装置33，位置同步装置33与计算机31连接，位置同步装置33用于实时向计算机31输出位置信号。

进一步的，信号分析装置3还包括远程管理系统34和显示器35，远程管理系统34与计算机31连接，用于远程控制计算机31或接收计算机31输出的数据；显示器35与计算机31连接，计算机31将脱空评估系数输出至显示器35显示。

优选的，非接触式脱空检测装置还包括移动车5，移动车5位于高速铁路4的轨道42上并可沿轨道42的轴向移动，探测装置1、声波回收和位置同步装置33分别固定在移动车5上，探测装置1和声波回收装置2与轨道板41之间具有间隙。

进一步的，移动车5与计算机31连接，计算机31控制移动车5的移动或停止；探测装置1和声波回收装置2分别与轨道板41形成倾斜角度，并相互对称布置在移动车5上，探测装置1输出的探测声波的传播路径与轨道板41形成一个倾角，探测声波在接触到脱空部位时将产生反射，并成传播路径与探测声波的传播路径对称的超声导波，并且能够顺利的传输至声波回收装置2；其中，位置同步装置33向计算机31输出用于表示探测装置1和声波回收装置2当前位置的位置信号，计算机31还将该位置信号通过显示器35显示。

如图2所示，一种脱空检测方法，包括以下步骤：

s1.工作人员操作计算机31使探测装置1输出探测声波，探测声波经高速铁路4的轨道板41上表面传入轨道板41的内部；

s2.再次操作计算机31使移动车5在高速铁路4的轨道42上移动，探测装置1随着移动车5在轨道42的延伸方向上移动，并沿轨道42的延伸方向对轨道板41的各个部位依次输出探测超声波；

s3.若探测声波在轨道板41内部的传播路径未出现脱空部位时，探测声波将在轨道板41内部出现少量的反射甚至不反射，此时声波回收装置2将接收到强度较小的超声导波甚至接收不到超声导波；若探测声波在轨道板41内部的传播路径出现了脱空部位时，探测声波将在脱空部位上出现较强的声波反射，此时声波回收装置2将接收到强度较大的超声导波；

s4.声波回收装置2将超声导波转化为声波信号，并经信号放大器32放大后输出至计算机31，计算机31通过声波信号计算获得超声导波的功率，计算机31将超声导波的功率与额定功率相除，获得脱空评估系数；

s5.位置同步装置33将移动车5的位置信息输出至计算机31；计算机31将移动车5的位置信息通过显示器35显示；

s6.计算机31还将脱空评估系数和位置信息在显示器35上以二维坐标系的形式显示，其中，横轴为位置信息，纵轴为脱空评估系数；

其中，计算机31内设有检测软件，用于对脱空评估系数和位置信息进行处理，并以二维坐标系的形式将脱空评估曲线展示出来，脱空评估曲线由各个位置信息上的脱空评估系数构成；本技术方案脱空缺陷检测灵敏度高，并且对脱空位置能够准确定位。

上述技术方案的具体实验数据：

1、准备三件模拟轨道板，作为高速铁路4的轨道板41，其中，第一件模拟轨道板的厚度为20mm，第二件模拟轨道板的厚度为200mm，第三件模拟轨道板的厚度为200mm；

2、利用非接触脱空检测装置对第一件模拟轨道板，其检测结果如图3所示，若设定脱空评估系数大于0.3为脱空可能存在的条件时(其中该设定可根据工况或经验进行调节)，可在显示屏上直观的看出第一件模拟轨道板在11～14mm处的脱空评估系数大于0.3，也即为第一件模拟轨道板在11～14mm处存在脱空现象；

3、利用非接触脱空检测装置对第二件模拟轨道板，其检测结果如图4所示，若设定脱空评估系数大于0.6为脱空可能存在的条件时，可在显示屏上直观的看出第一件模拟轨道板在16～21mm处的脱空评估系数大于0.6，也即为第一件模拟轨道板在16～21mm处存在脱空现象；

4、利用非接触脱空检测装置对第二件模拟轨道板，其检测结果如图5所示，若设定脱空评估系数大于0.6为脱空可能存在的条件时，可在显示屏上直观的看出第一件模拟轨道板在16～21mm处的脱空评估系数大于0.6，也即为第一件模拟轨道板在16～21mm处存在脱空现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。