用于鋼軌軌底缺陷檢測的電磁超聲換能器設計.pdf

1、基于壓電超聲體波技術的鋼軌探傷設備被廣泛應用于鋼軌的缺陷檢測工作中。受探頭安放位置和鋼軌特殊形狀的共同限制，現有鋼軌探傷設備的壓電探頭所發(fā)射出的超聲體波波束難以完全覆蓋鋼軌軌底。大部分軌底缺陷處于現有設備的檢測盲區(qū)之中，嚴重威脅列車行駛安全。近年來，應用超聲導波進行鋼軌缺陷檢測的研究不斷出現，但現有導波鋼軌缺陷檢測研究主要針對的是軌頭和軌腰缺陷，針對軌底缺陷的研究相對較少。并且，少數應用超聲導波檢測軌底缺陷的研究幾乎全部應用的是壓電超聲

2、技術，檢測效率受到耦合劑的嚴重限制。本文對基于電磁超聲導波的新型鋼軌軌底缺陷檢測技術開展了研究，設計了用于軌底缺陷檢測的電磁超聲換能器，無需耦合劑即可完成軌底缺陷的快速檢測，大大提高了檢測效率。
　　本文首先對電磁超聲導波檢測原理開展研究。分析了導波的形成機理，研究了導波的多模態(tài)和頻散特性，介紹了超聲導波檢測中常用的反射法和透射法原理。給出了電磁超聲換能器基本結構，對其工作機理進行了理論分析。
　　對鋼軌軌底結構的頻散特性進

3、行研究。給出了有限元分析（FEA）方法分析波導結構頻散特性的原理和詳細步驟，驗證了方法的有效性。通過建立鋼軌軌底結構的有限元模型，使用有限元分析法對鋼軌軌底結構的頻散特性進行分析，得到了類 Rayleigh波在本文所研究的300~430kHz頻率范圍內具有檢測軌底缺陷潛力的分析結果。
　　對電磁超聲導波軌底傳播特性進行研究。應用有限元時域仿真方法，模擬電磁超聲換能器激發(fā)的類 Rayleigh波在軌底結構中的傳播過程。仿真結果表明類

4、 Rayleigh波振動能量集中于軌底缺陷主要發(fā)生區(qū)域，適合軌底缺陷檢測。通過研究換能器參數與工作點的對應關系，仿真對比類 Rayleigh波頻散曲線上不同工作點的缺陷檢測效果，得到了300kHz類Rayleigh波對應工作點R300相比于其他對照工作點檢測效果較優(yōu)的結論。
　　進行了鋼軌軌底缺陷檢測實驗研究。模擬常見類型軌底缺陷，在鋼軌試件中加工了人工缺陷。設計了軌底缺陷檢測系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)測試了所設計的工作于 R300點的換能