可移動超聲波軌道檢測系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種超聲波軌道檢測系統(tǒng)(30)，其包括：至少一個超聲波換能器(33)，其安裝在用于附接至軌道檢測車輛(100)的框架(20)的軛架(21)上。超聲波換能器(33)傳輸超聲波脈沖(41)并且接收反射的超聲波脈沖(42)。控制裝置(51)控制超聲波換能器(33)。時鐘裝置(52)將時鐘信號提供至控制裝置(51)。控制裝置(51)控制超聲波換能器(33)以在固定的脈沖重復(fù)周期(P)處傳輸超聲波脈沖(41)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)總體涉及在軌道中檢測裂紋尤其是裂縫的技術(shù)。
技術(shù)介紹
為了安全性原因，針對裂紋或缺陷的存在，定期檢查軌道是重要的。裂紋或缺陷可以是已經(jīng)存在的小裂縫，或者是裂縫可擴大的位置。裂縫具有發(fā)展的趨勢，并且損壞的軌道可能具有災(zāi)難性的后果，所以盡可能早地檢查潛在的裂縫位置是重要的。許多裂縫是從外部不可見的，如果從外部可見，則軌道可能徹底地損壞，并且這是待被避免的情形。因此，需要能夠檢測軌道中裂紋的技術(shù)。這樣的技術(shù)是超聲波檢測。簡單地說，超聲波脈沖被聯(lián)接至軌道中并且捕獲這些脈沖的反射。來自材料表面的脈沖反射，諸如，軌道表面外側(cè)以及裂紋的內(nèi)側(cè)。因此，裂紋情況中的反射圖案不同于未破壞軌道中的反射圖案。然而，盡管測量可以從技術(shù)的視角固定的執(zhí)行，因為針對軌道交通，軌道應(yīng)保持開放，所以從實際的視角這是不被期望的。因此，已經(jīng)發(fā)展移動系統(tǒng)，其包括攜帶移動超聲波換能器的軌道車輛。然而這樣的移動系統(tǒng)需考慮超聲波換能器和超聲波接收器相對于被檢測的軌道移動的復(fù)雜性。該復(fù)雜性的一方面是獲得軌道和換能器之間良好的信號聯(lián)接更復(fù)雜。該復(fù)雜性的另一方面是脈沖檢測其本身需要檢測時間，基本是通過脈沖從超聲波換能器至反射面并返回到超聲波接收器的行進時間所引起的。這種設(shè)置限制了測量的最小重復(fù)頻率。另一方面，測量的重復(fù)頻率，或更好：在連續(xù)的測量之間的時間周期，確定檢查的軌道位置之間的空間距離，其表示為“檢測節(jié)距”。利用檢測節(jié)距(即節(jié)距應(yīng)為某個值或更短)的某個最大要求，檢測車輛結(jié)果的某個最大操作速度(即操作速度不能高于某個值)。事實是，軌道傾向于越來越頻繁地使用，其具有行進更快和/或相互距離更近的定期列車，所期望的是，檢測車輛的最大操作速度盡可能高。如果檢測車輛太慢，它們將會打破定期服務(wù)，或者僅能在交通減少的夜間進行檢測。移動超聲波軌道檢測系統(tǒng)可以被區(qū)分為兩個基本不同的類型。兩種類型需要在超聲波換能器和軌道之間液態(tài)的聯(lián)接物質(zhì)。第一類型檢測系統(tǒng)被表示為接觸型系統(tǒng)：在這些系統(tǒng)中，換能器被放置在與軌道小距離處，兩者之間具有耦合劑的薄膜。這種類型的系統(tǒng)缺點是對耦合劑較大的消耗。這個缺點在第二類型檢測系統(tǒng)中被避免，其被表示為輪式系統(tǒng)：在這些系統(tǒng)中，換能器被放置在充滿耦合劑并運行于軌道上的輪型容器內(nèi)，該輪型容器具有柔性的壁，其能夠符合軌道頭部的形狀。在實際的情形中，利用大約3mm的檢測節(jié)距，針對接觸型系統(tǒng)，檢測車輛的最大操作速度是大約72km/h，并且針對輪式系統(tǒng)，檢測車輛的最大操作速度是大約37km/h。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)使得檢測車輛的最大操作速度可被大幅提高，或者檢測節(jié)距可被減小，或者兩者。本專利技術(shù)提及的原理在輪式檢測系統(tǒng)的各種類型中是可應(yīng)用的，并且當(dāng)與不帶有本專利技術(shù)這種系統(tǒng)的性能比較時將導(dǎo)致在各個系統(tǒng)中的改善，其他條件不變，但是改善程度可依據(jù)實際系統(tǒng)。附圖說明參照附圖，本專利技術(shù)的這些和其他方面、特征和優(yōu)點通過以下描述一個或多個優(yōu)選實施例的被進一步說明，其中相同的參考標號指示相同或相似的部件，并且其中：圖1A是超聲波軌道檢測系統(tǒng)的示意性截面圖；圖1B是示意性示出在超聲波軌道檢測系統(tǒng)中的數(shù)個換能器的配置；圖2是示出作為時間的函數(shù)的超聲波信號的簡圖；圖3是示出作為時間的函數(shù)的超聲波信號的簡圖；圖4是超聲波軌道檢測系統(tǒng)的示意性框架圖；圖5是超聲波軌道檢測系統(tǒng)的示意性截面圖；圖6是與圖2可比較的簡圖；圖7是與圖3可比較的簡圖。具體實施方式圖1A示意性示出軌道1的截面圖，其具有中央軌體或腹板2、軌道底部3和軌道頭部4。軌道檢測車輛100包括安裝至框架20的軛架21。車輛100包括超聲軌道檢測系統(tǒng)30，其包括至少一個超聲波換能器33，其安裝在裝滿有通常為水或乙二醇或其混合物的耦合劑32的旋轉(zhuǎn)容器31內(nèi)。容器31被按壓至軌道頭部4上。容器31的壁至少在某個程度是柔性的，使得容器壁貼合軌道頭部4的頂面。容器壁的接觸區(qū)域以34表示。隨著車輛100行進在軌道1上方，容器31在軌道上方滾動并且因此也可以“車輪”表示。對于這樣的輪式系統(tǒng)的示例的更多詳細的描述，以示例的方式參考US-5419196。應(yīng)注意，附圖僅示出一個換能器33，但是在實踐中系統(tǒng)30可包括在不同角度下用于軌道1的多個換能器。圖1B是軌道1上的車輪31的示意性側(cè)視圖，其示出位于車輪31內(nèi)的多個換能器33。可以看出不同角度下的換能器將它們的超聲束41指向相同的接觸區(qū)域34。這些角度被標準化；如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，通常的角度是0°、40°、70°。并且換能器可朝向前面或朝向后面。基本操作如下。在某個時刻，換能器33通過接觸區(qū)域34將超聲波脈沖41發(fā)送到軌道頭部4中。超聲波脈沖41從軌道1內(nèi)的反射面反射。由換能器33接收反射的脈沖42。如附圖中所示出的，反射面可以是軌道底部3的底，但是也可以是裂紋，諸如例如裂縫。圖2是示出作為時間的函數(shù)的超聲波信號的簡圖。水平軸以任意單位表示時間，垂直軸以任意單位表示信號強度。在時間t0處，換能器33將超聲波脈沖41發(fā)送至軌道頭部4。在時間t0R處，由換能器33接收反射的脈沖42。換能器33和接觸區(qū)域34之間的距離可以是接近約135mm。在媒介32中的聲速是接近約1700m/s。因此，在媒介32中脈沖41和42的行進時間是接近約160μs。此行進時間將以內(nèi)部延遲Δi表示。在軌道1中，對于縱向模式聲速是接近約5900m/s并且對于橫向模式是接近約3200m/s。在軌道中的行進距離(往返)取決于超聲波束的角度和存在的缺陷。理論上，行進距離可以是零。沒有缺陷時，例如對于40°的換能器，對于橫向模式的行進距離可以是接近約450mm，在這種情況中，在軌道中脈沖41和42的行進時間是接近約140μs。該行進時間將以外部行進時間Δe表示。因此，從t0至t0R的總時間推移Δt＝Δi+Δe可在從160至300μs的反射范圍43內(nèi)變化。該反射范圍43的寬度對應(yīng)于最大期望的外部行進時間ΔeMAX。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是通過示例的方式得到以上計算結(jié)果，并且所得到的具體系統(tǒng)的精確值可根據(jù)精確系統(tǒng)設(shè)計偏離。當(dāng)執(zhí)行軌道檢測時，可存在定義缺陷分辨率的要求或規(guī)定。通常所需的最大節(jié)距是3mm，其基本表示應(yīng)以車輛行進進程的每3mm傳輸超聲波脈沖。在現(xiàn)有技術(shù)中，車輛設(shè)置有精確測量車輛的行進距離的傳感器，并且在預(yù)定距離之后將觸發(fā)脈沖發(fā)送至超聲波換能器，例如，進程的每1、2或3mm發(fā)送觸發(fā)脈沖。然而，隨后的在時間t1處的超聲波傳輸脈沖44不應(yīng)干涉反射脈沖，其可被預(yù)期與之前的超聲波傳輸脈沖間隔300μs。這表示觸發(fā)脈沖可不小于300μs的間隔。在3mm檢測節(jié)距的示例中，轉(zhuǎn)換為最大車速即為37km/h。圖3是與圖2可比較的簡圖，其示出用于本專利技術(shù)提及的系統(tǒng)的作為時間的函數(shù)的超聲波信號。本專利技術(shù)建議在反射范圍43開始之前的時間t1處傳輸隨后的超聲波傳輸脈沖44，而不是在反射范圍43終止之后傳輸隨后的超聲波傳輸脈沖44。進一步地，以恒定重復(fù)頻率，或換句話說以恒定重復(fù)周期t1-t0＝P開啟超聲波換能器，而不是通過從行進距離測量所推斷的觸發(fā)脈沖來觸發(fā)超聲波換能器。圖3也在時間t2＝t0+2P處示出下一個隨后的超聲波傳輸脈沖45。附圖示出本專利技術(shù)的關(guān)鍵在于與第N傳輸脈沖相關(guān)的反射范圍總是位于第(N+本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種超聲波軌道檢測系統(tǒng)(30)，其包括：至少一個超聲波換能器(33)，其安裝在用于附接至軌道檢測車輛(100)的框架(20)的軛架(21)上，其中所述軌道檢測系統(tǒng)是輪式系統(tǒng)，其中所述換能器(33)被布置在充滿耦合劑(32)并且運行于被檢測的軌道(1)上的輪型容器(31)中；其中所述超聲波換能器(33)被設(shè)計為傳輸超聲波脈沖(41)并且接收反射的超聲波脈沖(42)；控制裝置(51)，其用于控制所述超聲波換能器(33)；時鐘裝置(52)，其用于將時鐘信號提供至所述控制裝置(51)；其中所述控制裝置(51)適于控制所述超聲波換能器(33)以在固定的脈沖重復(fù)周期(P)處傳輸所述超聲波脈沖(41)，所述固定的脈沖重復(fù)周期(P)服從下式：Ρ≤Δi????????(1)2P≥Δi+ΔeMAX??(2)其中Δi表示所述超聲波脈沖(41、42)從所述換能器(33)到被檢測的軌道(1)并且返回的行進時間，以及其中ΔeMAX表示超聲波脈沖(41、42)在所述軌道內(nèi)的最大期望行進時間。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.03.17 CH 1040728;2014.10.10 CH 10409911.一種超聲波軌道檢測系統(tǒng)(30)，其包括：至少一個超聲波換能器(33)，其安裝在用于附接至軌道檢測車輛(100)的框架(20)的軛架(21)上，其中所述軌道檢測系統(tǒng)是輪式系統(tǒng)，其中所述換能器(33)被布置在充滿耦合劑(32)并且運行于被檢測的軌道(1)上的輪型容器(31)中；其中所述超聲波換能器(33)被設(shè)計為傳輸超聲波脈沖(41)并且接收反射的超聲波脈沖(42)；控制裝置(51)，其用于控制所述超聲波換能器(33)；時鐘裝置(52)，其用于將時鐘信號提供至所述控制裝置(51)；其中所述控制裝置(51)適于控制所述超聲波換能器(33)以在固定的脈沖重復(fù)周期(P)處傳輸所述超聲波脈沖(41)，所述固定的脈沖重復(fù)周期(P)服從下式：Ρ≤Δi(1)2P≥Δi+ΔeMAX(2)其中Δi表示所述超聲波脈沖(41、42)從所述換能器(33)到被檢測的軌道(1)并且返回的行進時間，以及其中ΔeMAX表示超聲波脈沖(41、42)在所述軌道內(nèi)的最大期望行進時間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波軌道檢測系統(tǒng)，其中所述脈沖重復(fù)周期(P)服從式P＝(3Δi+ΔeMAX)/4。3.一種超聲波軌道檢測系統(tǒng)(30)，包括：至少一個超聲波0°-換能器(133)，其安裝在用于附接至軌道檢測車輛(100)的框架(20)的軛架(21)上，其中所述軌道檢測系統(tǒng)是輪式系統(tǒng)，其中所述換能器(33)被布置在充滿耦合劑(32)并且運行于被檢測的軌道(1)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彼得·貝斯特布羅伊特耶，
申請(專利權(quán))人：索尼邁克斯有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：瑞士;CH