Блок электроакустических преобразователей для ультразвукового контроля рельсов

Полезная модель относится к области ультразвукового (УЗ) контроля материалов и изделий, может преимущественно использоваться для обнаружения дефектов в рельсах железнодорожного транспорта, метрополитена и т.п.
Требование увеличения пропускных способностей рельсового транспорта оставляет меньше времени на контроль состояния рельсов и устранение выявленных в них дефектов. Поэтому создание устройств для контроля рельсов, обладающих длительными интервалами работы, с сохранением точностных параметров, представляет собой актуальную задачу.
Современные средства УЗ контроля рельсов, как правило, [1, стр. 70-118] содержат множество разнонаправленных электроакустических преобразователей (ЭАП), обеспечивающих всестороннее обследование рельсов с целью обнаружения дефектов. ЭАП, как правило, объединяются в блоки, каждый из которых содержит излучающий и один или несколько приемных.
Проблемы блоков ЭАП состоят в следующих обстоятельствах:
1. Мощный акустический сигнал излучающих ЭАП способен, минуя рельс попадать непосредственно на чувствительный приемный ЭАП. Сигнал прямого прохождения снижает возможности дефектоскопии.
2. ЭАП преобразователи, перемещаясь по поверхности рельса быстро изнашиваются, требуют замены, что снижает производительность труда. Для их защиты используются протекторы - акустически прозрачные прокладки, которые обеспечивают требуемый угол ввода УЗ сигналов и акустический контакт между ЭАП и рельсом.
Известен блок электроакустических преобразователей для ультразвукового контроля рельсов [1, стр. 78, рис. 3.] содержащий передающие и приемные элементы, направленные в рельс 5, снабженные экраном между излучающим и приемным ЭАП. Такой экран, в определенной степени, решает проблему 1, описанную выше.
Недостатком такого блока является низкая износостойкость ЭАП.
Наиболее близким к заявляемому является блок электроакустических преобразователей для ультразвукового контроля рельсов [2], содержащий передающие и приемные элементы, направленные в рельс и защищенные от износа сменным протектором. В патенте [2] рассмотрены различные варианты построения протекторов из оргстекла, гидрогеля и т.п., обеспечивающие защиту ЭАП от износа и акустический контакт ЭАП с рельсом, см. п. 2 проблем.
Недостатком блока ЭАП [2] является возможность возникновения сигналов прямого прохождения, см. п. 1 проблем, через протектор.
Для решения указанных проблем в блоке электроакустических преобразователей для ультразвукового контроля рельсов, содержащем передающие и приемные элементы, направленные в рельс и защищенные от износа сменным протектором, сменный протектор содержит акустический экран, выполненный в виде прорези, заполненной звукопоглощающим материалом, разделяющей выходные сигналы передающих и входные сигналы приемных элементов блока.
Техническим результатом использования заявляемой полезной модели является повышение точности УЗ зондирований, благодаря снижению влияния сигналов прямого прохождения на процесс измерений.
Существенным отличием заявляемой полезной модели является наличие акустического экрана в сменном протекторе, выполненного в виде прорези, заполненной звукопоглощающим материалом, разделяющей выходные сигналы передающих и входные сигналы приемных элементов блока.
В прототипе [2] акустического экрана нет.
Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг.1 - Структурная схема блока ЭАП, где:
1. ЭАП.
2. Генераторная пластина ЭАП
3. Акустический экран ЭАП
4. Приемная пластина ЭАП
5. Основание блока ЭАП
6. Сменный протектор
7. Акустический экран в сменном протекторе
8. Рельс
9. Дефект в рельсе
Рассмотрим возможность реализации заявляемого устройства.
ЭАП 1 закреплены в основании 5. Под основанием 5 установлен сменный протектор 6, который непосредственно находится в контакте с рельсом 8.
Излученные генераторной пластиной ЭАП 2 ультразвуковые колебания поступают из ЭАП в сменный протектор 6 и далее в рельс 8.
При наличии дефекта 9 (отражателя) часть энергии УЗ колебаний возвращаются на приемную пластину 4 ЭАП, проходя сменный протектор 6. Тем самым обеспечивается реализация эхо- и зеркально-теневого методов контроля при прямом вводе УЗ колебаний.
При этом прямое прохождение колебаний от генераторной пластины 2 к приемной пластине 4 предотвращается за счет двух акустических экранов: экрана 3 внутри ЭАП 1 и экрана 7 в сменном протекторе 6, являющимся продолжением экрана 3.
Конструктивно экран в сменном протекторе может выполняться различными способами: путем прорезывания сменного протектора и последующей установки перегородки из звукопоглощающего материала, фрезеровкой сменного протектора и последующей заливкой звукопоглощающим компаундом или герметиком, рядом сверлений с заливкой и т.д. Для повышения прочности сменного протектора экран в нем можно выполнить вдоль протектора с соответствующей ориентацией экрана ЭАП. Также для повышения прочности прорезь можно выполнить не на всю толщину сменного протектора, оставив расстояние не более половины длины волны.
Таким образом, заявляемое устройство может быть реализовано и позволяет проводить дефектоскопию рельсов при высоком ресурсе преобразователей и с сохранением точностных характеристик.
Источники информации
1. Марков А.А., Кузнецова Е.А. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ сигналов. Книга 1. Основы. Практическое пособие в двух книгах. СПб.: КультИнформПресс. 2010 г., стр. 70-118.
2. Патент RU 105742 U1.