Page 123 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 刘尧等： 道岔尖轨轨底缺陷的磁致伸缩导波监测实验研究 561

钴合金带中形成沿宽度方向的静态偏置磁场H s ，缠
绕于铁钴合金带的检测线圈中通入交变电流以产 ᇓᒱͩ᎖࠮ฉ͜ਖ٨ ࠮ฉᄣ฾᝺ܬ
生沿带材长度方向的动态交变磁场 H d 。基于逆魏
德曼效应，铁钴合金带中形成一定频率的剪切形变，
通过耦合剂传递至轨底形成沿尖轨传播的类 SH 0
模态导波。针对道岔尖轨目前没有准确的频散曲线，
无法得到类SH 0 模态导波在尖轨中的准确速度，文 (a) ᄣ฾ࠄᰎጇፒ
中以 SH 0 模态导波在钢板中的传播速度 3260 m/s
作为参考。根据半波长控制原理，磁致伸缩导波传
感器激发出的类 SH 0 导波的中心频率约为 30 kHz。 54 mm 120 mm
导波激励信号采用周期 33.33 µs、占空比为 50% 的 20 mm
双极性方波脉冲。导波仪器的采样频率设置2 MHz，
采样点数为 20000。采集得到的实验信号都经过带 S
N
通滤波处理，滤波范围为15 ∼ 70 kHz。 භᇓᨡ
利用所制作的磁致伸缩导波传感器在厚 2 mm H s
的钢板中开展扫频实验，实验设置如图 3(a) 所示。 ᨡᨔՌ᧛ࣜ
AC H d AC
激励频率范围为 20 ∼ 100 kHz，传感器工作于自激
(b) ͜ਖ٨ࠄྭིԣХࢺͻԔေڏ
励、自接收模式。从接收回波信号中提取端面反射
回波的峰峰值，绘制其随激励频率的变化曲线，如 图 2 磁致伸缩导波监测系统
图 3(b) 所示。可以观察到：当激励频率约为 30 kHz Fig. 2 Magnetostrictive guided wave monitoring
时，采集得到的回波信号幅值最大。 system

2.2
1000 mm
ੳᮠፇ౧
2.0 લՌజጳ
͜୧᡹य़

1.8
͜ਖ٨
ᨂ౜
1.6
1
f =30 kHz 1.4
ࣨϙ/V 0 ࢏࢏ϙ/V 1.2

-1 1.0
1
f=60 kHz
0.8
ࣨϙ/V 0 0.6 f=30 kHz

-1 0.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 20 40 60 80 100
௑ᫎ/ms ༏ҵᮠဋ/kHz
(a) ࠮ฉ͜୧᡹य़֗ࠄᰎηՂ (b) ੳᮠፇ౧

图 3 磁致伸缩导波传感器扫频实验结果
Fig. 3 Results of frequency sweep experiment of magnetostrictive guided wave transducer