Система для дефектоскопирования рельсов Советский патент 1983 года по МПК B61K9/08 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано, в частности, для оперативного обнаружения дефектов в рельсах с помощью вагона-дефектоскопа.

Известны системы для дефектоскопирования рельсов с использованием вагоновдефектоскопов: в которых искательная система, закрепленная на вагоне-дефектоскопе, перемепдается над рельсом контролируемого участка пути. Электрические сигналы, вырабатываемые искательной системой записываются на бумажную или магнитную ленты или кинопленку. Наличие дефекта в рельсе определяется путем визуального просмотра записанного изображения сигнала и сравнения его с сигналом заранее известной формы от опасного дефекта.

Недостатком этих систем является то, что визуальная обработка результатов контроля делает анализ недостаточно надежным, субъективным и трудоемким.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство скоростного дефектоскопирования рельсов, содержащее искательную систему, линию задержки, выполненную на распределителях ОИ, БИ и ячейках памяти ЯП, устройство .подсчета функции взаимной корреляции, включающее умножитель и интегратор, запоминающее устройство для хранения эталонного сигнала от опасного дефекта, выполненное в виде генератора сигналов 1.

Недостаток известного устройства - узкие функциональные возможности, заключающиеся в том, что для эффективного обнapykeния дефектов требуется поддержание постоянной скорости вагона-дефектоскопа.

Этот недостаток объясняется тем, что при изменении скорости вагона существенно изменяется форма сигнала от опасного дефекта, причем при изменении скорости движения- вагона-дефектоскопа деформация формы сигнала от дефекта происходит не только вследствие сжатия или растяжения сигнала во времени, но также и вследствие влияния других факторов, в свою очередь нелинейно зависящих от скорости, например вихревых токов, гистерезиса и др. Это обстоятельство приводит к несоответствию форм эталонного и сравниваемого сигналов, что вызывает снижение помехоустойчивости и может привести к пропуску сигнала от опасного дефекта. Поддержание постоянной скорости вагона-дефектоскопа в условиях эксплуатации железных дорог является существенным ограничением и в ряде случаев неприемлемо.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей, заключающееся в том, что обнаружение опасных дефектов в рельсах производится на различных скоростях движения вагона-дефектоскопа, а

также повыщение помехоустойчивости системы.

Поставленная цель достигается тем, что система для дефектоскопирования рельсов,

содержащая установленный в вагоне-дефектоскопе блок индуктивной связи с рельсовым путем соединенный с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с цифровой линией задержки, п выходов которой подключены к п первым входам устройства

подсчета функции взаимной корреляции, пороговые устройства, соединенные с устройством подсчета функции взаимной корреляции, цифровое запоминающее устройство, п вы.ходов которого подключены ко вторым л входам устройства подсчета функции взаимной корреляции, снабжена связанным с колесной парой вагона-дефектоскопа преобразователем скорости движения в частоту и напряжение, импульсный выход которого подключен к второму входу цифровой линии

0 задержки, а между цифровым запоминающим устройством и устройством подсчета функции взаимной корреляции установлен блок преобразователей, п управляющих входов которого подключены к аналоговому выходу преобразователя скорости вдижения

в частоту и напряжение.

На фиг. 1 изображена функциональная схема системы; на фиг. 2 - кривая зависимости изменения формы сигнала от скорости.

0 Система скоростного дефектоскопирования рельсов содержит искательную систему 1 установленную между полюсами электромагнита вагона-дефектоскопа, аналогоцифровой преобразователь 2, цифровую линию 3 задержки, имеющую п выходов, 5 устройство 4 подсчета нормированной функции взаимной корреляции, цифровое запоминающее устройство 5, блок 6 управляемых нелинейных преобразователей 7, преобразователь 8 скорости движения в частоту Q (выход а) и напряжение (выход б), связанный с колесной парой 9 тележки вагонадефектоскопа, пороговое устройство 10.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый электрический сигнал, отображающий изменение магнитного поля 5 над головкой рельса, снимается с катущки искательной системы 1, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 2 в цифровую форму и поступает в параллельном коде на вход сдвигающего регистра, выполняющего функции цифровой линии 3 задержки.

В цифровое запоминающее устройство 5 заранее внесен сигнал от опасного дефекта, записанный при некоторой средней скорости вагона-дефектоскопа, например 30 км/ч. Каждое отсчетное значение этого сигнала подается в блок 4 подсчета функции взаимной коллеляции через свой нелинейный преобразователь 7 блока 6. Управляющее напряжение на входы указанных нелинейных преобразователей поступает с аналогового выхода б преобразователя 8 скорости движения в частоту и напряжение. Нелинейные преобразователи 7 корректируют отсчетные значения сигнала, хранящегося в цифровом запоминающем устройстве 5, в соответствии с величиной текущей скорости движения вагона-дефектоскопа.

При движении вагона-дефектоскопа происходит продвижение прочитываемого с рельса сигнала по линии 3 задержки, которое осуществляется тактовыми импульсами, поступающими с импульсного выхода а преобразователя 8. Частота тактовых импульсов пропорциональна текущей скорости движения вагона-дефектоскопа.

В блоке 4 подсчета нормированной функции взаимной корреляции происходит перемножение и суммирование скорректированных значений сигнала от опасного дефекта, хранящегося в цифровом запоминающем устройстве 5, и отсчетных значений текущего сигнала, снимаемого с отводов цифровой линии 3 задержки. Наличие дефекта регистрируется пороговым устройством 10 в момент превышения порогового уровня сигналом, пропорциональным функции взаимной корреляции.

Рассмотрим подробнее назначение блока 8 преобразователя скорости движения в частоту и напряжение и блока 6 нелинейных преобразователей.

При ,различной скорости движения сигнал, прочитываемый с одного и того же отрезка пути, например, равного межполюсному расстоянию, занимает различные интервалы времени. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы в линии задержки по всем отводам располагался независимо от скорости сигнал, соответствующий одинаковому расстоянию пути. Для этого тактовые импульсы, поступающие на вход линии задержки и продвигающие по ней сигнал, вырабатываются в блоке 8 с частотой, пропорциональной скорости движения вагона-дефектоскопа. Таким образом, чем больше скорость считывания дефекта с рельса, тем быстрее будет производиться продвижение сигнала по линии задержки, в результате чего расстояния между отсчетными значениями сигнала совпадают с расстояниями между отводами линии задержки.

Нелинейные преобразователи 7 блока 6 корректируют отсчетные значения хранящегося в цифровом запоминающем устройстве 5 сигнала в соответствии с величиной скорости движения вагона-дефектоскопа. Закон преобразования каждого нелинейного преобразователя задается индивидуально на основании предварительных экспериментальных исследований изменения формы сигнала от скорости.

Пусть, например, сигнал от опасного дефекта, хранящегося в памяти, имеет вид кривой I, а сигнал от этого же дефекта при другой скорости вагона-дефектоскопа - вид кривой И (фиг. 2). Из графических

материалов видно, что для коррекции формы сигнала i -ю ординату нужно увеличить, j-ю уменьшить, а к k-й ординате, ранее равной нулю, нужно прибавить отрицательное значение. Следовательно, при изменении скорости в широких пределах отдельные ординаты нужно изменять нелинейно не только по величине, но и по знаку.

Таким образом, расположение в линии задержки сигнала, соответствующего одинаковому расстоянию пути при любой ско5рости, и одновременная корректировка хранящегося в памяти сигнала делает процесс обнаружения опасного дефекта в рельсе независимым от скорости движения вагонадефектоскопа.

Кроме того, строгая привязка отсчетных

0 значений сигнала к отводам линии задержки приводит к повышению помехоустойчивости во всем рабочем диапазоне скоростей по сравнению с известными устройствами. Введение операции нормирования при

5 подсчете функции взаимной корреляции приводит к существенному упрощению схемы блока принятия решения о наличии дефекта. Большая часть схемы устройства является цифровой, что позволяет использовать типовые отечественные интегральные микро0схемы для ее реализации. Регистрация сигналов в цифровой форме удобна дия дальнейшего анализа и использования этих данных в повторных заездах и для подведения статистики.

При использовании предлагаемой схемы

5 легко выполняется отметка координаты пути выявленного .дефекта одновременно с регистрацией-самого дефекта. Устройство позволяет повысить безопасность движения поездов, которая в,экономических показателях не рассчитывается. Это дocfигaeтcя благодаря более достоверному обнаружению сигналов от опасных дефектов в рельсах на фоне помех и обнаружению их на более ранней стадии развития дефекта за счет повышения помехоустойчивости устройства.

5 Работая при произвольной скорости вагонадефектоскопа в реальном масштабе времени, оно позволяет повысить производительность вагонов-дефектоскопов более чем в 12 раз по сравнению с наиболее совершенными из

0 действующих вагонов (при существующей системе скоростного дефектоскопирования на 1 ч работы вагона-дефектоскопа приходится не менее 12 ч простоя, необходимых для визуальной расшифровки записей осциллограмм). В свою очередь, повышение

5 производительности вагонов-дефектоскопов позволяет чаще осуществлять контроль рельсов, что способствует обнаружению дефектов на более ранней стадии.

CPi/e.2

СИСТЕМА ДЛЯ ДЕФЕКТОСКОПИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ, содержащая уста. новленные в вагоне-дефектоскопе блок индуктивной связи с рельсовым путем, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с цифровой линией задержки, п выходов которой подключены к п первым входам устройства подсчета функции взаимной корреляции, пороговые устройства, соединенные с устройством подсчета функции взаимной корреляции, цифровое запоминающее устройство, п выходов которого подключены к вторым п входам устройства подсчета функции взаимной корреляции, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения помехоустойчивости, она снабжена связанным с колесной парой вагонадефектоскопа преобразователем скорости движения в частоту и напряжение, импульсный выход которого подключен к второму входу цифровой линии задержки, а между цифровым запоминающим устройством и устройством подсчета функции взаимной корреляции установлен блок преобразоваS телей, п управляющих входов которого подключены к аналоговому выходу преобразо(Л вателя скорости движения в частоту и напряжение. Jik 00 4;: