Способ измерения разности скоростей движения железнодорожного транспортного средства и его колеса Советский патент 1988 года по МПК G01P3/56 

Изобретение относится к измерительной технике применительно к транспортным средствам и предназначено для использования при стендовых испытаниях с электропоездов железнодорожного тран- сп-орта. .

Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей железнодорожного транспортного 10 средства и его колеса.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая способ измерения; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. 15

На схеме (фиг. 1) обозначены: источник 1 высокочастотных колебаний, закрепленньш на движущемся транспорт- ном средстве, колесо 2 транспортного Средства, горизонтальная поверхность 20 рельса 3 и приемный блок 4.

Источник может быть выполнен в виде лазера 5 и форьшрующей оптической системы 6.

Приемный блок содержит диафрагмы 25

7и 8, приемные объективы 9 и 10, поворотное зеркало 11, рекомбинационпый элемент 12, частотный модулятор 13, фотоприемник 14 и измеритель 15 частот доплеровского сигнала.30

Излучатель 1 колебаний частоты UQ направляют вдоль луча АВ (фиг. 1) под углом С к радиус -вектору ОБ точки В окружности опорной поверхности колеса 2, параллельному рельсу 3, s

8точке Б происходит отражение и диффузное рассеяние излучения. Длина волны высокочастотного излучения должна быть соизмерима с характерными размерами шероховатостей опорной поверх- 40 ности колеса порядка микрометров.

Эти-м свойствам удовлетворяет, например, лазерное излучение.

Рассеянное неоднородностями колеса излучение содержит доплеровский сдвиг 45 частоты, зависящей от направления волновых векторов падающего и вьщеляемо- го рассеянного пучков. В общем -случае доплеровский сдвиг частот определяется линейной скоростью обода колеса v и CQ скоростью вертикального (паразитного) перемещения колеса

Для получения доплеровского сдвига частоты, несущего информацию об измеряемой разности скоростей рельса и ко- , леса VP - V , используется сигнальный пучок излучения, последовательно рассеянный колесом 2 в точке Б опорной поверхности вдоль луча ВС под углом

90 к лучу АВ и рельсом 3 в точке С . вдоль луча CD, Геометрия распространения сигнального пучка на участке ЛВС определяется условием

0

где . - угол наклона луча ВС к рель

су;

- угол наклона в точке В. Частота излучения сигнального пучка Юс в точке С, распространяющегося вдоль луча ВС под углом К 90° - - t равна

Wn S

(1 - sin J

+ sin-г + сов г),

Lъ

где V - скорость паразитного вертикального перемещения йзлу- чателя 1 относительно рель- са 3;

С - скорость света. При на личии вертикальных паразитных перемещений приемника 4 со скоростью v частота w сигнального пучка после его рассеяния в точке С рель са 3 вдоль луча CD под углом 90° - У, к рельсу равна

u)n Юр 1 + S(Vp - v,) +

+ V

CD

),

где . S - коэффициент пропорциональности;

rt п радиальные составляющие скоростей вертикальных паразитных перемещений излучателя и приемника вдоль направлений АВ -и CD (v J ;

v v.sin

Из уравнения для и)„ видно, что частота колебаний сигнального пучка в точке приема D. пропорциональна измеряемой разности скоростей и, кроме того, содержит дополнительный (паразитный) .сдвиг частоты, пропорциональ- ньй скорости вертикальных паразитных перемещений излучателя и приемника относительно рельса 3

Второй (опорный) пучок излучения, зеркально отраженного в точке В колеса 2 вдоль луча BE в направлении

рельса 3 ( затем - вдоль луча EF в направлении приема под углом С , имеет частоту у„:

i.

W.

и „

А6

C-D ч

Vn ).

- линии ABEF, выделенный диафрагмой 7, с помощью приемного объектива 9, снаб женного нейтральным фи.пьтром-ослабителем, и с помощью зеркал 11, 12 также направляется на фотоприемник 14.

10 Модулятор 13, например-ячейка Брэгга, может быть установлена как на пути сигнального, так и опорного пучка. Рекомбинационный элемент 12 выполнен в виде полупрозрачного зеркал.а. Бы15 ходной сигнал фотоприемника 14 имеет частоту Wj , которая вьщеляется и . анализируется блоком 15, например следящим фильтром-демодулятором. На выходе блока 15 формируется сигнал,

20 пропорциональный разности частот WQ и

-СП -6 с к Угол падения зондирующего пучка в точке В не );олжен составлять 45°. В противном случае направления распространения опорного и сигнального пучков совпадают и.ор с

Сигнальный и опорный пучки пространственно вьделяют вдоль направления лучей CD и EF путем диафрагмирования и направляют в приемник 4 (фиг о 1).

Доплеровский сдвиг частоты w сигнального и опорного пучков получают, срав1швая в приемнике 4 частоты ()„ и w, например, методом двухлучевой

интерферометрии. При этом, осущест-которого соответствует величине и

впяя дополнительно модуляцию опорного знаку разности скоростей двютения или сигнального пучка известной час- 1 (v - Vp ). Измеряемые параметры мо тотой Ям, можно определить знак из-z 25 гут быть использованы в качестве регулирующих сигналов измерительно-испытательного комплекса, например, в системе автоматической регулировки

Л., амплитуда и знак (полярность)

1

меряемой разности скоростей.

Частота биений в результате фотосмешения в приемнике 4 сигнального и опорного пучков равна

силы тяги электровоза по скорости скольжения, колеса относительно рель- оа.

W,

А&

0 f I

7r-(v«

V) -и

С л.,) - (vj v7

Л„- S(vp - v),

отсюда следует, что методическая погрешность измерения, обусловленная размещением доплеровского измерителя на неподрессоренной части экипажа (тележке) и, как следствие, паразиу- ными вертикальными перемещениями излучателя 1 и приемника 4 относительно рельса 3, компенсируется независимо от величины скоростей- v и v

Способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на фиг. 2. Приемная оптическая система устройства построена по принципу интерферометра Маха-Цендера .

Устройство работает следующим образом.

Генерируемое лазером 5 когерентно излучение направляется формирующей оптической системой 6 в точку В вращающегося колеса 2. После последовательного рассеяния в точке В и точке

С сигнальный пучок с частотой

с помощью диафрау мы 8 и приемного объ-

актива 10 направляется на фотоприем- ник 14. Опорный пучок, зеркально отраженный и распространяющийся вдоль

линии ABEF, выделенный диафрагмой 7, с помощью приемного объектива 9, снабженного нейтральным фи.пьтром-ослабителем, и с помощью зеркал 11, 12 также направляется на фотоприемник 14.

Модулятор 13, например-ячейка Брэгга, может быть установлена как на пути сигнального, так и опорного пучка. Рекомбинационный элемент 12 выполнен в виде полупрозрачного зеркал.а. Быходной сигнал фотоприемника 14 имеет частоту Wj , которая вьщеляется и . анализируется блоком 15, например следящим фильтром-демодулятором. На выходе блока 15 формируется сигнал,

пропорциональный разности частот WQ и

которого соответствует величине и

Л., амплитуда и знак (полярность)

1

отого и

1

30

поаятеля а зиу- изельвиv

с о истеипу

обнтноеей враоваочке

35

40

45

50

55

)г

объ-

силы тяги электровоза по скорости скольжения, колеса относительно рель- оа.

Формула изобр етрния

1. Способ измерения разности скоростей движения железнодорожного транспортного средства и -его колеса, заключающийся в том, что с помощью источника, расположенного на движущемся- транспортном средстве, излучают высокочастотные колебания в направлении колеса и рельса в плоскости вращения колеса, пространственно вьщеляют и принимают рассеянное излучение, по- следовательно отраженное колесом и рельсом, вьщеляют доплеровский сдвиг частоты рассеянного излучения, по которому судят об измеряемой разности скоростей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения влияния скорости относительно вертикального перемещения источника и приемника относительно рельса, вьделяют и принимают излучение, последовательно зеркально отраженное от колеса к рельсу, и гетеродинируют зеркально отраженное излучение с рассеянным излучением.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при стендовых испытаниях электропоездов железнодорожного транспорта о Цель изобретения - повышение точности измереНИИо Излучение источника высокочастотных колебаний 1, закрепленного на движущемся транспортном средстве, направляют на опорную поверхность колеса 2. Пространственно вьщеляют и принимают рассеянное излучение, последовательно отраженное поверхностью колеса и горизонтальной поверхностью рельса 3, и излучение, последовательно зеркально отраженное от колеса к рельсу. Зеркально отраженное излучение гетеро- ди1-шруют в приемном блоке 4 с рассеянным излучением, вьщеляют доплеров- ский сдвиг частоты рассеянного Излучения, по которому судят об измеряемой разности скоростей транспортного средства и колеса., Для более полного исключения зависимости измеряемой величины от вертикальной скорости перемещения транспортного средст.ва относительно рельса высокочастотные колебания излучают в оптическом диапазоне в направлении точки В, расположенной на опорной поверхности- колеса на диаметре, параллельном рель- су под углом падения О , не равным 45°, а ;рассеяниое излучение вьщеляют в направлении CD, противоположном направлению излучения АВ источника, причем угол между направлением АВ падения излучения на поверхность колеса и направлением ВС вьщеляёмого рассеянного излучения на участке его распространения от колеса к рельсу устанавливают равным 90°. 1 а.п. ф-лы, 2 ил. л и (Л 00 О5 ю (г,-.. с .l