BR112017011977B1 - Sistema para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho de uma linha férrea, método para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho de uma linha férrea, e veículo sobre trilhos - Google Patents

Abstract

Sistema Para Detectar Uma Ruptura Em Um Trilho. A Presente Invenção Refere-se A Um Sistema (10) Para Detectar A Presença De Um Fim De Trilho Em Um Trilho (18) De Uma Linha Férrea (20), O Qual Inclui Uma Estrutura De Suporte (12) Montável Em Um Componente (14) De Um Veículo Sobre Trilhos (16). Pelo Menos Um Gerador De Campo Magnético (22) É Carregado Pela Estrutura De Suporte (12) Para Gerar Um Campo Magnético Residual No Trilho (18). Um Arranjo De Sensores (24) É Carregado Pela Estrutura De Suporte (12) Em Relação Espaçada Com O Gerador De Campo Magnético (22) Para Detectar Um Vazamento De Fluxo Magnético Associado Com O Campo Magnético Residual. O Arranjo De Sensores (24) Inclui Pelo Menos Um Par De Sensores Longitudinalmente Espaçados, Cada Sensor Gerando Um Sinal Medido Com Base No Vazamento De Fluxo Magnético Detectado Por Esse Sensor. Um Módulo De Processamento De Sinal (40) É Responsivo Aos Sinais Medidos Para Calcular Um Sinal Diferencial Proveniente Dos Sinais Medidos Dos Sensores De Pelo Menos Um Par De Sensores. O Sinal Diferencial É Indicativo Da Presença De Um Fim De Trilho No Trilho (18).

Description

Referência Cruzada a Pedidos de Patente Relacionados

[001] O presente pedido de patente reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisória Australiana, no. 2014905264, depositado em 24 de dezembro de 2014, cujo conteúdo está incorporado aqui por referência.

Campo Técnico

[002] A presente descrição refere-se, em geral, à detecção de uma ruptura em um trilho de uma linha férrea e, mais particularmente, a um sistema para detectar uma ruptura em um trilho de uma linha férrea.

Antecedentes

[003] Atualmente, os circuitos de via usados em uma sinalização sobre trilhos de uma linha férrea também são usados como um meio para detectar trilhos rompidos. No entanto, a tendência na tecnologia de sinalização de linha férrea está se distanciando dos sistemas baseados em blocos e circuitos de via fixos em direção ao controle de trem baseado em comunicações. Esse modelo possui a vantagem de reduzir hardware localizado à margem. Além disso, o controle de trem baseado em comunicações possui a habilidade de tapar o espaçamento do trem e, consequentemente, extrair uma capacidade maior da via. No entanto, para aplicações com alta demanda de transporte (particularmente, aplicações em ferrovia de transporte pesado) onde os trilhos rompidos apresentam um risco substancial, os benefícios da capacidade de controle de trem baseado em comunicações não podem ser totalmente concretizados sem um método alternativo de detecção de trilhos rompidos. Além disso, ambiente férreo com alta demanda de transporte (por exemplo, transporte pesado) é um ambiente extremamente acidentado e hostil para o equipamento de sinalização e/ou detecção.

[005] Segundo o conhecimento da depositante, esses métodos alternativos de detecção de trilhos rompidos ainda não existem.

Sumário

[006] Ao longo deste relatório descritivo, a palavra "compreendem" ou variações, tais como "compreende" ou "compreendendo", implicará a inclusão de um elemento, número inteiro ou etapa mencionados, ou grupo de elementos, número inteiros ou etapas, mas não a exclusão de qualquer outro elemento, número inteiro ou etapa, ou grupo de elementos, número inteiros ou etapas.

[007] Em um primeiro aspecto, é provido um sistema para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho de uma linha férrea, o sistema incluindo uma estrutura de suporte montável em um componente de um veículo sobre trilhos; pelo menos um gerador de campo magnético carregado pela estrutura de suporte para gerar um campo magnético residual no trilho; um arranjo de sensores carregado pela estrutura de suporte em relação espaçada com o gerador de campo magnético para detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual. O arranjo de sensores inclui pelo menos um par de sensores longitudinalmente espaçados, cada sensor gerando um sinal medido com base no vazamento de fluxo magnético detectado por esse sensor; e um módulo de processamento de sinal responsivo aos sinais medidos para calcular um sinal diferencial proveniente dos sinais medidos dos sensores de pelo menos um par de sensores, o sinal diferencial sendo indicativo da presença de um fim de trilho no trilho.

[008] Neste relatório descritivo, o termo "longitudinalmente", conforme usado em referência ao espaçamento dos sensores, deve ser interpretado como sendo paralelo a um eixo geométrico longitudinal do trilho.

[009] Os sensores de pelo menos um par de sensores podem ser configurados para efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo. O arranjo de sensores pode incluir uma pluralidade de pares de sensores transversalmente dispostos, todos os sensores sendo configurados para efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo. Os sensores do arranjo de sensores podem ser dispostos em pelo menos dois conjuntos de sensores lineares longitudinalmente espaçados e transversalmente estendidos.

[0010] O módulo de processamento de sinal também pode compreender um módulo de distinção para permitir ao módulo de processamento de sinal distinguir entre um fim de trilho planejado e um fim de trilho não planejado, o fim de trilho não planejado sendo representativo de uma ruptura do trilho. Isso pode ser feito implantando- se regras lógicas e/ou com o uso de marcadores de campo. Deve ser compreendido que o "fim de trilho planejado" inclui artefatos, tais como junções de trilho isoladas, bem como outras mudanças geométrica no trilho isolado, tais como jacarés, ou similares.

[0011] O módulo de processamento de sinal também pode comparar o sinal diferencial calculado a partir de cada par de sensores com um limite, e se o sinal diferencial proveniente de cada sensor dentre um número predeterminado de pares de sensores exceder o limite, determinar que um fim de trilho existe. O módulo de processamento de sinal pode aplicar pelo menos uma regra lógica ao sinal diferencial calculado para determinar se o fim de trilho é um fim de trilho planejado ou um fim de trilho não planejado. O processador de sinal pode classificar um fim de trilho não planejado como um defeito sério. O módulo de processamento de sinal pode determinar o sinal diferencial proveniente dos sinais medidos subtraindo os dois sinais medidos dos sensores longitudinalmente espaçados de pelo menos um par de sensores um do outro. O sinal diferencial pode ser indicativo de uma mudança na magnetização ao longo de uma distância. A mudança pode ser uma mudança média. A distância pode ser igual ao espaçamento longitudinal dos sensores de pelo menos um par de sensores.

[0012] O módulo de processamento de sinal pode ser implantado em hardware e/ou software.

[0013] Neste relatório descritivo, o termo "defeito sério" deve ser compreendido como uma ruptura completa no trilho ou um sério defeito de superfície, o qual evoluiria rapidamente para uma ruptura completa se não fosse detectado em tempo hábil. Um exemplo de um defeito sério é uma rachadura, a qual se desenvolveu na cabeça de um trilho e começou a se alargar e se estender por pelo menos metade da cabeça de trilho. É provável que tal defeito cause um impacto similar ao de um trilho rompido completamente no arranjo de sensores. Com a montagem do arranjo de sensores na altura selecionada, é menos provável que sinais com densidade mais baixa, os quais são representativos de defeitos de superfície presentes no trilho que não são defeitos sérios, resultem no envio de um sinal de dados por parte do circuito de processamento de sinal associado com o arranjo de sensores, o que reduz, portanto, a geração de positivos falsos.

[0014] A altura acima do trilho no qual o arranjo de sensores é disposto, em uso, pode ser de pelo menos 5 mm. Conforme descrito acima, o sistema é destinado ao uso em alta demanda de transporte, tais como aplicações transporte pesado. Tais aplicações em alta demanda de transporte (transporte pesado) ocorrem em um ambiente operacional extremamente acidentado e hostil. Se o arranjo de sensores for montado próximo ao trilho, é pouco provável que ele resista por muito tempo. Desse modo, o arranjo de sensores pode ser disposto pelo menos entre 10 mm e 30 mm acima do trilho, em uso.

[0015] O módulo de distinção pode ser configurado para distinguir entre fins de trilho planejados e não planejados usando uma técnica de reconhecimento de padrão. A técnica de reconhecimento de padrão pode ser aumentada, se necessário, com o uso de pelo menos um marcador de campo.

[0016] O sistema pode incluir um marcador de campo magnético associado com cada um de pelo menos alguns fins de trilho da linha férrea, o sistema incluindo também pelo menos um par de sensores lateralmente espaçados, orientados para detectar um campo magnético gerado por um ou todos os marcadores de campo.

[0017] A estrutura de suporte pode ser configurada para montar o gerador de campo magnético em uma sombra magnética de uma roda do veículo sobre trilhos. Por "sombra magnética" entende-se que o gerador de campo magnético é posicionado suficientemente próximo em relação à roda para inibir a geração de sinais espúrios em equipamento de medição à margem, tal como um contador de eixo.

[0018] O arranjo de sensores pode ser montado sobre a estrutura de suporte em uma posição de reboque em relação ao gerador de campo magnético. O sistema pode incluir um par de geradores de campo magnético espaçados, dispostos nos lados opostos do arranjo de sensores para facilitar uma operação bidirecional. Um ou todos os geradores de campo magnético podem, quando em uso, ser espaçados cerca de 300 mm a partir do arranjo de sensores para que um vazamento de fluxo a partir do campo residual seja detectado.

[0019] O arranjo de sensores pode compreender um cabeçote de sensor, o cabeçote do sensor compreendendo pelo menos um transdutor magneticamente responsivo e o cabeçote do sensor sendo dimensionado para ter uma largura menor que a largura de uma roda do veículo sobre trilhos. Em uma modalidade, o cabeçote do sensor pode compreender um conjunto de transdutores disposto para se estender transversalmente em relação a uma superfície do trilho.

[0020] Em uma modalidade, o conjunto de transdutores pode compreender pelo menos um conjunto de transdutores linear disposto para se estender transversalmente em relação à superfície do trilho. Em outra modalidade, o conjunto de transdutores pode compreender pelo menos dois conjuntos de transdutores lineares longitudinalmente espaçados e transversalmente estendidos.

[0021] Pelo menos um transdutor magneticamente responsivo pode ser um transdutor de Efeito Hall. Um ou todos os transdutores de Efeito Hall podem ser um transdutor de Efeito Hall de saída linear (LOHET).

[0022] O arranjo de sensores pode incluir um mecanismo de compensação de altura para compensar as variações de altura existentes entre o arranjo de sensores e o trilho.

[0023] O gerador de campo magnético pode ser montado em um invólucro, o invólucro sendo configurado para inibir a absorção de detritos magnéticos pelo gerador de campo magnético.

[0024] Em outro aspecto, um método para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho de uma linha férrea é provido, o método incluindo: gerar um campo magnético residual no trilho; detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual; gerar um sinal medido a partir de cada sensor de pelo menos um par de sensores longitudinalmente espaçados de um arranjo de sensores, sinais medidos com base no vazamento de fluxo magnético detectado pelo par de sensores; e calcular um sinal diferencial proveniente dos sinais medidos dos sensores de pelo menos um par de sensores, o sinal diferencial sendo indicativo da presença de um fim de trilho no trilho.

[0025] O método pode incluir fazer os sensores de pelo menos um par de sensores efetuar as medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

[0026] O arranjo de sensores pode incluir uma pluralidade de pares de sensores transversalmente dispostos e no qual o método inclui fazer todos os sensores efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

[0027] O método pode incluir comparar o sinal diferencial calculado a partir de cada par de sensores com um limite e, se o sinal diferencial calculado a partir de cada sensor dentre um número predeterminado de pares de sensores exceder o limite, determinar que um fim de trilho existe.

[0028] O método pode incluir aplicar pelo menos uma regra lógica à determinação para indicar se o fim de trilho é um fim de trilho planejado ou um fim de trilho não planejado.

[0029] O método pode incluir classificar um fim de trilho não planejado como um defeito sério.

[0030] O método pode incluir associar um marcador de campo magnético com cada um de pelo menos alguns fins de trilho da linha férrea e detectar um campo magnético gerado por um ou todos os marcadores de campo.

[0031] Em outro aspecto, é provido um sistema para detectar uma ruptura em um trilho de uma linha férrea, o sistema incluindo: pelo menos um gerador de campo magnético carregado pela estrutura de suporte para gerar um campo magnético residual no trilho; um arranjo de sensores carregado pela estrutura de suporte em relação espaçada com o gerador de campo magnético para detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual, o vazamento de fluxo magnético sendo indicativo de uma ruptura no trilho; e um módulo de processamento de sinal responsivo a um envio do arranjo de sensores, o módulo de processamento de sinal compreendendo um módulo de distinção para distinguir entre um fim de trilho planejado e um fim de trilho não planejado, o fim de trilho não planejado sendo representativo de uma ruptura no trilho.

[0032] A descrição se estende também a um veículo sobre trilhos, o qual inclui um corpo; pelo menos um bogie sobre o qual o corpo é suportado para atravessar uma linha férrea; e pelo menos um sistema, conforme descrito acima, para detectar uma ruptura em um trilho da linha férrea, o sistema sendo montado no bogie.

[0033] Neste relatório descritivo, o termo "bogie" deve ser interpretado, a menos que o contexto claramente indique de outro modo, como sendo uma subestrutura de um vagão ou de uma locomotiva contendo uma ou mais séries de rodas.

Breve Descrição dos Desenhos

[0034] As modalidades da descrição serão descritas agora, a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 mostra uma vista lateral esquemática de uma primeira modalidade de um sistema para detectar uma ruptura em um trilho de uma linha férrea, o sistema sendo mostrado in situ fixado a um componente de um veículo sobre trilhos; A figura 2 mostra um diagrama em bloco esquemático do sistema da figura 1; A figura 3 mostra uma vista terminal esquemática de uma modalidade de um veículo sobre trilhos que incorpora um par de sistemas da figura 1; A figura 4 mostra uma modalidade de um arranjo de sensores do sistema da figura 1; A figura 5 mostra outra modalidade do arranjo de sensores do sistema da figura 1; A figura 6 mostra uma representação esquemática de uma montagem de um gerador de campo magnético que forma parte do sistema da figura 1; A figura 7 mostra uma vista terminal esquemática de uma modalidade de um marcador de campo para uso com o sistema da figura 1; A figura 8 mostra uma vista terminal esquemática de outra modalidade de um marcador de campo para uso com o sistema da figura 1; A figura 9 mostra uma representação esquemática de um arranjo de sensores de uma segunda modalidade de um sistema para detectar uma ruptura em um trilho de uma linha férrea; A figura 10 mostra gráficos de medições de sensores a partir do arranjo de sensores da figura 9 antes e depois do processamento; A figura 11 mostra uma representação gráfica dos sinais medidos e processados da segunda modalidade do sistema; e A figura 12 é um diagrama de fluxo que descreve o uso dos sinais do sensor para determinar a presença de defeitos em trilho usando a segunda modalidade do sistema.

Descrição Detalhada de Modalidades Exemplares

[0035] É preferível o uso de um sistema para detectar defeitos em trilho (fins de trilho não planejados) em uma linha férrea sem ter que consultar um banco de dados para distinguir entre fins de trilho planejados e fins de trilho não planejados de modo a obter-se uma alta cobertura de uma via principal. A experiência adquirida nesse trabalho de elaboração de sistemas com base em bancos de dados de estruturas indica que haverá ângulos mortos de dezenas de metros nos lados de cada estrutura devido à imprecisão do GPS (mesmo com GPS de alta precisão). Embora esses ângulos mortos representem uma porcentagem reduzida da distância total da via, há um risco desproporcional de sérios defeitos em trilho, tais como trilhos rompidos, ocorrendo em torno de tais estruturas.

1 - Visão Geral do Sistema

[0036] Nas figuras de 1 a 8 dos desenhos, o numeral de referência 10 geralmente designa uma primeira modalidade de um sistema para detectar uma ruptura em um trilho de uma linha férrea. O sistema 10 inclui uma estrutura de suporte na forma de uma placa 12 montável, quando em uso, em um componente, na forma de um bogie de vagão, 14 de um vagão ou carro de linha férrea 16 (figura 3). Será compreendido que, quando em uso, dois desses sistemas 10 são providos, sobre cada lado do carro 16 para monitorar ambos os trilhos 18 de uma linha férrea 20.

[0037] O sistema 10 inclui um gerador de campo magnético na forma de um ímã permanente 22 suspendido a partir da placa 12 e um arranjo de sensores 24 suspendido a partir da placa 12 em uma posição de reboque em relação ao ímã 22. Além disso, embora apenas um ímã 22 seja ilustrado, será compreendido que dois ímãs 22, dispostos sobre lados opostos do arranjo de sensores 24, poderiam ser providos para facilitar a operação bidirecional do sistema 10 sobre o vagão 16.

[0038] O ímã 22 gera um campo magnético 26 (figura 2). O campo magnético 26 gerado pelo ímã 22 induz um campo magnético residual sobre o trilho associado 18 da linha férrea 20. O arranjo de sensores 24 é configurado para detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual, as características do vazamento de fluxo magnético sendo indicativas de um defeito sério (conforme definido), e não de um mero defeito de superfície, no trilho 18. Isso é dependente da altura do arranjo de sensores em relação ao trilho 18. Para permitir que o arranjo de sensores 24 detecte o vazamento de fluxo magnético, ele é montado sobre a placa 12 a uma distância de aproximadamente 300 mm a partir do ímã 22 (ou de cada ímã 22 no caso de um sistema configurado em duas direções 10).

[0039] Conforme mostrado mais claramente na figura 2 dos desenhos, o arranjo de sensores 24 é montado em uma altura 'h' acima de uma superfície 28 de uma cabeça de trilho 30 do trilho 18. Essa altura 'h' é selecionada para minimizar a probabilidade do sistema 10 responder a um vazamento de fluxo magnético que surge a partir dos defeitos de superfície na superfície 28 da cabeça 30 do trilho 18 ao invés de responder a defeitos sérios, tais coma rupturas em trilho. Para facilitar a explanação, a descrição será descrita com referência ao defeito sério tendo a forma de uma ruptura no trilho 18. No entanto, deve ser compreendido que a referência a uma "ruptura no trilho" inclui um defeito sério que rapidamente leva a uma completa ruptura no trilho. Conforme descrito aqui em algum ponto, um defeito sério inclui uma rachadura na cabeça 30 do trilho 18, a qual se estende por mais da metade da cabeça 30 do trilho 18 e a qual é detectada por múltiplos sensores (descritos em mais detalhes abaixo) do arranjo de sensores 24. É provável que tal defeito se torne uma ruptura completa no trilho 18 rapidamente e a detecção precoce de tal defeito é benéfica.

[0040] A depositante descobriu que a disposição do arranjo de sensores 24 em uma altura 'h' maior que cerca de 5 mm e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 10 mm e 30 mm, ou maior, permite que o arranjo de sensores 24 responda a um vazamento de fluxo magnético indicativo de uma ruptura no trilho. A depositante também descobriu que, surpreendentemente, isso permite que um arranjo de sensores 24 seja instalado sobre um vagão 16 que opera em um ambiente ferroviário com alta demanda de transporte (por exemplo, transporte pesado), tal como no transporte de minério de ferro. Aqueles versados na técnica irão compreender que esse é um ambiente excessivamente hostil. O arranjo de sensores 24 é capaz de operar com a probabilidade mínima de dano causado ao arranjo de sensores 24 quando são dispostos em uma altura selecionada.

[0041] Outras faixas de altura, dependendo das circunstâncias, incluem faixas de cerca de 5mm a cerca de 10mm, cerca de 10 mm a cerca de 15 mm, cerca de 15 mm a cerca de 20 mm, cerca de 20 mm a cerca de 25 mm e cerca de 25 mm a 30 mm.

2- Primeira Modalidade

[0042] O arranjo de sensores 24 compreende um cabeçote de sensor 32 (figura 4). O cabeçote do sensor 32, por sua vez, compreende uma pluralidade de transdutores de detecção ou sensores, 34 disposta para se estender transversalmente em relação à superfície 28 da cabeça de trilho 30 do trilho 18. A cabeça de trilho 30 possui tipicamente uma largura 'W' de aproximadamente 74 mm. Cada roda 36 do vagão 16 possui uma largura de aproximadamente 140 mm. O cabeçote do sensor 32 é selecionado para ter uma largura 'w' de cerca de 50 mm a 100 mm. Desse modo, o cabeçote do sensor 32 é estreito o bastante para ser bem protegido de invasões laterais por ser posicionado de modo central sobre a cabeça de trilho 30 em relação à largura da roda 36, quando o bogie 14 está centralizado sobre a via férrea.

[0043] No entanto, o cabeçote do sensor 32 é suficientemente largo para que ele possa acomodar o movimento lateral do bogie 14 do vagão 16 com a quantidade suficiente de sensores 34 sendo sempre posicionados sobre a superfície 28 da cabeça de trilho 30 do trilho 18 para registrar um sinal de fim de trilho nos múltiplos sensores 34 do cabeçote do sensor 32 e para distinguir entre um defeito sério e um defeito de superfície isolado ocorrido na superfície 28 da cabeça de trilho 30 do trilho 18 que ainda não evoluiu para o status de um defeito sério.

[0044] Cada sensor 34 é um magnetômetro, por exemplo, um envio transdutor de Efeito Hall linear (LOHET). Um sensor adequado 34 é um Micro Comutador LOHET contendo o número de peça SS94A1F. (Micro Comutador é uma divisão de Honeywell). Esse sensor 34 possui uma sensibilidade típica de 25mV/Gauss em suprimento de 8VDC. Durante testes, o sensor 34 foi energizado por um suprimento de ~9 volts. Em uma modalidade, o envio de cada sensor 34 é processado diretamente. Em outra modalidade, um envio de cada sensor 34 é conectado a um circuito de filtragem 38 (figura 2). Um exemplo de um circuito de filtragem adequado 38 está na forma de um amplificador operacional, o qual é configurado para prover um ganho de aproximadamente 210 e possui um capacitor com entrada de 1,0 µF de acoplagem de CA para prover filtragem passa-alta. Sua resposta de frequência é de tal ordem que o envio é reduzido para menos que a velocidade de movimento de cerca de 0,5 metros por segundo. Outro exemplo de um circuito de filtragem adequado 38 é um simples filtro de resistor e capacitor. Filtros passa-alta e passa-baixa são usados para remover qualquer desvio de CD (por exemplo, causado por diferenças nos pares de sensores, conforme descrito abaixo com referência à terceira modalidade), para assistir na remoção de artefatos de vibração e para filtrar qualquer ruído elétrico em nível de RF e outro ruído proveniente do sinal de interesse.

[0045] Será compreendido que qualquer processamento feito nos dados não processados enviados a partir dos sensores (tais como filtragem ou manipulação de dados) pode ser implantado em hardware ou em software, ou com várias combinações de componentes de hardware e software.

[0046] Na modalidade ilustrada na figura 4 dos desenhos, o cabeçote do sensor 32 compreende seis sensores 34 transversalmente dispostos em relação ao trilho 18, quando em uso. Os sensores 34 são espaçados aproximadamente 10 mm uns dos outros para prover uma zona de detecção com 50 mm de largura. Isso provê uma cobertura efetiva para se levar em consideração o movimento lateral do bogie 14 do vagão 16 sobre os trilhos 18. Será compreendido que um número maior ou menor de sensores 34 pode ser provido dependendo de circunstâncias, tais como a largura ou outras dimensões do trilho 18, o grau de movimento lateral encontrado ou similares.

[0047] Quando dois ou mais sensores 34 são dispostos em proximidade relativamente grande e, quando em uso, efetuam medições de modo concomitante, os dois ou mais sinais medidos resultantes podem ser processados para rejeitar falsos positivos do ruído ou de outros artefatos. O sistema 10 inclui um módulo de processamento de sinal 40 ao qual um envio do circuito de filtragem 38 é conectado. O módulo de processamento de sinal 40 incorpora um processador, o qual é capaz de distinguir entre falsos positivos provenientes de ruído ou de outro artefatos e sinais representativos de rupturas no trilho. O processador do módulo de processamento de sinal 40 deve registrar o mesmo sinal a partir de pelo menos dois dos sensores 34, e, de maneira preferida, cerca de três a quatro dos sensores 34, para registrar um sinal como uma ruptura no trilho.

[0048] O cabeçote do sensor 32 do arranjo de sensores 24 inclui, de maneira opcional, um mecanismo de compensação de altura 35 (figura 4) para compensar variações na altura entre o cabeçote do sensor 32 e a superfície 28 da cabeça 30 do trilho 18. O mecanismo de compensação de altura 35 inclui um par de sensores proximidade longitudinalmente espaçados de 37. Cada sensor de proximidade 37 possui um envio dependente da sua altura detectada em relação à superfície 28 da cabeça 30 do trilho 18. O processador do módulo de processamento de sinal 40 é configurado para compensar a mudança na força do sinal enviado pelos sensores 34 com variações na altura do cabeçote do sensor 32 em relação à superfície 28, conforme medida pelos sensores de proximidade 37. No entanto, conforme descrito em mais detalhes abaixo, os testes conduzidos pela depositante indicam que a compensação de altura pode não ser necessária no cabeçote do sensor 32.

3 - Segunda Modalidade

[0049] A figura 5 mostra outra modalidade do cabeçote do sensor 32. Com referência à figura 4 dos desenhos, numerais de referência iguais referem-se a partes iguais, a menos que seja especificado de outro modo. Nesta modalidade, o cabeçote do sensor 32 compreende dois conjuntos lineares de sensores longitudinalmente espaçados e transversalmente estendidos 34. Com esse arranjo, o comprimento de qualquer ruptura no trilho também pode ser determinado, bem como a direção na qual o vagão 16 está se deslocando. Além disso, o uso dos dois conjuntos lineares de sensores 34 auxilia na rejeição de ruído. Deve haver uma repetição do sinal de alta amplitude, o qual é representativo da ruptura no trilho nos dois conjuntos lineares de sensores 34. Isso ajuda a remover os efeitos de ruído elétrico que podem resultar em altos sinais transientes nos dois conjuntos de sensores 34, simultaneamente. Com intervalo de tempo entre a presença dos sinais de alta amplitude nos dois conjuntos, isso é indicativo da existência de uma ruptura no trilho ao invés de um ruído artefato.

[0050] Os conjuntos lineares de sensores 34 são espaçados em aproximadamente 30 mm a 50 mm uns dos outros na direção longitudinal para distinguir entre sinais representativos de uma ruptura no trilho e aqueles provenientes de artefatos com ruído. Em outra modalidade, os conjuntos lineares podem ser espaçados em menos de 30 mm uns dos outros na direção longitudinal, por exemplo, entre cerca de 5 mm e 25 mm uns dos outros.

4 - Terceira Modalidade

[0051] Com referência à figura 9 dos desenhos, outra modalidade do sistema 10 é descrita, a figura 9 mostrando uma modalidade de um arranjo de sensores 90. Mais uma vez, com referência às modalidades anteriores, numerais de referência iguais referem-se a partes iguais, a menos que seja especificado de outro modo.

[0052] Nesta modalidade, o arranjo de sensores 90 compreende uma pluralidade de pares transversalmente espaçados 92 de sensores longitudinalmente espaçados, os sensores de um par 92 sendo identificados como 98 e 99 na figura 9 dos desenhos. Cada par 92 de sensores 34 é espaçado a uma distância 94 entre cerca de 5 e 30 mm, por exemplo, 15 mm. Cada sensor 34 de cada par 92 de sensores mede a magnetização residual sobre o trilho 18 substancialmente ao mesmo tempo, resultando em dois sinais simultâneos indicativos de uma mudança média na magnetização ao longo da distância 94. Para aumentar a precisão e acomodar o movimento lateral do bogie 16 sobre o trilho 18, o arranjo de sensores 90 mostrado na figura 9 inclui três pares de sensores, os pares sendo espaçados transversalmente ao longo da largura do trilho 18. Os pares são espaçados em uma faixa entre cerca de 10 e 50 mm de distância. Nesta modalidade, os pares são espaçados em cerca de 20 mm de distância.

[0053] O arranjo de sensores 90 também inclui um par de sensores marcadores lateralmente espaçados 96 (espaçados em aproximadamente 50 mm de distância). Esses sensores marcadores 96 são configurados para medir um campo magnético vertical ou um campo magnético horizontal gerado por um marcador de campo 44 (conforme mostrado na figura 7 e na figura 8, respectivamente) o qual pode estar localizado em um ou ambos os lados do trilho 18 (vide a descrição anterior sobre marcadores de campo). Em função da força magnética dos marcadores de campo (e em função de os sensores marcadores 96 não serem usados para detectar um campo magnético residual), os sensores marcadores 96 também podem ser, por exemplo, posicionados longe do trilho e/ou podem ter menos magnetômetros sensíveis que os sensores 34 dos pares de sensores 92.

[0054] A figura 10 mostra gráficos 100 das medições do sensor antes e depois do processamento. O sensor 98 na figura 9 provê o rastreador de sinal 102 do canal 3 mostrado no gráfico superior e o sensor 99 provê o rastreador de sinal 104 do canal 4 mostrado no gráfico inferior. Esses dois sinais 102, 104 são produzidos de modo concomitante e representam o campo magnético conforme detectado na distância 94.

[0055] A mudança média na força de campo, medida em [Gauss/ mm], é fornecida pela equação (1): onde C é uma constante para converter o envio do sensor a partir de mV para Gauss e D é a distância 94. Como tanto C quanto D são constantes, um sinal diferencial 106 determinado a partir da diferença (Ch4 - Ch3) mostrada em no gráfico mediano é usado como uma indicação das mudanças no campo magnético. Como pode ser visto, o que parece ser um ruído presente nos sinais 102, 104 é significativamente reduzido quando esse sinal diferencial 106 é determinado. Os picos no sinal diferencial 106, por exemplo, pico 108, são indicativos de fins de trilho, por exemplo, possíveis defeitos sérios (conforme definidos), tais como rupturas no trilho.

[0056] Na prática, existe muito pouco ruído elétrico presente. As variações que podem ser vistas nos sinais 102, 104 (particularmente a parte à direita dos rastreadores) surgem a partir de variações reais no campo magnético, por exemplo, devido à magnetização do trilho anterior e ao movimento relativo do bogie 14 em direção à via, tanto lateralmente quanto verticalmente.

[0057] Uma vantagem do uso desse método diferencial (ao contrário, por exemplo, de se usar um limite simples) para determinar se o sinal medido indica uma mudança significativa no campo magnético pode ser compreendido mais claramente com referência à figura 11. A figura11 mostra rastreadores de sinal não processado 110 no topo, conforme enviados pelos sensores 98 e 99, por exemplo. O sinal diferencial 112 é mostrado ao fundo. Neste exemplo, os sinais não processados 110 mostram um grande aumento no fluxo medido à esquerda (entre 12,90 e 12,94 segundos), muito mais que o pico mostrado em direção à direita em torno de 13,05 segundos. Esse fenômeno pode ocorrer devido a campos magnéticos residuais resultantes da magnetização do trilho durante o processo fabricação do trilho onde guindastes magnéticos podem ter sido usados para manobrar o trilho.

[0058] O sinal diferencial remove o ruído que resulta, por exemplo, dos cabos e suprimentos de energia, mas também remove os efeitos desses campos magnéticos para indicar a posição de um possível fim de trilho em 114 com mais precisão.

[0059] Nota-se que a modalidade da figura 5 também pode ser usada nessa modalidade, onde sensores opostos em cada conjunto linear, ainda que desviados um em relação ao outro, são emparelhados em conjunto. Os sensores emparelhados 34 provêm dois sinais substancialmente simultâneos indicativos de uma mudança média na magnetização ao longo da distância que separa os conjuntos a partir dos quais o sinal diferencial 106 pode ser obtido. 5- Fins de Trilho Planejados e Não Planejados

[0060] O sistema 10 precisa distinguir entre os assim chamados fins de trilho "planejados", tais como junções de trilho isoladas (IRJs), soldas ou similares, e fins de trilho "não planejados", ou seja, rupturas no trilho. Para essa finalidade, o sistema 10 inclui um módulo de distinção 42 em comunicação com o processador do módulo de processamento de sinal 40.

[0061] O módulo de distinção 42 é pode ser implantado em uma variedade de formas diferentes. Em uma implantação, o módulo de distinção 42 faz uso de marcadores, um dos quais é mostrado, de maneira esquemática, em 44 na figura 2 dos desenhos. Esses marcadores 44 identificam fins de trilho planejados que são reconhecidos pelo módulo de distinção 42 do sistema 10 para inibir a geração de falsos positivos quando o sistema 10 detectar fins de trilho planejados.

[0062] Em adição ou em vez disso, o módulo de distinção faz uso da lógica de padrão armazenada em um armazenamento de dados, tal como um banco de dados, 46 do sistema 10. A lógica de padrão faz uso de dois testes.

1. Testes de Lógica

[0063] No teste um, se o cabeçote do sensor 32 do arranjo de sensores 24 detectar um fim de trilho sobre um trilho 18 e em seguida, detectar um fim de trilho no segundo trilho 18 dentro de 'A' metros do fim de trilho do primeiro trilho, o sistema 10 registra os dois fins de trilho como um par de junções de trilho isoladas (IRJs), caso contrário, o sistema 10 registra a ocorrência de um trilho rompido.

[0064] Com o primeiro teste, o primeiro fim de trilho detectado no trilho 18 começa o testo. O teste é terminado pela detecção de um fim de trilho no outro trilho dentro de 'A' metros ou pela aproximação da distância de 'A' metros a partir de um primeiro fim de trilho. O teste recomeça no próximo fim de trilho depois do término do teste anterior. A distância de 'A' metros é definida para ser maior que a quantidade mínima de escalonamento conhecido entre IRJs, tipicamente, cerca de 2,5 metros.

[0065] No teste dois, o qual é independente do teste um, se o cabeçote do sensor 32 do arranjo de sensores 24 detectar um fim de trilho em um trilho 18 e em seguida, detectar um segundo fim de trilho no mesmo trilho 18 dentro de 'B' metros do mesmo trilho, o segundo fim de trilho é registrado como uma ocorrência de trilho rompido pelo sistema 10. A distância de 'B' metros é definida para ser menor que o menor espaçamento de duas IRJs sobre um trilho ou é definida para ser maior que a distância de 'A' metros. Um típico valor para 'B' está entre cerca de 4 e 5 m.

[0066] Com esses dois testes, a probabilidade do módulo de distinção 42 fazer o sistema 10 gerar falsos positivos é muito baixa e quase todos os casos de rupturas reais no trilho devem ser detectados pelo sistema 10. Possivelmente, uma das poucas ocorrências de rupturas reais no trilho que não irão gerar um positivo verdadeiro é onde uma ruptura ocorre em cada trilho 18, as rupturas estando a 'A' metros uma da outra.

[0067] Há duas situações adicionais que resultarão em alarmes falsos sendo gerados por terem sido detectados por um primeiro teste. Essas duas situações adicionais são, primeiramente, uma única junção temporária laminada na linha principal como um resultado de uma reposição de trilhos e, secundariamente, um trilho laminado previamente rompido aguardando reparo. Há várias soluções para inibir essas situações que causam a geração de falsos positivos.

[0068] Um procedimento pode ser adotado dentro de um centro de operações, o qual controla os trens que passam pela linha férrea 20, de modo que um banco de dados limitado de junções temporárias seja armazenado no armazenamento de dados 46 para ser acessado pelo módulo de distinção 42 para descartar os falsos positivos dessas duas situações. Além disso, dados referentes às junções temporárias podem ser armazenados no armazenamento de dados 46 do sistema 10 e marcadores de campo, tais como aqueles mostrados em 44, podem ser usados no local das junções temporárias, o sistema 10 lendo tais marcadores de campo 44 para descartar falsos positivos dessas duas situações.

2. Falsos Positivos e o Uso de Marcadores de Campo

[0069] Em adição ou ao invés disso, marcadores de campo, tais como aqueles mostrados em 44, podem ser usados no local das junções temporárias, o sistema 10 lendo tais marcadores de campo 44 para descartar falsos positivos dessas duas situações. O marcador de campo 44 usado para as situações acima incorpora um ímã 52. Duas variações de aplicação do marcador de campo magnético 44 são usadas. No primeira caso, conforme mostrado na figura 7 dos desenhos, o marcador de campo magnético 44 é posicionado na junção temporária montada sobre uma tala de junção 54 adjacente à linha de junção no lado de campo do trilho 18. O marcador de campo 44 é selecionado para ter uma força de campo suficiente, com seu eixo geométrico de polo magnético do ímã 52 sendo orientado verticalmente (conforme mostrado na figura 7) ou horizontalmente na direção transversal (conforme mostrado na figura 8).

[0070] Em algumas modalidades, os marcadores de campo 44 possuem força suficiente para que ocorra a saturação da maioria ou de todos os sensores 34 do cabeçote do sensor 32 quando eles forem detectados pelos sensores 34. Em outras modalidades, o ímã é orientado para produzir um campo lateral e um ou mais magnetômetros dedicados de marcador de campo 96 são configurados para que eles sejam orientados adequadamente para detectar o campo magnético a partir dos marcadores de campo 44, conforme descrito acima com referência à modalidade da figura 9 dos desenhos. O módulo de processamento de sinal 40 em seguida, interpreta o campo magnético detectado para determinar se um evento deve ser desconsiderado por ser um fim de trilho planejado.

[0071] Na segunda variação mostrada na figura 8, o ímã 52 do marcador de campo magnético 44 é posicionado sobre uma placa 56 de um material não magnético, o qual, por sua vez, é fixado, por meio de um grampo não magnético 57, sobre o outro trilho 18 oposto à linha de junção planejada, porém, dentro de uma tolerância longitudinal definida pelas regras lógicas de discriminação mencionadas acima, no lado de campo do trilho 18. Mais uma vez, o ímã 52 do marcador de campo 44 é selecionado para ter força de campo suficiente para saturar a maioria ou todos os sensores 34 do cabeçote do sensor 32. Isso cria um sinal de fim de trilho artificial sobre o trilho oposto 18, para que apareça para o sistema 10 que um par de junções existe. Como um resultado, o teste um é aplicado e a única junção não é reportada como um trilho rompido.

[0072] Será compreendido que, em qualquer variação, o ímã 52 poderia ser disposto verticalmente ou horizontalmente e o arranjo do ímã 52 não está restrito às orientações ilustradas nas figuras 7 e 8 dos desenhos.

[0073] O uso do marcador de campo 44 possui a vantagem de sinalizar uma falha na operação de segurança. Se o marcador de campo magnético 44 estiver ausente ou for posicionado na orientação errada, a junção temporária é reportada como um trilho rompido, havendo assim uma pequena chance de risco caso o marcador de campo 44 seja deixado sobre o trilho 18 e em seguida, uma ruptura de trilho real ocorra nesse local, pois o trilho rompido não será detectado. Essa é uma probabilidade bem remota e poderia ser mitigada produzindo-se o marcador de campo 44 dentro da tala de junção 54, ao invés de tê-lo projetado como um componente separado, para que o marcador de campo 44 apenas permaneça sobre o trilho caso a tala de junção 54 seja deixada sobre o trilho 18.

[0074] Também será compreendido que o marcador de campo 44 de qualquer modalidade do poderia ser montado no lado de margem do trilho 18, no entanto, ele precisaria ser montado em nível mais baixo para evitar que o ímã 52 fosse preso pelo flange da roda 36 do vagão 16, o que poderia reduzir a eficácia do marcador de campo 44, sendo, portanto, preferível posicioná-lo no lado de campo do trilho 18.

3. Jacarés Abertos

[0075] Há também cinco situações ou artefatos que poderiam resultar na geração de falsos positivos. Essas cinco situações são as seguintes: jacarés abertos (em desvios reversos na via durante a passagem por vias em algumas estações); lâminas de pontos ou jacarés móveis em desvios principais; painéis de cruzamento de nível; jacarés abertos opostos ao contratrilho e estruturas de aço em torno dos jacarés móveis.

[0076] Durante experimentos do sistema descrito aqui, descobriu- se que jacarés móveis são improváveis de resultar em falsas indicações positivas de fins de trilho. No entanto, houve variações de sinal indicativas de fins de trilho em desvios de jacaré aberto em jacarés feitos de aço manganês. Isso pode ocorrer devido ao tipo não magnético de aço usado nesses jacarés para que a transição a partir de um trilho de aço padrão para a área de jacaré seja registrada como um fim de trilho magnético.

[0077] Há uma variedade de opções para desconsiderar falsos positivos causados por jacarés abertos. Uma opção é usar marcadores de campo conforme descrito acima. No entanto, típicos jacarés abertos resultam em dois eventos (um em cada trilho), com um espaçamento consistente (tipicamente de 5,2 m na Austrália). Portanto, também é possível implantar uma regra lógica adicional (teste três) durante o pós- processamento dos dados de modo a eliminar os falsos positivos resultantes de jacarés abertos, desconsiderando-se um par de eventos sobre ambos os trilhos que estão espaçados em aproximadamente 5,2 m de distância.

[0078] Outra implantação do módulo de distinção 42 inclui o uso de estruturas associadas com os componentes padrão da via férrea para identificar os fins de trilho planejados. Tais estruturas incluem talas de junção com juntas isoladas ou parafusos e lâminas de desvio, parafusos e outras estruturas de suporte associadas com desvios.

[0079] Outra implantação do módulo de distinção 42 inclui o uso de um banco de dados de locais de fins de trilho planejados, o qual, quando em uso, são armazenados no armazenamento de dados 46. O módulo de distinção 42 compara em seguida um local real de um fim de trilho detectado e/ou de uma variedade de fins de trilho encontrada em uma extensão específica do trilho com a variedade de fins de trilho armazenados.

6. - Configuração e Construção

[0080] O ímã 22 pode adotar vários formatos dependendo da força de magnetização do trilho 18 necessária para gerar o campo magnético residual no trilho 18. Por exemplo, os testes foram conduzidos com ímãs contendo as seguintes características: ímãs terrosos raros com 20mm de diâmetro x 10mm de espessura feitos de neodímio ferro boro. Em função do pequeno tamanho desses ímãs, eles foram posicionados mais próximos da superfície 28 do trilho 18 do que seria o caso com os ímãs maiores usados na prática. O ímã maior possui dimensões de 100 mm x 50 mm de largura x 25mm de espessura.

[0081] No caso de ímãs menores, esses ímãs foram posicionados entre 3 mm e 9 mm acima da superfície 28 do trilho 18 em testes conduzidos pela depositante. Já os ímãs maiores podem ser posicionados em uma altura de aproximadamente 10 mm a 30 mm acima da superfície do trilho.

[0082] Quando em uso, um sistema 10 é preso, por meio de sua placa 12, a uma parte externa de cada armação lateral 48 (figura 1) de um bogie 14 do vagão 16, conforme mostrado na figura 3 dos desenhos. O arranjo de sensores 24 é posicionado sobre a placa 12 para repousar substancialmente sobre a linha central 50 do bogie 14. O ímã 22 é disposto em uma posição principal em relação ao arranjo de sensores 24, a uma distância 'x' a partir da linha central 50 do bogie 14. A distância 'x' é selecionada dependendo das dimensões do bogie 14 para que o ímã 22 fique dentro de uma "sombra" magnética, conforme definido, da roda principal 36 carregada sobre o bogie 14. Por exemplo, a distância 'x' é da ordem de 400 mm a partir da linha central 50 do bogie 14. Com esse arranjo, a probabilidade do ímã 22 causar sinais espúrios no equipamento posicionado na lateral, tais como contadores de eixo ou sensores de proximidade da roda, é reduzida visto que é provável que tal equipamento posicionado na lateral registre apenas um artefato, a roda 36, ao invés de dois artefatos separados da roda 36 e do ímã 22.

[0083] Testes conduzidos pela depositante, tanto em laboratório quanto em uma via de linha férrea real, mostraram que o sistema 10 é capaz de distinguir entre rupturas no trilho e outros defeitos de superfície e/ou soldas no trilho 18 em uma faixa de alturas do cabeçote do sensor 32 em relação à superfície 28 da cabeça 30 do trilho 18. Mesmo em uma altura de aproximadamente 32 mm, o envio dos sensores 34 é suficientemente diferente entre uma ruptura no trilho e uma solda para permitir que o sistema 10 faça a distinção entre uma ruptura no trilho 18 e uma solda ou outro defeito de superfície. Por exemplo, mediu-se um sinal de saída de pico a pico a partir de um dos sensores 34 para uma solda aluminotérmica em um sensor 34, a uma altura de 11 mm que mostrou ser apenas 33% de um sinal de ruptura no trilho em um sensor 34 a uma altura de 32 mm. Isso é indica que, mesmo sem uma compensação de altura, o sistema 10 é capaz de distinguir entre esses dois artefatos.

[0084] Desse modo, o processador do módulo de processamento de sinal 40 é implantado para distinguir entre picos gerados como um resultado de vazamento de fluxo magnético do campo magnético residual no trilho e associados com defeitos de superfície ou soldas no trilho 18, e picos gerados como um resultado de vazamento de fluxo magnético do campo magnético residual associado com uma ruptura no trilho 18. O processador do módulo de processamento de sinal 40 é programado apenas para enviar um sinal associado com os picos maiores, reduzindo assim a probabilidade de falsos positivos serem gerados devido à detecção de defeitos de superfície ou soldas no trilho 18.

[0085] Testes adicionais conduzidos pela depositante observaram a formação de partículas magnéticas ou outros magnético detritos sobre o ímã 22. Percebeu-se que, geralmente, tal formação de partículas magnéticas sobre o ímã 22 não afeta negativamente a geração de um campo magnético residual no trilho 18. No entanto, caso haja uma deterioração na geração de tal campo magnético residual, o ímã 22 pode ser alojado em um invólucro ou película 58 (figura 6) feito de um material não magnético. O invólucro 58 define um vácuo, o qual é completamente vedado ou enchido com um material não magnético fundido, tal como um composto de envasamento elétrico ou uma resina de epóxi, para inibir a entrada de partículas estranhas no alojamento 58.

[0086] O invólucro 58 contém elementos defletores, tais como aletas 62, para inibir a migração de contaminantes para o entorno do invólucro 58. Isso limita a quantidade de curto-circuito por fluxo entre os polos do ímã 22 em função de detritos e, portanto, maximiza a quantidade de fluxo magnético que passa pelo trilho 18 a partir do ímã 22. As aletas 58 são elasticamente flexíveis, em particular, nas regiões onde elas podem ser expostas a algum dano mecânico.

[0087] Em alguns casos, os trilhos rompidos podem criar uma lacuna muito larga causa pelo fim de trilho, por exemplo, várias centenas de milímetros. Para levar isso em consideração apropriadamente durante a avaliação dos dados medidos a partir dos sensores 34, as medições de aceleração da armação lateral vertical também podem ser efetuadas com o uso de acelerômetros. Essas medições provêm uma indicação de lacunas com uma largura de ~100 mm ou mais sem gerar alarmes falsos em imperfeições menores na superfície do trilho, tais como soldas imersas que também causam a aceleração da armação lateral.

7. - Determinando a Presença de uma Falha

[0088] A figura 12 mostra um diagrama de fluxo do processo 120 usado para determinar se existe uma falha em uma linha dos sinais recebidos a partir dos sensores 34 usando-se a modalidade da figura 9 dos desenhos.

[0089] Em 121, os dados não processados do sensor são recebidos a partir de cada sensor dos três pares 92 de sensores 34, bem como a partir do par de sensores marcadores 96, se aplicável. Algum processamento preliminar (implantado em hardware e/ou software), por exemplo, filtragem passa-baixa, pode ser incluído.

[0090] Em 122, um sinal diferencial é calculado a partir de cada par 92 de sensores 34, bem como a partir do par de sensores marcadores 96, se aplicável, subtraindo-se um sinal a partir do outro em cada par. O sinal diferencial calculado para cada par de sensores é em seguida, comparado com um limite em 123. O limite usado para os sensores marcadores 96 iria tipicamente diferir do limite usado para os pares de sensores 92. Para os LOHETs específicos usados nesse exemplo para os sensores 34 (Honeywell SS94A1F LOHETs), um limite entre 50 e 150 mV foi usado, e para os sensores marcadores 96, um limite entre 100 mV e 1V foi usado.

[0091] Em 124, as estruturas de fim de trilho são identificadas quando dois dos três pares de sinais do canal diferencial excedem o limite selecionado, a assim chamada regra "dois de três" (2oo3). Onde uma regra 2oo3 é aplicada, um espaçamento do canal lateral de 2025mm é apropriado. Se um maior espaçamento de canal for usado (por exemplo, 40-50mm), uma regra 1oo3 é usada.

[0092] Em uma modalidade, um método de "limite dual" é usado para aumentar a precisão dos resultados finais. Para os sensores 34, descobriu-se que diferentes estruturas podem ser detectadas quando se usa um limite baixo (por exemplo, 50mV) versus quando se usa um limite alto (por exemplo, 100mV). Por exemplo, o limite baixo pode incluir falsos positivos enquanto o limite alto pode omitir algumas falhas. Na modalidade de limite dual, os resultados tanto com limites baixos quanto com limites altos são usados e subsequentemente, considerados durante etapas adicionais de processamento. Quando apenas um limite é usado (por exemplo, 100 mv), se um único par de sensores indicar uma falha, isso é considerado um falso positivo e os resultados são ignorados. Em modalidades onde o método de limite dual é usado, se um único par de sensores indicar uma falha com um limite de 100mV, então, o dado com limite de 50mV também é considerado antes que a decisão de ignorar os resultados seja tomada. Se os outros pares não indicarem que o limite de 50mV foi atingido, então, os resultados serão ignorados e vice-versa.

[0093] Como pode ser visto a partir dos rastreadores mostrados na figura 11, em função da maneira pela qual a inclinação do campo magnético muda, é possível gerar três picos em cada rastreador: o principal pico 114 e os picos secundários 115, 116 (de um sinal oposto) para cada lado do pico principal 114. Em alguns casos, mais de um pico atingirá o limite. Isso precisa ser considerado como um único fim de trilho para as regras lógicas funcionarem corretamente e os picos secundários 115, 116 serem removidos antes das regras lógicas serem aplicadas. Os picos secundários são removidos dos dados para se avaliar na etapa 125 se os picos secundários estão dentro de uma pequena distância um do outro, por exemplo, se eles são menores que 50mm um do outro. Em uma modalidade, esses picos são removidos como parte do processamento que compara o sinal diferencial com um ou mais limites em 123.

[0094] Em 125, as três regras lógicas são aplicadas: teste um: se os fins de trilho forem encontrados sobre os dois trilhos separados e se esses fins de trilho estiverem dentro de 2-3 m de distância um do outro (tipicamente 2,5m), então, isso é considerado como uma IRJ; teste dois: se dois fins de trilho forem encontrados sobre o mesmo trilho em um espaçamento menor que o espaçamento de IRJ mínimo conhecido (tipicamente entre 4 e 5m), isso é considerado como um trilho rompido; teste três: se houver duas ocorrências sobre um trilho com um espaçamento de aproximadamente 5,2 m, isso é indicado como um jacaré aberto.

[0095] Para o teste um acima, na modalidade de limite dual, se uma ocorrência for detectada sobre um trilho com um limite de 100mV, mas não sobre o outro, então, o sinal diferencial para o outro trilho poderá ser reconsiderado com um limite de 50mV para determinar a possível presença de uma IRJ.

[0096] Em adição a esses três testes, qualquer variedade de testes adicionais pode ser usada para refinar os resultados, dependendo das circunstâncias. Um adicional teste é avaliar se os fins de trilho detectados (seguindo os testes de um a três) ocorrem substancialmente no mesmo local como um marcador de campo detectado, em cujo caso, o fim de trilho particular é determinado como sendo um fim de trilho planejado.

[0097] Em 126, a lista de falhas conforme determinada durante as etapas precedentes é enviada. A lista pode incluir tanto os fins de trilho planejados quanto os fins de trilho não planejados, conforme determinado pelo método. O envio pode ser usado para atualizar um banco de dados local e/ou centralizado 127. Ao invés disso ou em adição, o envio também pode ser usado como uma inserção em um sistema de controle local para se chegar a uma conclusão relevante, por exemplo, para marcar o trilho nas proximidades de um defeito sério ou para controlar a operação (por exemplo, a velocidade) do trem.

8. - Vantagens

[0098] Uma vantagem particular das modalidades descritas é um sistema 10 que é capaz de distinguir entre fins de trilho planejados e fins de trilho não planejados, os últimos representando rupturas nos trilhos. Outra vantagem das modalidades descritas é um sistema 10 que pode ser instalado sob um estoque giratório padrão, o qual pode operar em velocidade normal em todos os ambientes. Com esse arranjo, o sistema 10 pode ser instalado em condições ambientais severas ou hostis e mesmo assim ser capaz de prover uma indicação da ocorrência de uma ruptura em um trilho para permitir que uma ação remediadora seja tomada.

[0099] Isso é particularmente vantajoso em aplicações em ferrovias com alta demanda de transporte (por exemplo, transporte pesado), tal como, por exemplo, onde minério de ferro está sendo transportado de uma mina para um porto para entrega. Essa tarefa está sendo crescentemente feita de maneira automática usando-se trens sem condutor. Além disso, a habilidade de detectar uma ruptura no trilho e tomar uma atitude imediata permite uma maior capacidade de transporte pela linha férrea.

[00100] Portanto, quando em uso, o sistema 10 é montado sobre o último vagão 16 de um trem para detectar quaisquer rupturas no trilho causadas por esse trem. O sistema 10, caso uma ruptura no trilho seja detectada, é configurado para transmitir os dados referentes a essa ruptura no trilho, por meio do módulo de processamento de sinal 40 e de um link de comunicação montado sobre o trem, conforme representado de maneira esquemática por uma antena 64 na figura 2 dos desenhos, para o centro de operações. A equipe no centro de operações é então, capaz de tomar uma atitude para reparar o trilho rompido em tempo hábil e permitir o uso continuado da linha férrea 20.

[00101] Conforme observado acima, a depositante não está ciente de nenhuma tecnologia comercialmente disponível para a detecção de trilhos rompidos de veículos férreos móveis de um tipo que pode ser encaixado em vagões convencionais ou locomotivas. Todas as tecnologias existentes (por exemplo, detecção de falha ultrassônica) são apenas adequadas para operações a partir de troles especializados que operam em velocidades relativamente baixas e com alto grau de exigência em termos de manutenção e inserção de um operador.

[00102] Será compreendido por pessoas versadas na técnica que numerosas variações e/ou modificações podem ser feitas às modalidades descritas acima, sem que se fuja do escopo amplo e genérico da presente descrição. As presentes modalidades devem, portanto, ser consideradas, sob todos os aspectos, como ilustrativas e não restritivas.

Claims (12)

1. Sistema (10) para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho (18) de uma linha férrea (20), que inclui: uma estrutura de suporte (12) montável em um componente (14) de um veículo sobre trilhos (16); pelo menos um gerador de campo magnético (22) carregado pela estrutura de suporte (12) para gerar um campo magnético residual no trilho (18); um arranjo de sensores (24) carregado pela estrutura de suporte (12) em relação espaçada com o gerador de campo magnético (22) para detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual, o arranjo de sensores (24) incluindo pelo menos um par de sensores longitudinalmente espaçados, cada sensor gerando um sinal medido com base no vazamento de fluxo magnético detectado por esse sensor; um módulo de processamento de sinal (40) responsivo aos sinais medidos para calcular um sinal diferencial proveniente dos sinais medidos dos sensores de pelo menos um par de sensores, o sinal diferencial sendo indicativo da presença de um fim de trilho no trilho (18); e um módulo de distinção (42) em comunicação com o módulo de processamento de sinal (40) e configurado para distinguir entre um fim de trilho planejado e um fim de trilho não planejado usando lógica padrão e o sinal diferencial calculado, caracterizado pelo fato de que a lógica padrão inclui pelo menos um teste de lógica sendo baseado em uma distância entre o fim de trilho e um segundo fim de trilho e que é aplicado ao sinal diferencial calculado para determinar se o fim de trilho é um fim de trilho planejado ou um fim de trilho não planejado, o fim de trilho não planejado sendo indicativo de uma quebra no trilho (18), e o fim de trilho planejado sendo indicativo de um falso positivo.

2. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sensores de pelo menos um par de sensores são configurados para efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

3. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensores (24) inclui uma pluralidade de pares de sensores transversalmente dispostos, todos os sensores sendo configurados para efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

4. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os sensores do arranjo de sensores (24) são dispostos em pelo menos dois conjuntos de sensores lineares longitudinalmente espaçados e transversalmente estendidos.

5. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o módulo de processamento de sinal (40) também compara o sinal diferencial calculado a partir de cada par de sensores com um limite e, se o sinal diferencial proveniente de cada sensor dentre um número predeterminado de pares de sensores exceder o limite, determina que um fim de trilho existe.

6. Sistema (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo de processamento de sinal (40) classifica um fim de trilho não planejado como um defeito sério.

7. Método para detectar a presença de um fim de trilho em um trilho (18) de uma linha férrea (20), que inclui: gerar um campo magnético residual no trilho (18); detectar um vazamento de fluxo magnético associado com o campo magnético residual; gerar um sinal medido a partir de cada sensor de pelo menos um par de sensores longitudinalmente espaçados de um arranjo de sensores (24), os sinais medidos com base no vazamento de fluxo magnético detectado pelo par de sensores; calcular um sinal diferencial proveniente dos sinais medidos dos sensores de pelo menos um par de sensores, o sinal diferencial sendo indicativo da presença de um fim de trilho no trilho (18); e discriminar entre um fim de trilho planejado e um fim de trilho não planejado usando lógica padrão e o sinal diferencial calculado, caracterizado pelo fato de que a lógica padrão inclui pelo menos um teste de lógica sendo baseado em uma distância entre o fim de trilho e um segundo fim de trilho e que é aplicado ao sinal diferencial calculado para determinar se o fim de trilho é um fim de trilho planejado ou um fim de trilho não planejado, o fim de trilho não planejado sendo indicativo de uma quebra no trilho (18), e o fim de trilho planejado sendo indicativo de um falso positivo.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de incluir fazer os sensores de pelo menos um par de sensores efetuar as medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensores (24) inclui uma pluralidade de pares de sensores transversalmente dispostos e no qual o método inclui fazer todos os sensores efetuar medições de vazamento de fluxo magnético de modo substancialmente simultâneo.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que inclui comparar o sinal diferencial calculado a partir de cada par de sensores com um limite e, se o sinal diferencial calculado a partir de cada sensor dentre um número predeterminado de pares de sensores exceder o limite, determinar que um fim de trilho existe.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que inclui classificar um fim de trilho não planejado como um defeito sério.

12. Veículo sobre trilhos (16), caracterizado pelo fato de que inclui: um corpo; pelo menos um bogie (14) sobre o qual o corpo é suportado para atravessar uma linha férrea (20); e pelo menos um sistema (10), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, para detectar uma ruptura em um trilho (18) da linha férrea (20), o sistema (10) sendo montado pelo menos sobre um bogie (14).