BR112018003658B1

BR112018003658B1 - Método e sistema para detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável

Info

Publication number: BR112018003658B1
Application number: BR112018003658-7A
Authority: BR
Inventors: Stewart Blair
Original assignee: Jrb Engineering Pty Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2022-03-15
Also published as: ES2933036T3; AU2016314771A1; CN108431591A; EP3344982A1; CA2996849A1; CA2996849C; BR112018003658A2; AU2016314771B2; ZA201801343B; US11249047B2; CN108431591B; EP3344982B1; CO2018002442A2; EP3344982A4; US20180328888A1; WO2017035591A1; CL2018000531A1; RU2697061C1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA DETECTAR, IDENTIFICAR E ESTIMAR UMA DESCONTINUIDADE DE MATERIAL EM UM ARTIGO MAGNETIZÁVEL. Um sistema (10) e um método associado para detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável (12) que possui uma unidade de sensor (16) que inclui um ímã (18) e pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético (S). O ímã (18) é suportado a uma distância acima do trilho (12) de modo que as linhas de fluxo magnético (22) passam através do trilho (12). O campo magnético do ímã (18) faz a superfície (14) do trilho (12) diretamente abaixo do ímã (18) ser polarizada oposta ao polo do ímã (18) voltado para ela e as regiões distantes do ímã (18) se tornam inversamente polarizadas. O sensor de acoplamento (S) é colocado e mantido em uma posição fixa com relação a e no campo magnético ativo do ímã (18). O sensor de acoplamento (S) mede o acoplamento de fluxo entre o trilho (12) e o ímã (18).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] Um método e sistema são descritos para detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável. Modalidades do método e sistema descritos podem ter aplicação, por exemplo, mas não limitado a, em detectar uma quebra no artigo ou uma mudança na composição do material do artigo. Em uma aplicação mais específica, o artigo pode ser um trilho de via férrea.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] O Requerente desenvolveu uma faixa e tecnologias para detectar descontinuidades ou outros defeitos em vias férreas e defeitos em rodas do trilho. Algumas destas tecnologias contam com a detecção e análise subsequente de campos magnéticos remanescentes. Um exemplo é descrito na publicação do requerente número US 2013/0113472. Esta publicação US descreve um método de detecção de profundidade de rachadura magnética. Este mede o vazamento e fluxo de campo magnético remanescente por um comprimento de um trilho de uma via férrea e comparando as medições com medições empíricas previas permite a previsão da profundidade de uma rachadura. O equipamento que utiliza este método foi comercializado com sucesso.

[0003] O sistema e o método presentemente descritos é um resultado de pesquisa adicional e desenvolvimento na técnica de detecção de descontinuidade de material magnético.

[0004] A referência acima à técnica antecedente não constitui uma admissão que a técnica forma parte do conhecimento geral comum de uma pessoa versada na técnica. Adicionalmente, a referência acima aos antecedentes da técnica não é destinada a limitar a aplicação do método e sistema descritos aqui.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Em um primeiro aspecto é descrito um método de detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável compreendendo:

[0006] atravessar um ímã ao longo do artigo de modo que as linhas de fluxo magnético de um campo magnético ativo de circuito de ímã através do artigo e acoplar magneticamente o ímã ao artigo;

[0007] colocar pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético em uma posição fixa com relação ao ímã e no campo magnético ativo em que o pelo menos um sensor de acoplamento se desloca ao longo do artigo com o ímã para amostrar o campo magnético entre o ímã e o artigo; e

[0008] analisar o acoplamento magnético medido no campo magnético ativo para uma mudança no acoplamento magnético durante o deslocamento do ímã, e usar a mudança no acoplamento magnético para detectar uma descontinuidade no artigo.

[0009] Em uma modalidade, analisar informação compreende fazer uma determinação de uma dimensão da descontinuidade.

[0010] Em uma modalidade, o pelo menos um sensor de acoplamento está disposto para detectar pelo menos a direção do fluxo magnético que passa através do artigo.

[0011] Em uma modalidade, o pelo menos um sensor de acoplamento está disposto para detectar pelo menos a densidade do fluxo magnético que passa através do artigo.

[0012] Em uma modalidade, o artigo é um trilho para um veículo de transporte ferroviário. Em qualquer modalidade alternada, o artigo é uma roda para um veículo de transporte ferroviário.

[0013] Em uma modalidade, o método compreende adquirir amostras longitudinais do campo magnético ao longo do trilho simultaneamente com a aquisição de amostras de acoplamento magnético de um ou mais sensores de acoplamento;

[0014] entre instantes em que as amostras são adquiridas mover: o ímã, os sensores de acoplamento e os sensores de deslocamento em uma justaposição fixa com relação um ao outro ao longo do artigo; e

[0015] usar as amostras dos sensores de deslocamento para fornecer uma estimativa do deslocamento do ímã ao longo do artigo entre instantes de amostragem sucessivos.

[0016] Em uma modalidade, usar as amostras dos sensores de deslocamento para fornecer uma estimativa do deslocamento do ímã compreende uma correlação cruzada das amostras adquiridas dos sensores de deslocamento em instantes de amostragem sucessivos.

[0017] Em uma modalidade, o método compreende combinar as amostras dos sensores de acoplamento e os sensores de deslocamento para fornecer uma indicação de acoplamento de campo magnético através da descontinuidade no domínio de deslocamento.

[0018] Em um segundo aspecto, é descrito um sistema para detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável que compreende:

[0019] um ímã capaz de ser passado ao longo do artigo de modo que as linhas de fluxo magnético de um campo magnético ativo do circuito de ímã através do artigo e acoplar magneticamente o ímã ao artigo; e

[0020] pelo menos um sensor de campo magnético localizado em uma posição fixa com relação ao ímã e no campo magnético do ímã em que o pelo menos um sensor passa ao longo do artigo com o ímã e é disposto para medir o acoplamento magnético entre o ímã e o artigo.

[0021] Em uma modalidade, o sistema ainda compreende um sistema de análise de fluxo magnético disposto para analisar informação pertencente ao fluxo magnético fornecido por pelo menos um sensor para fornecer uma indicação de uma característica da descontinuidade de penetração de superfície.

[0022] Em uma modalidade, o pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético e um de vários sensores de acoplamento dispostos em um "array" em uma direção transversal a uma direção transversal do ímã ao longo do artigo.

[0023] Em uma modalidade, o sistema compreende um sensor de deslocamento que adquire amostras do campo magnético em múltiplas localizações espaçadas longitudinalmente ao longo do trilho simultaneamente com a aquisição de amostras de acoplamento magnético de um ou mais sensores de acoplamento.

[0024] Em um terceiro aspecto, é descrito um método de estimar o deslocamento espacial com respeito a uma resposta de campo magnético de um artigo compreendendo:

[0025] adquirir múltiplas amostras de acoplamento de campo magnético entre um artigo e um ímã em uma frequência de amostragem conhecida em que o ímã é capaz de ser movido em uma direção transversal a um comprimento do artigo e em que as múltiplas amostras são adquiridas simultaneamente em cada uma das várias localizações que são espaçadas na direção do comprimento do artigo;

[0026] em um período entre instantes de amostragem sucessivos movendo o ímã, e um aparelho capaz de adquirir amostras em uma relação espacial fixa ao longo do artigo; e

[0027] processar as múltiplas amostras adquiridas para fornecer uma estimativa do deslocamento do ímã ao longo do artigo entre instantes de amostragem sucessivos.

[0028] Em um quarto aspecto, é descrito um método de facilitar a identificação de uma descontinuidade de material em um artigo ferromagnético compreendendo:

[0029] aplicar um campo magnético no artigo;

[0030] adquirir múltiplas amostras de acoplamento de campo magnético entre o ímã e o artigo em uma frequência de amostragem conhecida;

[0031] em um período entre os instantes de amostragem sucessivos mover um aparelho capaz e aplicar o campo magnético e adquirir as amostras em uma relação espacial fixa ao longo do artigo;

[0032] processar as múltiplas amostras adquiridas para fornecer uma estimativa do deslocamento do aparelho ao longo de um artigo entre instantes de amostragem sucessivos;

[0033] usar as estimativas de deslocamento para facilitar a identificação do recurso no artigo.

[0034] Em uma modalidade, adquirir múltiplas amostras de acoplamento de campo magnético compreende adquirir um primeiro múltiplo de amostras em cada uma das várias localizações que são espaçadas uma da outra na direção de movimento do artigo; e um segundo múltiplo de amostra em cada uma das várias localizações que são espaçadas uma da outra transversais à direção de movimento do artigo.

[0035] Em uma modalidade, processar as múltiplas amostras adquiridas para fornecer uma estimativa do deslocamento compreende correlação cruzada das amostras adquiridas em instantes de amostragem sucessivos de várias localizações que são espaçadas uma da outra na direção do comprimento do artigo ou na direção de movimento do artigo.

[0036] Em um quinto aspecto, é descrito um método de detectar uma ruptura em uma via férrea, o método compreendendo:

[0037] adquirir uma ou mais amostras de acoplamento de campo magnético entre um ímã e um trilho de uma via férrea para facilitar a estimativa de profundidade de uma ruptura no trilho;

[0038] adquirir simultaneamente amostras longitudinais do acoplamento de campo magnético ao longo do trilho;

[0039] entre instantes em que as amostras são adquiridas, movendo um aparelho capaz de adquirir as amostras ao longo do trilho;usar as amostras longitudinais para fornecer uma estimativa do deslocamento do aparelho ao longo do trilho entre instantes de amostragem sucessivos para facilitar uma estimativa de largura da ruptura; e

[0040] processar as estimativas de profundidade e largura para permitir que o recurso de penetrar a superfície seja caracterizado como um de vários recursos incluindo uma ruptura no trilho.

[0041] Em um sexto aspecto, é descrito um sistema para estimar deslocamento espacial ao longo de um artigo magnetizável com respeito a um defeito suficiente para causar uma mudança detectável em limite de polarização natural de um acoplamento de campo magnético ativo com o artigo compreendendo:

[0042] um aparelho que suporta um sistema de medição de campo magnético disposto para detectar a resistência de campo magnético em múltiplas localizações espaçadas em uma direção de comprimento do artigo em cada instante de amostragem de uma frequência de amostragem conhecida, o aparelho sendo capaz de ser movido na direção de comprimento ao longo do artigo; e

[0043] um processador disposto para processar a resistência de campo magnético medido nas múltiplas localizações em instantes de amostragem sucessivos para fornecer uma estimativa de deslocamento do aparelho em cada instante de amostragem ao longo do artigo a vizinhança do defeito.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0044] Não obstante, quaisquer outras formas que podem se encontrar dentro do escopo do sistema e método como estabelecido no Sumário, modalidades específicas serão agora descritas por meio de exemplo somente, com referência aos desenhos anexos nos quais:

[0045] a figura 1 é uma representação esquemática de parte do sistema descrito para detectar uma descontinuidade de material em uma parte de uma artigo magnetizável que é livre de qualquer descontinuidade de material;

[0046] a figura 2 é uma representação esquemática do sistema descrito mostrado na figura 1 para uma parte de um artigo magnetizável que inclui uma descontinuidade de material;

[0047] a figura 3 é uma representação de sinais gerados pelo sistema ao atravessar uma parte do artigo magnetizável com e sem uma descontinuidade e material;

[0048] a figura 4 é uma representação esquemática em elevação plana de uma segunda modalidade do sistema descrito;

[0049] a figura 5 é uma representação esquemática de uma terceira modalidade do sistema descrito que incorpora um sistema e método para medição/estimativa de deslocamento espacial;

[0050] a figura 6 é uma representação de um sinal possível do conjunto de sensores se estendendo na direção do artigo usado no sistema e método para modalidades e medição/estimativa de deslocamento espacial do sistema mostrado na figura 5;

[0051] a figura 7 é uma representação de assinatura de fluxo de cada um dos sensores no conjunto de sensores mostrado na figura 4;

[0052] as figuras 8a-8d fornecem uma representação gráfica de um processo de transformar uma amostra baseada no tempo em informação de deslocamento correspondente;

[0053] a figura 9 ilustra um conjunto de resultados de teste mostrando o deslocamento previsto usando uma modalidade do sistema e método para medição/estimativa de deslocamento espacial, mostrado na figura 6, contra um deslocamento real de um milímetro;

[0054] a figura 10 ilustra a técnica da técnica anterior para teste não destrutivo usando medição de desvanecimento de fluxo;

[0055] a figura 11 é uma representação de uma modalidade adicional do sistema descrito; e

[0056] a figura 12 é uma representação de ainda uma modalidade adicional do sistema descrito.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ESPECÍFICAS

[0057] As figuras 1 e 2 representam uma modalidade específica do sistema descrito 10 e método associado para detectar uma descontinuidade de material em um artigo magnetizável. O termo "descontinuidade de material" por todo este relatório é destinado a incluir qualquer descontinuidade de material do artigo tal como ruptura, lasca, fenda, solda, acoplamento ou incorporação de um dispositivo ou sensor a ou no artigo, ou qualquer outra mudança e propriedade de material no artigo, se ou não a descontinuidade penetra a superfície do artigo. Na modalidade ilustrada, o artigo magnetizável é um trilho 12 de uma via férrea. O trilho 12 é mostrado lateralmente e tem uma superfície de piso superior 14.

[0058] O sistema 10 tem uma unidade de sensor 16 que inclui um ímã 18 e pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético S. Nesta modalidade particular, o ímã 18 é orientado de modo que seu polo norte se volta para a superfície de piso 14. O sistema 10 suporta o ímã 18 a uma altura fixa acima da superfície de piso 14 as linhas de fluxo magnético 2 se curvam do Polo Norte para o Polo Sul. O ímã 18 é suportado a uma distância acima do trilho 12 de modo que as linhas de fluxo magnético 22 percorrem o trilho 12.

[0059] O campo magnético do ímã 18 faz a superfície 14 do trilho 12 diretamente abaixo do ímã 18 ser polarizada oposta ao polo do ímã 18 e as regiões distantes do ímã 18 se tornam inversamente polarizadas. Um limite natural 24 é criado na superfície 14 em qualquer instante no tempo na vizinhança do ímã 18 onde a polarização magnética transita de Norte para Sul.

[0060] O sensor de acoplamento S é colocado e preso em uma posição fia com relação a e no campo magnético ativo do ímã 18. o sensor de acoplamento S que pode ser um sensor de Efeito Hall é capaz de detectar as características do fluxo 22. As características incluem uma ou de preferência ambas a direção de fluxo 22 e a densidade de fluxo ou resistência de campo. Isto de fato mede o acoplamento de fluo entre o trilho 12 e o ímã 18.

[0061] A unidade de sensor 16 do sistema 10 é atravessada ao longo da direção de comprimento do trilho 12. Sinais do sensor de acoplamento S são alimentados em um sistema de análise 20 que pode conduzir várias operações nos sinais. Isto inclui gravar a resistência do sinal (campo magnético) ao longo do trilho 12, por exemplo, como mostrado na figura 3, e/ou conduzir operações matemáticas no sinal para determinar se o sinal é representativo de uma descontinuidade de material, e se assim, o tipo de descontinuidade.

[0062] Na figura 1, a parte do trilho 12 não tem descontinuidade de material significante. Uma representação do sinal adquirido do sensor de acoplamento S do sistema 10 atravessando esta parte pode tomar uma forma como mostrada pela curva C1 mostrada na figura 3. Essencialmente, isto é simplesmente uma assinatura de ruído de amplitude relativamente pequena e de polaridade constante.

[0063] A figura 2 representa o sistema 10 em um instante do tempo atravessando uma descontinuidade de material 30 no trilho 12. Neste exemplo específico, a descontinuidade está na forma de uma ruptura ou ruptura no trilho. A descontinuidade/ruptura 30 cria um limite de polarização artificial 24a no trilho 12. De fato, a descontinuidade/ruptura 30 desloca a localização de limite natural 24, como mostrada na figura 1, que existiria na ausência da ruptura 30. O desvio efetivo no limite de polarização do limite natural 24 para o limite artificial 24a criado pela ruptura 30 distorce o fluxo 22 do campo magnético ativo detectado pelo sensor S produzindo uma mudança no acoplamento de fluxo entre o ímã 18 e o trilho 12. a distorção pode ser em termos da direção do fluxo magnético e sua densidade. Em particular, a densidade é esperada ser maior ou concentrada perto das bordas da descontinuidade/ruptura 30.

[0064] A curva C2 na figura 3 é representativa do acoplamento de fluxo magnético (isto é, assinatura de fluxo) através e na vizinhança imediata da descontinuidade/ruptura 30. A assinatura mostra uma perturbação significante ou variação em comparação com a curva C1. a assinatura pode ser analisada ou comparada com resultado empiricamente derivado para permitir uma determinação quanto à natureza da descontinuidade de material específica.

[0065] O sistema de análise 20 incorporado no sistema 10 pode analisar a assinatura C2 para caracterizar uma descontinuidade com base nos recursos tais como a amplitude da perturbação e a largura da perturbação.

[0066] O sistema de análise 20 que está disposto para processar os sinais do(s) sensor(es) e fornecer uma indicação da mudança em propriedades de material pode realiza pelo menos a etapa de processamento de sinal seguinte:

[0067] • filtragem de passa-baixa baseada em tempo dos sinais para reduzir o ruído.

[0068] • filtro de passa-alta baseado em deslocamento para detectar componentes de sinal com uma frequência específica indicativa de tipos particulares e descontinuidade, por exemplo, uma ruptura penetrando a superfície ou uma solda em um trilho. Tais frequências podem ser derivadas por medição empírica de características mensuráveis separadamente ou conhecidas.

[0069] • medir do pico ao pico e gradiente do sinal subsequente para a filtragem acima para determinar a severidade ou dimensão da descontinuidade.

[0070] Modalidades do sistema 10 podem detectar descontinuidades de material, tais como, mas não limitado a, rupturas de penetração de superfície que podem ter uma largura da ordem de cerca de 0,1 mm ou mais, uma mudança em composição de material tal como surgiria de uma solda no trilho 12 ou um dispositivo no ou em linha com o trilho tal como um comutador. Em uma modalidade, o ímã 18 pode produzir um campo magnético de cerca de 0,023 tesla em um ponto onde passa através do sensor(es) S, com o sensor(es) S sendo espaçado cerca de 40 mm acima do artigo 12 e cerca de 40 mm ao lado do ímã 18. O ímã 18 pode estar cerca de 20 mm acima do artigo 12. Em uso, a unidade de sensor 16 pode ser atravessada a uma velocidade entre 0-140 m/s.

[0071] A detecção ou medição de acoplamento de fluxo ou mudanças em acoplamento de fluxo o método e sistema descritos é diferente e distinguível da medição de desvanecimento de fluxo que é comum em teste não destrutivo (NDT). A figura 10 ilustra uma disposição geral para medir desvanecimento de fluo. Aqui, as linhas de fluxo 40 circulam através do ímã M1, o artigo/trilho 12, ímã M2, e ar livre 42. O trilho tem um defeito de superfície, por exemplo, uma lasca 30a causando uma trajetória de desvanecimento 45 de fluxo de e de volta ao trilho 12. o fluxo vazado do trilho é detectado por um sensor 44. Isto deve ser contraste com a modalidade do sistema correte 10 onde é o acoplamento de fluxo através do ar entre o trilho 12 e o ímã 18 que está sendo terminado e usado para determinar a existência de uma descontinuidade de material.

[0072] Resultados melhorados podem ser adquiridos fornecendo um conjunto de sensores de acoplamento S0-S10 (daqui em diante referido em geral "sensores Sn") em vez de um sensor de acoplamento único S. o conjunto de sensores de acoplamento Sn seria disposto em uma linha transversal à direção de movimento da unidade de detecção 16 como mostrado na figura 4. No caso do artigo magnetizável sedo um trilho 12, o conjunto de sensores de acoplamento Sn está disposto para se estender transversalmente através da superfície de piso 14.

[0073] Será visto que a curva C2 na figura 3 mostra a resistência de fluxo magnético (isto é acoplamento de fluxo) mede contra o deslocamento e na vizinhança imediata da descontinuidade/ruptura 30. O deslocamento pode ser medido em uma das várias maneiras tradicionais tais como usando GPS, leituras de tacos de roda ou medição de velocidade contra tempo. No entanto, o sistema descrito 10 e método associado podem ser ainda melhorados para facilitar uma estimativa de deslocamento espacial na direção de deslocamento através do limite artificial 20 somente por meio de medição de tempo e campo magnético. Isto, portanto, exclui a necessidade de GPS a bordo, medições de tacos de roda ou velocidade.

[0074] A figura 5 ilustra um sistema melhorado 10a que cria seu próprio domínio de espaço, em combinação com o conjunto de sensores de acoplamento Sn da modalidade mostrada na figura 4. O sistema 10a compreende um sistema de medição de campo magnético disposto para detectar resistência de campo magnético em múltiplas localizações espaçadas e uma direção de comprimento D do artigo que neste exemplo é o trilho 12. O sistema de medição de campo magnético está na forma de um conjunto de sensores de deslocamento B0-B10 (aqui depois referido coem geral como "sensores de deslocamento Bn"). A direção de comprimento D é qualquer uma das direções opostas que se deslocam paralelas ao comprimento do trilho 12. A unidade de sensor 16 está disposta para coletar leituras de cada um dos sensores Bn em cada instante de amostragem. Os sensores de deslocamento Bn podem estar na forma de sensores de Efeito Hall. O conjunto de sensores de deslocamento Bn está disposto paralelo à direção D e disposto dentro da unidade 16 e modo a se estender ao longo de uma linha central do trilho 12. Deve ser entendido, no entanto, que o conjunto de sensores de deslocamento Bn não precisa necessariamente estar ao longo da linha central do trilho 12 ou outro artigo em relação ao qual o sistema 10 é usado. O propósito do conjunto de sensores Bn é fornecer uma estimativa de deslocamento da unidade 16 com referência à presença de descontinuidade/ruptura 30.

[0075] A resistência/acoplamento de campo magnético medida nos sensores Bn em um instante de amostragem é plotada na figura 6 em uma forma de onda que surgiria de uma medição de resistência de campo na vizinhança da descontinuidade/ruptura 30. A linha F representa a linha central da descontinuidade/ruptura 30. Neste instante de amostragem partícula o sistema 10a está localizado em uma posição tal que a descontinuidade/ruptura 20 está em uma região entre os sensores B7 e B8.

[0076] Deve ser notado que o sistema 10a não recebe qualquer informação de velocidade ou deslocamento das fontes externas. Os sensores de acoplamento Sn capturam medições de resistência/acoplamento de campo magnético em cada tempo de amostragem. Isto pode ser usado para categorizar a assinatura magnética do campo magnético acoplado e assim permitir a identificação da descontinuidade/ruptura 30 em termos de sua largura transversal, comprimento e sua profundidade. No entanto, sem conhece quão longe a unidade 16 se desloca em cada instante de amostragem determinando as características do acoplamento de campo magnético e, portanto, as características de largura na descontinuidade/ruptura 30 na direção de D se tornam problemáticas.

[0077] A figura 7 representa sinais reconstruídos baseados espacialmente de cada um dos sensores Sn, quando a unidade 16 passa sobre a descontinuidade/ruptura 30 no trilho 12. A mudança na medição de campo magnético da unidade de sensor 16 permite a determinação de deslocamento da forma de onda mostrada na figura 2 através do conjunto de sensores Bn e, portanto, a distância que a unidade 16 é movida para baixo do trilho 18. A descontinuidade/ruptura 30 pode ser classificada (por exemplo, trilho quebrado, lasca, etc.) na informação neste conjunto de sinais reconstruído.

[0078] Processar os sinais recebidos dos sensores de deslocamento Bn em tempos de amostragem sequencial permite a determinação, ou pelo menos uma previsão, da distância percorrida pela unidade 16 entre tempos de amostragem excessivos. Isto permite a reconstrução dos sinais recebidos dos sensores de acoplamento Sn no domínio de deslocamento que por sua vez permite informação de largura, e, portanto, a classificação, da descontinuidade/ruptura 30, por exemplo, como um trilho quebrado.

[0079] As figuras 8a-8b ilustram um método de processamento para usar as medições derivadas dos sensores de deslocamento Bn em instantes de amostragem sucessivos para determinar o deslocamento. A figura 8a representa a resistência de campo magnético no campo magnético ativo quando medida por cada um dos sensores Bn em um instante de amostragem. Assim, os pontos B0- B10 na figura 8a representam a resistência/acoplamento de campo do campo magnético através da descontinuidade/ruptura 30 detectada pelos sensores respectivos. De fato, a figura 8a está representando a assinatura magnética da descontinuidade/ruptura 30 em um instante no tempo.

[0080] O estágio seguinte no processamento dos sinais para determinar o deslocamento é encaixar uma curva entre os pontos de amostra B0-B10. Neste exemplo, isto é feito por meio de interpolação de spline cúbica entre os pontos de amostra mostrados na figura 8b.

[0081] No instante de amostragem seguinte, um segundo conjunto de medições de resistência de campo magnético é tomado pelos sensores de deslocamento B0-B10. Estas são mostradas na figura 8c como amostras B’0-B’10. Seria apreciado que neste segundo instante de amostragem, a unidade 16 se movesse uma distância ao longo do trilho 12. Mas esta distância de deslocamento não é conhecida neste ponto no tempo. No entanto, o tempo entre as amostras é conhecido de modo que este pode ser determinado a partir da frequência de amostragem conhecida.

[0082] Na figura 8c, a distância Δx, sendo a distância horizontal ao longo da spline cúbica entre as medições de resistência de campo magnético do mesmo sensor Bn não é conhecida. Isto é o mesmo que o deslocamento físico da unidade 16 entre tempos de amostragem sucessivos. Processando os conjuntos de amostras, é possível estimar a distância Δx. Uma técnica de processamento possível ou método é a correlação cruzada do conjunto de amostras dentro da spline cúbica até que o erro de correlação seja minimizado. A quantidade de desvio no ponto de erro de correlação mínima é equivalente ao desvio estimado Δx.

[0083] Consequentemente, neste estágio Δx e a frequência de amostragem são conhecidos. Isto também permite que a velocidade estimada de deslocamento da unidade 16 seja computada. Deve ser reconhecido que esta velocidade é computada sem a necessidade de entradas externas a partir do veículo (por exemplo, no qual o sistema 10a é fixado). Assim, o sistema 10a permite a estimativa da distância percorrida pela unidade 16 entre tempos de amostragem sucessivos e a velocidade linear total da unidade 16. Contudo, se desejado e particularmente se facilmente disponível a partir de dados de distância de equipamento a bordo existentes ou cálculos derivados externamente do sistema 10a podem ser usados em adição àqueles do sistema 10a para fornecer verificação de erro ou fiscalização.

[0084] Aqueles versados na técnica podem reconhecer que este processo somente será preciso quando existe uma descontinuidade/ruptura 30 que pode ser detectada pela unidade 16. Se não existe descontinuidade/ruptura 30 ou outro aspecto para produzir uma mudança em acoplamento de fluo no campo magnético ativo então este processo falha e não fornece informação confiável ou útil. No entanto, isto não tem consequência em um sentido prático. A razão para isto é que se não existe variação de acoplamento de fluxo magnético para detectar então não existe descontinuidade/ruptura 30 na via que seja preocupante.

[0085] Assim usando o processamento descrito acima em relação às figuras 8a-8d, o deslocamento ao longo da assinatura magnética pode ser calculado em tempo real. Isto permite a reconstrução de uma amostragem baseada em tempo do conjunto Sn para amostragem baseada em espaço.

[0086] A figura 9 mostra um conjunto de resultados de teste onde a unidade 16 é movida sequencialmente por uma distância conhecida de um milímetro entre os tempos de amostragem comparada com a distância resultante quando medida ou estimada por uma modalidade do método e sistema presente.

[0087] A onda C1 é o fluxo magnético medido ao longo de uma seção de quatro (4) metros de trilho 12 e tendo uma descontinuidade/ruptura 30. A descontinuidade/ruptura 30 produz uma ponta na onda C1. No lado esquerdo está uma escala mostrando o deslocamento previsto utilizando o sistema descrito e método. O deslocamento real é um milímetro. O deslocamento estimado é mostrado pela curva C2. Isto mostra um erro máximo de cerca de 0,18 milímetro em uma região onde existe pouca variação em uma assinatura de campo magnético. NO entanto, na região onde a ponta BA onda C1 existe, o deslocamento estimado está extremamente perto de um deslocamento conhecido de 1 milímetro. Como mencionado previamente, a falta de precisão em regiões onde não existe ponta significante ou mudança em resistência de campo magnético é de pouco valor prático.

[0088] O conjunto de sensores Bn que permite a estimativa/medição de deslocamento espacial e o conjunto de sensores Sn de campo ativo são independentes um do outro em termos de sua operação e a informação/dados que fornecem. O conjunto de sensores Sn pode ser usado, por exemplo, com sistemas de medição de deslocamento tradicionais em vez de com o conjunto de sensores Bn. Similarmente, o conjunto de sensores Bn pode ser usado de modo totalmente independente como um método independente e sistema de estimar o deslocamento espacial com respeito a uma resposta magnética associada com uma anomalia em um artigo. Em termos gerais, o método compreende: aplicar múltiplas amostras de campo magnético em uma frequência de amostragem conhecida de uma resposta magnética do artigo em ou no capo magnético aplicado; em um período entre os instantes de amostragem sucessivos mover um aparelho capaz de adquirir as amostras com relação ao artigo; e processar as múltiplas amostras adquiridas para fornecer uma estimativa do deslocamento do aparelho entre instantes de amostragem sucessivos.

[0089] O sistema correspondente para estimar o deslocamento espacial com respeito a uma resposta magnética de um artigo em um campo magnético aplicado, em termos gerais compreende: um aparelho suportando um sistema de medição de campo magnético disposto para detectar características de campo magnético em múltiplas localizações espaçadas em uma direção de comprimento do artigo em cada instante de amostragem de uma frequência de amostragem conhecida, o aparelho sendo capaz de ser movido na direção de comprimento ao longo do artigo; e um processador disposto para processar a resistência de campo magnético medida nas múltiplas localizações em instantes sucessivos de amostragem para fornecer uma estimativa de deslocamento do aparelho em cada instante de amostragem com relação ao campo magnético.

[0090] Enquanto modalidades específicas do sistema e método foram descritas, deve ser apreciado que o sistema e método podem ser incorporados em muitas outras formas. Por exemplo, as figuras 1, 2, 4 e 5 mostram os sensores Sn, Bn como estando localizados o lado do ímã 18. No entanto, podem estar dispostos simetricamente abaixo do ímã 18 na unidade 16 como mostrado na figura 11. Assim, nesta modalidade, os sensores se encontram entre o ímã 18 e o trilho 12. a localização relativa do ímã(s) e os sensores no campo magnético ativo produzido pelo ímã(s) não é crítico par as modalidades do sistema e método associado. A única limitação prática é, dado que a resistência do campo magnético diminui com o quadrado da distância, que os sensores devem ser bastante próximos ou a resistência de campo suficiente de modo que as variações no acoplamento estão dentro da sensibilidade de medição dos sensores Sn, Bn.

[0091] Em uma variação adicional, mostrada na figura 12, em vez de um ímã 18 produzindo o campo magnético ativo como em sistemas 10 e 10a, as modalidades do sistema 10, 10a pode ter mais que um ímã para produzir o campo magnético ativo. A figura 12 mostra um sistema 10b tendo dois ímãs 18 e 18b entre os quais um ou ambos os conjuntos de sensores Sn, Bn podem estar localizados.

[0092] Em ainda uma variação adicional de um único conjunto longitudinal de sensores de deslocamento Bn e um único conjunto de sensores de acoplamento Sn, modalidades do sistema 10a podem ser fornecidas com uma matriz retangular (isto é, incluindo quadrada) de sensores Bn, Sn tendo dois ou mais conjuntos lineares de sensores Sn e/ou Bn. Por exemplo, uma modalidade do sistema 10a pode ser um conjunto de sensores 11x11 quadrado. Sinais dos sensores em conjuntos transversais são processados como sensores de acoplamento Sn como descrito acima, enquanto sinais que formam conjuntos longitudinais são processados como sensores de deslocamento Bn como descrito acima. Acredita-se que isto apresentaria uma melhoria, uma precisão melhorada e identificação de descontinuidades de material. A implementação desta modalidade exigirá sensores e processamento adicionais.

[0093] Nas concretizações que seguem, e na descrição precedente, exceto onde o contexto requer outra forma devido a linguagem expressa ou implicação necessária, o termo "compreender" e variações tais como "compreende" ou "compreendendo" são usados em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos recursos estabelecidos mas não para impedir a presença ou adição de aspectos adicionais em modalidades do método e sistema, como descritos aqui.

Claims

1. Método para detectar uma descontinuidade de material (30) em um artigo magnetizável, compreendendo, atravessar um ímã (18) ao longo do artigo de modo que as linhas de fluxo magnético (22) de um campo magnético ativo do ímã passem através do artigo e acoplem magneticamente o ímã ao artigo; posicionar pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético (S; Sn) em uma posição fixa com relação ao ímã (18) e no campo magnético ativo do imã (18), sendo que o pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) se desloca ao longo do artigo com o ímã (18) para o acoplamento magnético de amostragem entre o ímã (18) e o artigo; e analisar o acoplamento magnético medido no campo magnético ativo para uma mudança no acoplamento magnético durante o deslocamento do ímã (18), e usar a mudança no acoplamento magnético para detectar uma descontinuidade (30) no artigo; caracterizado pelo fato de que compreende ainda, adquirir amostras longitudinais do campo magnético ao longo do artigo utilizando um ou mais sensores de deslocamento (Bn) simultaneamente com a aquisição de amostras de acoplamento magnético de um ou mais sensores de acoplamento (S; Sn); mover entre instantes em que as amostras são adquiridas: o ímã (18), o pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) e os sensores de deslocamento (Bn) em uma justaposição fixada um com relação a outro ao longo do artigo; e utilizar as amostras dos sensores de deslocamento (Bn) para fornecer uma estimativa do deslocamento do ímã (18) ao longo do artigo entre sucessivos instantes de amostragem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que analisar informação compreende fazer uma determinação da dimensão da descontinuidade (30).

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) é disposto para detectar pelo menos a direção do fluxo magnético que passa através do artigo.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) é disposto para detectar pelo menos a densidade do fluxo magnético (22) que passa através do artigo.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o artigo é um trilho (12) para um veículo de transporte ferroviário.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que utilizar as amostras dos sensores de deslocamento (Bn) para fornecer uma estimativa do deslocamento do ímã (18) compreende uma correlação cruzada das amostras adquiridas dos sensores de deslocamento (Bn) em sucessivos instantes de amostragem.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende combinar as amostras dos sensores de acoplamento (S;Sn) e dos sensores de deslocamento (Bn) para fornecer uma indicação de acoplamento de campo magnético através de uma descontinuidade no domínio do deslocamento.

8. Sistema (10a) para detectar uma descontinuidade de material (30) em um artigo magnetizável (12), compreendendo, um ímã (18) capaz de ser atravessado ao longo do artigo, de modo que as linhas de fluxo magnético (22) de um campo magnético ativo do ímã passem através do artigo e acoplar magneticamente o ímã (18) ao artigo; e pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético (S; Sn) localizado em uma posição fixada com relação ao ímã (18) e no campo magnético ativo do ímã (18), sendo que o pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) passa ao longo do artigo com o ímã (18) e é disposto para medir o acoplamento magnético entre o ímã (18) e o artigo; um sistema de análise de fluxo magnético disposto para analisar informação pertencente ao fluxo magnético (22) fornecido por pelo menos um sensor de acoplamento (S; Sn) para fornecer uma indicação de uma característica da descontinuidade de penetração de superfície (30); caracterizado pelo fato de que compreende ainda, sensor de deslocamento (Bn) que adquire amostras do campo magnético em múltiplas localizações espaçadas longitudinalmente ao longo do trilho simultaneamente com a aquisição de amostras de acoplamento magnético de um ou mais sensores de acoplamento (S; Sn).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor de acoplamento de campo magnético (S) é um de uma pluralidade de sensores de acoplamento (Sn) dispostos em uma serie em uma direção transversal a uma direção transversal do ímã (18) ao longo do artigo.