ES2933036T3 - Método y sistema para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) y un método asociado para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable (12) tiene una unidad de sensor (16) que incluye un imán 18 y al menos un sensor de acoplamiento de campo magnético S. El imán (18) está soportado por un distancia sobre el riel (12) para que las líneas de flujo magnético (22) circulen a través del riel (12). El campo magnético del imán (18) hace que la superficie (14) del riel (12) directamente debajo del imán (18) se polarice frente al polo opuesto del imán (18) y las regiones distantes del imán (18) para polarizarse inversamente. El sensor de acoplamiento S se coloca y se mantiene en una posición fija en relación con y en el campo magnético activo del imán (18). El sensor de acoplamiento S mide el acoplamiento de flujo entre el riel (12) y el imán (18). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable

Campo técnico

Se describen un método y un sistema para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable. Realizaciones del método y del sistema divulgados pueden tener aplicación, por ejemplo, pero sin limitación, para detectar una rotura en el artículo o un cambio en la composición del material del artículo. En una aplicación más específica, el artículo puede ser un raíl de una vía férrea.

Antecedentes de la técnica

El solicitante ha desarrollado una gama de tecnologías para detectar discontinuidades u otros defectos en vías férreas y defectos en ruedas de trenes. Algunas de estas tecnologías se basan en la detección y el posterior análisis de campos magnéticos remanentes. Un ejemplo se describe en la publicación del solicitante número US 2013/0113472. Esta publicación estadounidense describe un método de detección magnética de profundidad de grietas. Esto mide la fuga de flujo de campo magnético remanente para una longitud de un raíl de una vía férrea y, al comparar las mediciones con mediciones empíricas anteriores, permite predecir la profundidad de una grieta. El equipo que utiliza este método se ha comercializado con éxito.

El sistema y el método divulgados actualmente son el resultado de una mayor investigación y desarrollo en la técnica de la detección de discontinuidades de materiales magnéticos.

La referencia anterior a los antecedentes de la técnica no constituye una admisión de que la técnica forme parte del conocimiento general común de un experto habitual en la técnica. Además, no se pretende que la referencia anterior a los antecedentes de la técnica limite la aplicación del método y el sistema divulgados en el presente documento. El documento US 5 105 151 A describe un aparato para medir una porción carburada dentro de un artículo tubular. Una primera y una segunda unidades de detección que comprenden imanes dispuestas en paralelo y perpendiculares a una cara de inspección, respectivamente. La porción carburada puede determinarse mediante una señal que representa la diferencia entre las salidas de la primera y la segunda unidades de detección. El documento US 2004/0041560 A1 describe un dispositivo y un método para detectar fallos y pérdidas de espesor de pared en una tubería hecha de material de base ferromagnética. Un generador de campo crea un flujo de campo horizontal a través del cual pasa la tubería. Unidades Hall ubicadas dentro del generador de campo magnético identifican fluctuaciones en los campos magnéticos a partir de las cuales se determinan los fallos y las pérdidas de espesor de la tubería. El documento US 2010/0148766 A1 describe otro dispositivo de inspección magnética que se mueve en una tubería. Un conjunto de imanes auxiliares se coloca entre un primer y un segundo imanes primarios. Las interrupciones de las corrientes de Foucault producidas por el campo magnético variable en el tiempo y detectadas por un sensor Hall colocado dentro del dispositivo indican fallos estructurales en la pared de la tubería.

Sumario de la divulgación

En un primer aspecto de la invención, se divulga un método para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable según la reivindicación 1.

En una realización, analizar información comprende hacer una determinación del tamaño de la discontinuidad.

En una realización, el al menos un sensor de acoplamiento está dispuesto para detectar al menos la dirección del flujo magnético que circula a modo de bucle a través del artículo.

En una realización, el al menos un sensor de acoplamiento está dispuesto para detectar al menos la densidad del flujo magnético que circula a modo de bucle a través del artículo.

En una realización, el artículo es un raíl para un vehículo de transporte sobre raíles. En cualquier realización alternativa, el artículo es una rueda para un vehículo de transporte sobre raíles.

El método comprende adquirir muestras longitudinales del campo magnético a lo largo del raíl simultáneamente con la adquisición de muestras de acoplamiento magnético de uno o más sensores de acoplamiento;

entre instantes en los que se adquieren las muestras, mover: el imán, los sensores de acoplamiento y los sensores de desplazamiento en una yuxtaposición fija entre sí a lo largo del artículo; y

usar las muestras de los sensores de desplazamiento para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán a lo largo del artículo entre instantes de muestreo sucesivos.

La invención utiliza las muestras de los sensores de desplazamiento para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán que comprende realizar la correlación cruzada de las muestras adquiridas a partir de los sensores de desplazamiento en instantes de muestreo sucesivos.

En una realización, el método comprende combinar las muestras de los sensores de acoplamiento y los sensores de desplazamiento para proporcionar una indicación del acoplamiento del campo magnético a través de una discontinuidad en el dominio de desplazamiento.

En un segundo aspecto de la invención, se divulga un sistema para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable según la reivindicación 8.

En una realización, el al menos un sensor de acoplamiento de campo magnético es uno de una pluralidad de sensores de acoplamiento dispuestos en una matriz en una dirección transversal a la dirección de atravesamiento del imán a lo largo del artículo.

En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, se describe un método para estimar un desplazamiento espacial con respecto a una respuesta de campo magnético de un artículo, que comprende:

adquirir múltiples muestras de acoplamiento de campo magnético entre un artículo y un imán a una frecuencia de muestreo conocida, en el que el imán puede moverse en una dirección para atravesar una longitud del artículo y en el que las múltiples muestras se adquieren simultáneamente en cada una de una pluralidad de ubicaciones que están separadas unas de otras en la dirección de la longitud del artículo;

en un período entre instantes de muestreo sucesivos mover el imán y el aparato que puede adquirir las muestras en una relación espacial fija entre sí a lo largo del artículo; y

procesar las múltiples muestras adquiridas para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán a lo largo del artículo entre instantes de muestreo sucesivos.

En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, se describe un método para facilitar la caracterización de una discontinuidad de material en un artículo ferromagnético que comprende:

aplicar un campo magnético al artículo;

adquirir múltiples muestras de acoplamiento de campo magnético entre el imán y el artículo a una frecuencia de muestreo conocida;

en un período entre los instantes de muestreo sucesivos mover un aparato que puede aplicar el campo magnético y adquirir las muestras en una relación espacial fija entre sí a lo largo del artículo;

procesar las múltiples muestras adquiridas para proporcionar una estimación del desplazamiento del aparato a lo largo del artículo entre instantes de muestreo sucesivos;

usar las estimaciones de desplazamiento para facilitar la caracterización de la característica en el artículo.

En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, adquirir múltiples muestras de acoplamiento de campo magnético comprende adquirir un primer múltiplo de muestras en cada una de una pluralidad de ubicaciones que están separadas unas de otras en la dirección de movimiento del artículo; y un segundo múltiplo de muestras en cada una de una pluralidad de ubicaciones que están separadas unas de otras transversalmente a la dirección de movimiento del artículo.

En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, el procesamiento de múltiples muestras adquiridas para proporcionar una estimación del desplazamiento comprende la correlación cruzada de las muestras adquiridas en instantes de muestreo sucesivos de la pluralidad de ubicaciones que están separadas unas de otras en la dirección de la longitud del artículo o en la dirección de movimiento del artículo. En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, se describe un método para detectar una rotura en una vía férrea, comprendiendo el método: adquirir una o más muestras de acoplamiento de campo magnético entre un imán y un raíl en una vía férrea para facilitar una estimación de la profundidad de una grieta en el raíl;

adquirir simultáneamente muestras longitudinales del acoplamiento del campo magnético a lo largo del raíl; entre instantes en los que se adquieren las muestras, mover un aparato que puede adquirir las muestras a lo largo del raíl;

usar las muestras longitudinales para proporcionar una estimación del desplazamiento del aparato a lo largo del raíl entre instantes de muestreo sucesivos para facilitar una estimación de la anchura de la grieta; y

procesar las estimaciones de profundidad y anchura para permitir que la característica de penetración en la superficie se caracterice como una de una pluralidad de características que incluyen una rotura en el raíl.

En un aspecto que no es de acuerdo con la invención, se divulga un sistema para estimar el desplazamiento espacial a lo largo de un artículo magnetizable con respecto a un defecto suficiente para provocar un cambio detectable en el límite de polarización natural de un campo magnético activo acoplado con el artículo, que comprende:

un aparato que soporta un sistema de medición de campo magnético dispuesto para detectar una intensidad de campo magnético en múltiples ubicaciones separadas en la dirección longitudinal del artículo en cada instante de muestreo de una frecuencia de muestreo conocida, pudiendo el aparato moverse en la dirección longitudinal a lo largo del artículo; y

un procesador dispuesto para procesar la intensidad del campo magnético medido en las múltiples ubicaciones en instantes de muestreo sucesivos para proporcionar una estimación del desplazamiento del aparato en cada instante de muestreo a lo largo del artículo en la proximidad del defecto.

Breve descripción de los dibujos

Sin perjuicio de cualquier otra forma que pueda encontrarse dentro del alcance del sistema y del método tal como se establece en el sumario, ahora se describirán realizaciones específicas solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una representación esquemática de parte del sistema divulgado para detectar una discontinuidad de material en una parte de un artículo magnetizable que está libre de cualquier discontinuidad de material;

la figura 2 es una representación esquemática del sistema descrito que se muestra en la figura 1 para una parte de un artículo magnetizable que incluye una discontinuidad de material;

la figura 3 es una representación de señales generadas por el sistema al atravesar una porción del artículo magnetizable con y sin discontinuidad de material;

la figura 4 es una representación esquemática en alzado en planta de un aspecto que no es de acuerdo con la invención del sistema divulgado;

la figura 5 es una representación esquemática de una realización de la invención del sistema descrito que incorpora un sistema y un método para la medición/estimación del desplazamiento espacial;

la figura 6 es una representación de una posible señal de la matriz de sensores que se extiende en la dirección del artículo utilizado en las realizaciones del sistema y método para la medición/estimación de desplazamiento espacial del sistema que se muestra en la figura 5;

la figura 7 es una representación de la firma de flujo de cada uno de los sensores en la matriz de sensores que se muestra en la figura 4;

las figuras 8a - 8d proporcionan una representación gráfica de un proceso de transformación de una muestra basada en el tiempo en la información de desplazamiento correspondiente;

la figura 9 ilustra un conjunto de resultados de pruebas que muestran el desplazamiento previsto utilizando una realización del sistema y del método para la medición/estimación del desplazamiento espacial mostrado en la figura 6 frente a un desplazamiento real de un milímetro;

la figura 10 ilustra la técnica anterior para pruebas no destructivas usando medición de fugas de flujo;

la figura 11 es una representación de una realización de la invención del sistema divulgado; y

la figura 12 es una representación de otra realización de la invención del sistema divulgado.

Descripción detallada de realizaciones específicas

Las figuras 1 y 2 representan el sistema 10 y el método asociado para detectar una discontinuidad de material en un artículo magnetizable. Se pretende que el término “discontinuidad de material” a lo largo de esta memoria descriptiva incluya cualquier discontinuidad en el material del artículo, tal como grietas, desconchados, picaduras, soldaduras, acoplamiento o incrustación de un dispositivo o sensor en el artículo, o cualquier otro cambio en la propiedad de material en el artículo, ya sea que la discontinuidad penetre o no en la superficie del artículo. En el ejemplo ilustrado, el artículo magnetizable es un raíl 12 de una vía férrea. El raíl 12 se muestra de lado y tiene una superficie 14 de rodadura superior.

El sistema 10 tiene una unidad 16 de sensor que incluye un imán 18 y al menos un sensor S de acoplamiento de campo magnético. En este ejemplo particular, el imán 18 está orientado de modo que su polo norte está orientado hacia la superficie 14 de rodadura. El sistema 10 soporta el imán 18 a una altura fija por encima de la superficie 14 de rodadura. Unas líneas de flujo 22 magnético circulan a modo de bucle desde el polo norte al polo sur. El imán 18 está soportado a una distancia por encima del raíl 12 de modo que las líneas de flujo 22 magnético circulan a modo de bucle a través del raíl 12.

El campo magnético del imán 18 hace que la superficie 14 del raíl 12 directamente debajo del imán 18 se polarice en oposición al polo opuesto del imán 18 y las regiones distantes del imán 18 se polaricen de manera inversa. Se crea un límite 24 natural en la superficie 14 en cualquier instante de tiempo en la proximidad del imán 18 donde la polarización magnética cambia de norte a sur.

El sensor S de acoplamiento se coloca y se mantiene en una posición fija en relación con y en el campo magnético activo del imán 18. El sensor S de acoplamiento, que puede ser un sensor de efecto Hall, puede detectar características del flujo 22. Las características incluyen una o preferiblemente ambas de la dirección del flujo 22 y la densidad de flujo o la intensidad de campo. En efecto, esto mide el acoplamiento de flujo entre el raíl 12 y el imán 18.

La unidad 16 de sensor del sistema 10 se desplaza a lo largo de la dirección longitudinal del raíl 12. Las señales del sensor S de acoplamiento se alimentan a un sistema 20 de análisis que puede realizar varias operaciones en las señales. Esto incluye registrar la intensidad de la señal (campo magnético) a lo largo del raíl 12, por ejemplo, como se muestra en la figura 3 y/o realizar operaciones matemáticas en la señal para determinar si la señal es representativa de una discontinuidad de material y, de ser así, el tipo de discontinuidad.

En la figura 1, la porción del raíl 12 no tiene ninguna discontinuidad de material significativa. Una representación de la señal obtenida desde el sensor S de acoplamiento del sistema 10 que atraviesa esa porción puede adoptar la forma que muestra la curva C1 que se muestra en la figura 3. En esencia, esto es simplemente una firma de ruido de amplitud relativamente pequeña y de polaridad constante.

La figura 2 representa el sistema 10 en un instante de tiempo atravesando una discontinuidad 30 de material en el raíl 12. En este ejemplo específico, la discontinuidad tiene la forma de una rotura o grieta en el raíl. La discontinuidad/grieta 30 crea un límite 24a de polarización artificial en el raíl 12. En efecto, la discontinuidad/grieta 30 desplaza la ubicación del límite 24 natural, como se muestra en la figura 1, que existiría en ausencia de la grieta 30. El desplazamiento efectivo en el límite de polarización del límite 24 natural al límite 24a artificial creado por la grieta 30 distorsiona el flujo 22 del campo magnético activo detectado por el sensor S, produciendo un cambio en el acoplamiento de flujo entre el imán 18 y el raíl 12. La distorsión puede ser tanto en términos de la dirección del flujo magnético como de su densidad. En particular, se espera que la densidad sea mayor o se concentre cerca de los bordes de la discontinuidad/grieta 30.

La curva C2 en la figura 3 es representativa del acoplamiento de flujo magnético (es decir, la firma de flujo) a través y en las inmediaciones de la discontinuidad/grieta 30. La firma muestra una perturbación o variación significativa en comparación con la curva C1. La firma puede analizarse o compararse con un resultado derivado empíricamente para permitir una determinación en cuanto a la naturaleza de la discontinuidad de material específica.

El sistema 20 de análisis incorporado en el sistema 10 puede analizar la firma C2 para caracterizar una discontinuidad basándose en características tales como la amplitud de la perturbación y la anchura de la perturbación.

El sistema de análisis 20 que está dispuesto para procesar las señales del/de los sensor(es) y proporcionar una indicación del cambio en las propiedades del material puede realizar al menos la siguiente etapa de procesamiento de señales:

• Filtrado de las señales basado en el tiempo de paso bajo para reducir el ruido.

• Filtrado basado en desplazamiento de paso alto para detectar componentes de señal con una frecuencia específica indicativa de tipos particulares de discontinuidad, por ejemplo, una grieta que penetra en la superficie o una soldadura en un raíl. Dichas frecuencias pueden derivarse mediante la medición empírica de características conocidas o medibles por separado.

• Medición del pico a pico y el gradiente de la señal posterior al filtrado anterior para determinar la gravedad o el tamaño de la discontinuidad.

El sistema 10 puede detectar discontinuidades del material tales como, pero sin limitarse a, grietas que penetran en la superficie que pueden tener una anchura del orden de aproximadamente 0,1 mm o más, un cambio en la composición del material como el que surgiría de una soldadura en el raíl 12 o un dispositivo en el raíl o en línea con el mismo, tal como una aguja. En un ejemplo, el imán 18 puede producir un campo magnético de aproximadamente 0,023 tesla en un punto donde pasa a través del/de los sensor(es) S, estando el/los sensor(es) S separados unos 40 mm por encima del artículo 12 y unos 40 mm al lado del imán 18. El propio imán 18 puede estar unos 20 mm por encima del artículo 12. En uso, la unidad 16 de sensor puede atravesarse a una velocidad de entre 0 y 140 m/s.

La detección o la medición del acoplamiento de flujo o los cambios en el acoplamiento de flujo en el método y el sistema divulgados es diferente y puede distinguirse de la medición de la fuga de flujo que es común en pruebas no destructivas (NDT). La figura 10 ilustra una disposición general para medir la fuga de flujo. Aquí, las líneas del flujo 40 circulan a través del imán M1, el artículo/raíl 12, el imán M2 y el aire 42 libre. El raíl tiene un defecto en la superficie, por ejemplo, un desconchado 30a que provoca una trayectoria 45 de fuga de flujo desde y de vuelta hacia el raíl 12. El flujo filtrado desde el raíl se detecta por un sensor 44. Esto debe contrastarse con el ejemplo del sistema 10 actual donde es el acoplamiento de flujo a través del aire entre el raíl 12 y el imán 18 el que se termina y se usa para determinar la existencia de una discontinuidad de material.

Se pueden obtener mejores resultados proporcionando una matriz de sensores S0-S10 de acoplamiento (en lo sucesivo denominados en general “sensores Sn”) en lugar de un único sensor S de acoplamiento. La matriz de sensores Sn de acoplamiento estará dispuesta en una línea transversal a la dirección de movimiento de la unidad 16 de detección como se muestra en la figura 4. En el caso de que el artículo magnetizable sea un raíl 12, la matriz de sensores Sn de acoplamiento está dispuesta para extenderse transversalmente a través de la superficie 14 de rodadura.

Se verá que la curva C2 en la figura 3 muestra mediciones de la intensidad del flujo magnético (es decir, el acoplamiento del flujo) frente al desplazamiento y en las inmediaciones de la discontinuidad/grieta 30. El desplazamiento se puede medir de una de varias formas tradicionales, tal como mediante el uso de GPS, lecturas de tacómetro de rueda o medición de velocidad frente al tiempo. Sin embargo, el sistema 10 descrito y el método asociado pueden mejorarse aún más para facilitar una estimación del desplazamiento espacial en la dirección de desplazamiento a través del límite 30 artificial únicamente por medio de la medición del tiempo y del campo magnético. Por lo tanto, esto elimina la necesidad de GPS a bordo, tacómetros de ruedas o mediciones de velocidad.

La figura 5 ilustra un sistema 10a mejorado según la invención que crea su propio dominio espacial, en combinación con la matriz de sensores Sn de acoplamiento del ejemplo que se muestra en la figura 4.

El sistema 10a comprende un sistema de medición de campo magnético dispuesto para detectar la intensidad del campo magnético en múltiples ubicaciones separadas en una dirección D longitudinal del artículo que, en este ejemplo, es el raíl 12. El sistema de medición del campo magnético tiene la forma de una matriz de sensores B0-B10 de desplazamiento (denominados en lo sucesivo en general “sensores Bn de desplazamiento”). La dirección longitudinal D es cualquiera de los sentidos opuestos que se extienden paralelos a la longitud del raíl 12. La unidad 16 de sensor está dispuesta para recoger lecturas de cada uno de los sensores Bn en cada instante de muestreo. Los sensores Bn de desplazamiento pueden estar en forma de sensores de efecto Hall.

La matriz de sensores Bn de desplazamiento está dispuesta en paralelo a la dirección D y dispuesta dentro de la unidad 16 para encontrarse a lo largo de una línea central del raíl 12. Debe entenderse, sin embargo, que la matriz de sensores Bn de desplazamiento no necesita estar necesariamente a lo largo de la línea central del raíl 12 u otro artículo en relación con el cual se usa el sistema 10. El propósito de la matriz de sensores Bn es proporcionar una estimación del desplazamiento de la unidad 16 con referencia a la presencia de la discontinuidad/grieta 30.

El acoplamiento/intensidad del campo magnético medido desde los sensores Bn en un instante de muestreo se representa en la figura 6 en una forma de onda que surgirá de una medición de la intensidad del campo en la proximidad de la discontinuidad/grieta 30. La línea F representa la línea central de la discontinuidad/grieta 30. En este instante particular de muestreo, el sistema 10a está ubicado en una posición tal que la discontinuidad/grieta 30 está en una región entre los sensores B7 y B8.

Cabe señalar que el sistema 10a no recibe ninguna información de velocidad o desplazamiento a partir de fuentes externas. Los sensores Sn de acoplamiento capturan mediciones de acoplamiento/intensidad del campo magnético en cada momento de muestreo. Esto se puede usar para clasificar la firma magnética del campo magnético acoplado y así permitir la caracterización de la discontinuidad/grieta 30 en términos de su anchura transversal, longitud y profundidad. Sin embargo, sin saber lo lejos que se desplaza la unidad 16 en cada instante de muestreo, resulta problemático determinar las características del acoplamiento del campo magnético y, por lo tanto, las características de anchura en la discontinuidad/grieta 30 en la dirección D.

La figura 7 representa señales basadas en el espacio reconstruidas de cada uno de los sensores Sn, a medida que la unidad 16 pasa sobre la discontinuidad/grieta 30 en el raíl 12. El cambio en la medición del campo magnético de la unidad 16 de sensor permite determinar el desplazamiento de la forma de onda que se muestra en la figura 2 a través de la matriz de sensores Bn y, por lo tanto, la distancia que se mueve la unidad 16 por el raíl 18. La discontinuidad/grieta 30 puede clasificarse (por ejemplo, raíl roto, desconchado, etc.) según la información de este conjunto reconstruido de señales.

El procesamiento de las señales recibidas a partir de los sensores Bn de desplazamiento en tiempos de muestreo secuenciales permite determinar, o al menos predecir, la distancia recorrida por la unidad 16 entre tiempos de muestreo excesivos. Esto permite la reconstrucción de las señales recibidas a partir de los sensores Sn de acoplamiento en el dominio del desplazamiento, lo que a su vez permite la información de la anchura y, por lo tanto, la clasificación de la discontinuidad/grieta 30, por ejemplo, como un raíl roto.

Las figuras 8a - 8b ilustran un método de procesamiento para usar las mediciones derivadas de los sensores Bn de desplazamiento en instantes de muestreo sucesivos para determinar el desplazamiento. La figura 8a representa la intensidad del campo magnético en el campo magnético activo medida por cada uno de los sensores Bn en un instante de muestreo. Por lo tanto, los puntos B0-B10 en la figura 8a representan la intensidad de campo/acoplamiento del campo magnético a través de la discontinuidad/grieta 30 detectada por los respectivos sensores. En efecto, la figura 8a representa la firma magnética de la discontinuidad/grieta 30 en un instante en el tiempo.

La siguiente etapa en el procesamiento de las señales para determinar el desplazamiento es ajustar una curva entre los puntos de muestreo B0-B10. En este ejemplo, se trata de una interpolación spline cúbica entre los puntos de muestreo que se muestran en la figura 8b.

En el siguiente instante de muestreo, los sensores B0-B10 de desplazamiento toman un segundo conjunto de mediciones de intensidad de campo magnético. Estas se muestran en la figura 8c como muestras B'0-B'10. Se apreciará que, en este segundo instante de muestreo, la unidad 16 se ha movido una distancia a lo largo del raíl 12. Pero esta distancia de desplazamiento no se conoce en este momento. Sin embargo, se conoce el tiempo entre las muestras, ya que puede determinarse a partir de la frecuencia de muestreo conocida.

En la figura 8c no se conoce la distancia Ax, que es la distancia horizontal a lo largo de la spline cúbica entre las mediciones de intensidad de campo magnético del mismo sensor Bn. Esto es lo mismo que el desplazamiento físico de la unidad 16 entre tiempos de muestreo sucesivos. Procesando los conjuntos de muestras es posible estimar la distancia Ax. Una posible técnica o método de procesamiento es correlacionar de forma cruzada el conjunto de muestras dentro de la spline cúbica hasta que se minimiza el error de correlación. La cantidad de desplazamiento en el punto de error de correlación mínimo es equivalente al desplazamiento estimado Ax.

En consecuencia, en esta etapa se conocen tanto Ax como la frecuencia de muestr eo. Esto también permite calcular la velocidad de desplazamiento estimada de la unidad 16. Debe reconocerse que esta velocidad se calcula sin necesidad de entradas externas del vehículo (por ejemplo, al que está conectado el sistema 10a). Así, el sistema 10a permite la estimación tanto de la distancia recorrida por la unidad 16 entre tiempos de muestreo sucesivos como de la velocidad lineal global de la unidad 16. No obstante, si se desea y particularmente si están fácilmente disponibles a partir del equipo existente a bordo, pueden usarse datos de distancia o cálculos derivados externamente al sistema 10a además de los del sistema 10a para proporcionar verificación o auditoría de errores.

Los expertos en la técnica pueden reconocer que este proceso solo será preciso cuando haya una discontinuidad/grieta 30 que pueda detectar la unidad 16. Si no hay ninguna discontinuidad/grieta 30 u otra característica que produzca un cambio en el acoplamiento de flujo en el campo magnético activo, entonces este proceso falla y no proporciona información fiable o útil. Sin embargo, esto no tiene ninguna consecuencia en un sentido práctico. La razón de esto es que, si no hay ninguna variación de acoplamiento de flujo magnético que detectar, entonces no hay ninguna discontinuidad/grieta 30 en la vía que sea motivo de preocupación.

Por lo tanto, usando el procesamiento descrito anteriormente en relación con las figuras 8a - 8d, el desplazamiento a lo largo de la firma magnética se puede calcular en tiempo real. Esto permite que la reconstrucción de un muestreo basado en el tiempo de la matriz Sn sea un muestreo basado en el espacio.

La figura 9 muestra un conjunto de resultados de prueba donde la unidad 16 se mueve secuencialmente una distancia conocida de un milímetro entre tiempos de muestreo en comparación con la distancia resultante medida o estimada por una realización del presente método y sistema.

La onda C1 es el flujo magnético medido a lo largo de una sección de cuatro (4) metros del raíl 12 y que tiene una discontinuidad/grieta 30. La discontinuidad/grieta 30 produce el pico en la onda C1. En el lado izquierdo hay una escala que muestra el desplazamiento previsto usando el sistema y el método descritos. El desplazamiento real es de un milímetro. El desplazamiento estimado se muestra mediante la curva C2. Esto muestra un error máximo de alrededor de 0,18 milímetros en una región donde hay poca variación en la firma de campo magnético. Sin embargo, en la región donde existe el pico en la onda C1, el desplazamiento estimado es extremadamente cercano al desplazamiento conocido de 1 milímetro. Como se mencionó anteriormente, la falta de precisión en regiones donde no hay picos o cambios significativos en la intensidad de campo magnético tiene poco valor práctico.

La matriz de sensores Bn que permite la medición/estimación del desplazamiento espacial y la matriz de sensores Sn de campo activo son independientes una de otra en términos de su funcionamiento y la información/datos que proporcionan. La matriz de sensores Sn se puede usar, por ejemplo, con sistemas de medición de desplazamiento tradicionales en lugar de la matriz de sensores Bn. De forma similar, la matriz de sensores Bn se puede usar de forma totalmente independiente como método y sistema autónomo para estimar el desplazamiento espacial con respecto a una respuesta magnética asociada con una anomalía en un artículo. En términos generales, el método comprende: aplicar un campo magnético a un artículo tal como, pero sin limitarse a, un raíl 12 o una rueda de raíl; adquirir múltiples muestras de campo magnético a una frecuencia de muestreo conocida de una respuesta magnética del artículo sobre o al campo magnético aplicado; en un período entre los instantes de muestreo sucesivos mover un aparato que puede adquirir las muestras en relación con el artículo; y procesar las múltiples muestras adquiridas para proporcionar una estimación del desplazamiento del aparato entre instantes de muestreo sucesivos.

El sistema correspondiente para estimar el desplazamiento espacial con respecto a la respuesta magnética de un artículo a un campo magnético aplicado en términos generales comprende: un aparato que soporta un sistema de medición de campo magnético dispuesto para detectar características de campo magnético en múltiples ubicaciones separadas en la dirección longitudinal del artículo en cada instante de muestreo de una frecuencia de muestreo conocida, pudiendo el aparato moverse en la dirección longitudinal a lo largo del artículo; y un procesador dispuesto para procesar la intensidad del campo magnético medida en las múltiples ubicaciones en instantes de muestreo sucesivos para proporcionar una estimación del desplazamiento del aparato en cada instante de muestreo con respecto al campo magnético.

Por ejemplo, las figuras 1, 2, 4 y 5 muestran los sensores Sn, Bn ubicados al lado del imán 18. Sin embargo, pueden disponerse simétricamente debajo del imán 18 en la unidad 16 como se muestra en la figura 11. Así, en esta realización, los sensores se encuentran entre el imán 18 y el raíl 12. La ubicación relativa del/de los imán/imanes y los sensores en el campo magnético activo producido por el/los imán/imanes no es crítica para las realizaciones del sistema y del método asociado. La única limitación práctica es, dado que la intensidad del campo magnético disminuye con el cuadrado de la distancia, que los sensores deben estar lo suficientemente cerca o la intensidad del campo suficiente para que las variaciones en el acoplamiento estén dentro de la sensibilidad de medición de los sensores Sn, Bn.

En otra variación mostrada en la figura 12, en lugar de un imán 18 que produce el campo magnético activo como en los sistemas 10 y 10a, las realizaciones del sistema 10, 10a pueden tener más de un imán para producir el campo magnético activo. La figura 12 muestra un sistema 10b que tiene dos imanes 18 y 18b entre los cuales se pueden ubicar una o ambas matrices de sensores Sn, Bn.

Todavía en otra variación, en lugar de una sola matriz longitudinal de sensores Bn de desplazamiento y una sola matriz de sensores Sn de acoplamiento, las realizaciones del sistema 10a pueden estar provistas de una matriz rectangular (es decir, incluyendo un cuadrado) de sensores Bn, Sn que tiene dos o más matrices lineales de sensores Sn y/o Bn. Por ejemplo, una realización del sistema 10a puede tener una matriz de sensores cuadrada de 11 x 11. Las señales desde los sensores en matrices transversales se procesan como sensores Sn de acoplamiento como se describió anteriormente, mientras que las señales de las matrices longitudinales se procesan como sensores Bn de desplazamiento como se describió anteriormente. Se cree que esto proporcionará mayor precisión y caracterización de las discontinuidades de material. La implementación de esta realización requerirá sensores y procesamiento adicionales.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   i. Método de detección de una discontinuidad (30) de material en un artículo magnetizable, que comprende:

   atravesar un imán (18) a lo largo del artículo de modo que líneas de flujo (22) magnético de un campo magnético activo del imán circulan a modo de bucle a través del artículo y acoplan magnéticamente el imán al artículo;

   colocar al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento de campo magnético en una posición fija con respecto al imán (18) y en el campo magnético activo del imán (18), en el que el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento atraviesa a lo largo del artículo con el imán (18) para muestrear el acoplamiento magnético entre el imán (18) y el artículo;

   analizar el acoplamiento magnético medido en el campo magnético activo para detectar un cambio en el acoplamiento magnético durante el atravesamiento del imán (18) y usar el cambio en el acoplamiento magnético para detectar una discontinuidad (30) en el artículo;

   adquirir muestras longitudinales del campo magnético a lo largo del artículo a partir de sensores (Bn) de desplazamiento simultáneamente con la adquisición de muestras de acoplamiento magnético a partir de uno o más sensores (S; Sn) de acoplamiento;

   entre instantes en los que se adquieren las muestras, mover: el imán (18), el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento y los sensores (Bn) de desplazamiento en una yuxtaposición fija entre sí a lo largo del artículo; y

   usar las muestras de los sensores (Bn) de desplazamiento para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán (18) a lo largo del artículo entre instantes de muestreo sucesivos.
2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que analizar información comprende hacer una determinación del tamaño de la discontinuidad (30).
3. 3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento está dispuesto para detectar al menos la dirección del flujo (22) magnético que circula a modo de bucle a través del artículo.
4. 4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento está dispuesto para detectar al menos la densidad del flujo (22) magnético que circula a modo de bucle a través del artículo.
5. 5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el artículo es un raíl (12) para un vehículo de transporte sobre raíles.
6. 6. Método según la reivindicación 1, en el que usar las muestras de los sensores (Bn) de desplazamiento para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán (18) comprende realizar la correlación cruzada de las muestras adquiridas a partir de los sensores (Bn) de desplazamiento en instantes de muestreo sucesivos.
7. 7. Método según la reivindicación 6, que comprende combinar las muestras del al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento y los sensores (Bn) de desplazamiento para proporcionar una indicación del acoplamiento del campo magnético a través de una discontinuidad en el dominio de desplazamiento.
8. 8. Sistema (10a) para detectar una discontinuidad (30) de material en un artículo magnetizable, que comprende:

   un imán (18) que puede atravesarse a lo largo del artículo de modo que líneas de flujo (22) magnético de un campo magnético activo del imán circulan a modo de bucle a través del artículo y acoplan magnéticamente el imán (18) al artículo; sensores de desplazamiento (Bn) y al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento de campo magnético que está ubicado en una posición fija con respecto al imán (18) y en el campo magnético activo del imán (18), en el que el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento atraviesa a lo largo del artículo con el imán (18) y está dispuesto para medir el acoplamiento magnético entre el imán (18) y el artículo;

   un sistema de análisis de flujo magnético dispuesto para analizar información relativa al flujo (22) magnético proporcionada por el al menos un sensor (S; Sn) de acoplamiento para proporcionar una indicación de una característica de la discontinuidad (30) que penetra en la superficie; y

   dichos sensores (Bn) de desplazamiento están configurados para adquirir muestras del campo magnético en múltiples ubicaciones separadas longitudinalmente a lo largo del artículo simultáneamente con la adquisición de muestras de acoplamiento magnético desde el uno o más sensores (S; Sn) de acoplamiento; y

   el sistema está configurado para usar las muestras de los sensores (Bn) de desplazamiento para proporcionar una estimación del desplazamiento del imán (18) a lo largo del artículo entre instantes de muestreo sucesivos.
9. 9. Sistema según la reivindicación 8, en el que el al menos un sensor (S) de acoplamiento de campo magnético es uno de una pluralidad de sensores (Sn) de acoplamiento dispuestos en una matriz en una dirección transversal a una dirección de atravesamiento del imán (18) a lo largo del artículo.