RU206199U1

RU206199U1 - FLAW DETECTOR FOR RAIL CONTROL

Info

Publication number: RU206199U1
Application number: RU2021111664U
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Тарабрин; Евгений Владимирович Юрченко; Ольга Евгеньевна Чистякова; Сергей Александрович Зайцев; Олег Николаевич Кисляковский
Original assignee: Акционерное общество "Фирма ТВЕМА"
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2021-08-30

Abstract

Полезная модель относится к области дефектоскопии. Дефектоскоп для контроля рельсов выполнен в виде радиоэлектронного устройства, содержащего связанные между собой управляющий процессор (1) и исполнительный блок (2) и соединенный с ними блок питания (3). Управляющий процессор (1) включает блок (4) ввода и корректировки данных и связанные между собой блок (5) формирования градиентного порога, блок (6) управления параметрами ультразвукового контроля, блок (7) формирования развертки по амплитуде, блок (8) развертки по пройденному пути, блок (9) вывода данных и дисплей (10). Исполнительный блок (2) включает ультразвуковые каналы (11) и магнитные каналы (17). Каждый ультразвуковой канал (11) состоит из блока усиления, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя (13), блока формирования зондирующих импульсов (ЗИ) и электронного коммутатора (15), выполненного с обеспечением возможности отключения соответствующего блока усиления при появлении ЗИ. В каждом ультразвуковом канале (11) блок усиления выполнен в виде логарифмического усилителя (12) с фиксированным усилением с обеспечением возможности его подключения к выходу ультразвукового преобразователя (УЗП) (16), а блок формирования ЗИ выполнен в виде бестрансформаторного генератора (14) с ключевой схемой формирования ЗИ с обеспечением возможности его подключения к выходу УЗП (16). Выход электронного коммутатора (15) соединен с управляющим входом логарифмического усилителя (12) с фиксированным усилением, а его вход соединен с выходом бестрансформаторного генератора (14) с ключевой схемой формирования ЗИ. Каждый магнитный канал (17) состоит из аналого-цифрового преобразователя (18) и соединенного с ним усилителя (19), выполненного с обеспечением возможности подключения к нему магнитного датчика (МД) (20). Исполнительный блок (2) содержит также последовательно соединенные контроллер (23), связанный с блоками (4), (5), (6) управляющего процессора (1), блок (21) сбора информации, входы которого подключены к выходу соответствующего аналого-цифрового преобразователя (13), (18), и блок (22) обработки команд управления, выходы которого подключены к управляющему входу соответствующего бестрансформаторного генератора (14) с ключевой схемой формирования ЗИ. Такое выполнение дефектоскопа обеспечивает повышение его эксплуатационной эффективности. 1 ил.The utility model relates to the field of flaw detection. The flaw detector for testing rails is made in the form of an electronic device containing a control processor (1) and an executive unit (2) connected to each other and a power supply unit (3) connected to them. The control processor (1) includes a block (4) for input and correction of data and interconnected block (5) for forming a gradient threshold, a block (6) for controlling ultrasonic control parameters, a block (7) for generating an amplitude sweep, a block (8) for sweeping along distance traveled, data output unit (9) and display (10). The executive unit (2) includes ultrasonic channels (11) and magnetic channels (17). Each ultrasonic channel (11) consists of an amplification unit, an analog-to-digital converter (13) connected to it, a probe pulse formation unit (GI) and an electronic switch (15), made to enable the corresponding amplification unit to be turned off when the GI appears. In each ultrasonic channel (11), the amplification unit is made in the form of a logarithmic amplifier (12) with a fixed gain allowing it to be connected to the output of the ultrasonic transducer (UST) (16), and the GI generation unit is made in the form of a transformerless generator (14) with a key a circuit for the formation of a GI with the provision of the possibility of its connection to the SPD output (16). The output of the electronic switch (15) is connected to the control input of the logarithmic amplifier (12) with a fixed gain, and its input is connected to the output of the transformerless generator (14) with the key circuit for the formation of the GI. Each magnetic channel (17) consists of an analog-to-digital converter (18) and an amplifier (19) connected to it, made with the possibility of connecting a magnetic sensor (MD) to it (20). The executive unit (2) also contains a series-connected controller (23) connected to the units (4), (5), (6) of the control processor (1), an information collection unit (21), the inputs of which are connected to the output of the corresponding analog-digital converter (13), (18), and a block (22) for processing control commands, the outputs of which are connected to the control input of the corresponding transformerless generator (14) with a key circuit for generating the GI. Such an implementation of the flaw detector provides an increase in its operational efficiency. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области дефектоскопии и может использоваться для обнаружения дефектов в рельсах железнодорожного транспорта и метрополитена.The utility model relates to the field of flaw detection and can be used to detect defects in the rails of railway transport and subway.

Контроль состояния рельсового пути имеет большое значение для обеспечения безопасности на железнодорожных магистралях и метрополитене. При этом определяющим фактором безопасности является отсутствие дефектов в рельсах. Для выявления дефектов в рельсах используются дефектоскопы, представляющие собой реализующие ультразвуковой и магнитный методы неразрушающего контроля радиоэлектронные устройства, устанавливаемые преимущественно на скоростных мобильных средствах. Такие дефектоскопы должны обладать высокой надежностью выявления дефектов любых возможных видов с высокой точностью, чтобы своевременно принимать меры к обоснованному экстренному ремонту рельсового пути, а так же объективно устанавливать и корректировать периодичность его соответствующих проверок.Monitoring the condition of the track is of great importance for ensuring safety on main lines and subways. In this case, the determining factor of safety is the absence of defects in the rails. To detect defects in rails, flaw detectors are used, which are electronic devices that implement ultrasonic and magnetic methods of non-destructive testing, installed mainly on high-speed mobile vehicles. Such flaw detectors must have high reliability in detecting defects of any possible types with high accuracy in order to take timely measures for reasonable emergency repair of the track, as well as objectively establish and adjust the frequency of its corresponding checks.

Работа традиционных многоканальных ультразвуковых дефектоскопов основана на возбуждении зондирующих импульсов и регистрации и анализе принимаемых эхо-сигналов, поступающих одновременно от нескольких ультразвуковых преобразователей в реальном времени. Такие дефектоскопы позволяют получить картину расположения отражателей в контролируемом участке рельса, используемую для идентификации дефектов в рельсе (например, US 5777891 А, 1998).The operation of traditional multichannel ultrasonic flaw detectors is based on the excitation of probing pulses and the registration and analysis of the received echo signals coming simultaneously from several ultrasonic transducers in real time. Such flaw detectors make it possible to obtain a picture of the location of the reflectors in the controlled section of the rail, which is used to identify defects in the rail (for example, US 5777891 A, 1998).

Известен, например, ультразвуковой дефектоскоп, включающий несколько ультразвуковых каналов, выполненных на основе генераторов зондирующих импульсов, усилителей принимаемых эхо-сигналов, пороговых элементов и блоков предварительной обработки (фильтрации сигналов), при этом к ультразвуковым каналам подключен синхронизатор, их выходы через соответствующие интерфейсы и блок памяти связаны с компьютером, а для привязки к параметрам пути в дефектоскоп введен блок определения путейской координаты и скорости, соединенный с датчиком пути (RU 5033 U1, 1997). Выделение эхо-сигналов на фоне помех и идентификация видов дефектов осуществляется на основе изменения временной задержки эхо-сигналов относительно зондирующих импульсов в последовательных циклах излучения-приема ультразвуковых сигналов, при этом обработка получаемых сигналов включает фильтрацию эхо-сигналов с амплитудой менее заданного порога и эхо-сигналов достаточной амплитуды, что позволяет несколько повысить точность контроля. Однако в этом дефектоскопе осуществляется только начальная фильтрация в виде «отсечки снизу». Отсутствие дальнейшей фильтрации приводит к существенной перебраковке ввиду большого количества сигналов, прошедших начальный этап, что не позволяет обеспечить достаточную надежность ультразвукового контроля. Управление аппаратными параметрами (усилителями и генераторами зондирующих импульсов) не может осуществляться непосредственно в процессе контроля. Кроме того, отсутствие в составе дефектоскопа магнитных каналов не позволяет обнаруживать некоторые дефекты в рельсах, которые могут эффективно выявляться магнитным методом. Поэтому такой дефектоскоп недостаточно эффективен в эксплуатации, не обеспечивая в необходимой мере объективность и достоверность контроля.For example, an ultrasonic flaw detector is known, which includes several ultrasonic channels made on the basis of probing pulse generators, amplifiers of received echo signals, threshold elements and pre-processing (signal filtering) blocks, while a synchronizer is connected to the ultrasonic channels, their outputs through the corresponding interfaces and the memory unit is connected to the computer, and for binding to the parameters of the path, a unit for determining the path coordinate and speed is introduced into the flaw detector, connected to the path sensor (RU 5033 U1, 1997). Isolation of echo signals against the background of interference and identification of types of defects is carried out on the basis of changes in the time delay of echo signals relative to the probing pulses in successive cycles of emission-reception of ultrasonic signals, while the processing of the received signals includes filtering of echo signals with an amplitude less than a given threshold and echoes. signals of sufficient amplitude, which makes it possible to slightly increase the accuracy of control. However, in this flaw detector, only the initial filtering is carried out in the form of a "cut-off from the bottom". The lack of further filtering leads to significant rejection due to the large number of signals that have passed the initial stage, which does not allow for sufficient reliability of ultrasonic testing. Control of hardware parameters (amplifiers and generators of probing pulses) cannot be carried out directly during the control process. In addition, the absence of magnetic channels in the flaw detector makes it impossible to detect some defects in the rails, which can be effectively detected by the magnetic method. Therefore, such a flaw detector is not efficient enough in operation, not providing the required objectivity and reliability of control.

Известны также дефектоскопы магнитного типа для обнаружения дефектов в рельсах. Известен, например, дефектоскоп, содержащий средство намагничивания, индуктивный, магниторезистивный и феррозондовый преобразователи, связанные через управляемый коммутатор с блоком обработки сигналов, к которому подключены блоки регистрации и индикации, содержит также датчик скорости, связанный через блок формирования сигналов управления с управляемым коммутатором (RU 2310836 С1, 2007). Однако такие дефектоскопы малоинформативны, позволяя выявлять только ограниченный круг дефектов, обычно выходящих на поверхность или развивающихся с поверхности, а также расположенных на незначительной глубине.Also known are magnetic type flaw detectors for detecting defects in rails. It is known, for example, a flaw detector containing a magnetization means, inductive, magnetoresistive and fluxgate transducers connected through a controlled switch with a signal processing unit to which the registration and display units are connected, also contains a speed sensor connected through a control signal generation unit with a controlled switch (RU 2310836 C1, 2007). However, such flaw detectors are not very informative, allowing only a limited range of defects to be detected, usually emerging or developing from the surface, as well as located at a shallow depth.

Известен дефектоскоп для контроля рельсов, выполненный одноканальным и содержащий связанные между собой управляющий процессор и исполнительный блок и соединенный с ними блок питания, при этом управляющий процессор включает блок ввода и корректировки данных и связанные между собой блок формирования градиентного порога, блок управления параметрами ультразвукового контроля, блок формирования развертки по амплитуде, блок формирования развертки по пройденному пути, блок вывода данных и дисплей, а исполнительный блок включает ультразвуковой канал, состоящий из усилителя, выполненного с обеспечением возможности его подключения к выходу ультразвукового преобразователя, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя и генератора зондирующих импульсов, выполненного с обеспечением возможности его подключения ко входу ультразвукового преобразователя (RU 180038 U1, 2018). В этом дефектоскопе выполняется дополнительная оптимизированная фильтрация сигналов, обеспечиваемая блоком формирования градиентного порога. Однако дефектоскоп выполнен одноканальным и поэтому для возможности выявления дефектов различного вида по всему сечению рельсов приходится подключать отдельные ультразвуковые преобразователи и проводить их индивидуальную настройку, что неудобно и трудоемко при эксплуатации дефектоскопа. Это делает невозможным его применения при сплошном контроле рельсов, т.е. контроле рельсов по всему сечению за один проход. Отсутствует магнитный канал, что не позволяет эффективно выявить дефекты, выявление которых ультразвуковым методом затруднено. Кроме того, отсутствует возможность управления аппаратными параметрами в автоматизированном режиме в процессе контроля, необходимого для объективного выявления дефектов ультразвуковыми преобразователями различных видов. Отсутствует обратная связь управляющего процессора с исполнительным блоком. Все это в целом не позволяет обеспечить высокую достоверность и объективность результатов контроля и усложняет процесс контроля.Known flaw detector for monitoring rails, made single-channel and containing interconnected control processor and executive unit and a power supply connected to them, while the control processor includes a data input and correction unit and interconnected unit for forming a gradient threshold, a control unit for ultrasonic control parameters, an amplitude sweep shaping unit, a traveled path sweep shaping unit, a data output unit and a display, and the executive unit includes an ultrasonic channel consisting of an amplifier made to enable it to be connected to the output of an ultrasonic transducer, an analog-to-digital converter and a generator connected to it probing pulses, made with the possibility of connecting it to the input of the ultrasonic transducer (RU 180038 U1, 2018). This flaw detector performs additional optimized signal filtering provided by the gradient threshold forming unit. However, the flaw detector is designed as a single-channel one, and therefore, to be able to detect defects of various types along the entire section of the rails, it is necessary to connect separate ultrasonic transducers and carry out their individual adjustment, which is inconvenient and laborious when operating the flaw detector. This makes it impossible to use it for continuous monitoring of rails, i.e. control of rails over the entire section in one pass. There is no magnetic channel, which does not allow to effectively identify defects, the detection of which is difficult by the ultrasonic method. In addition, there is no possibility of controlling hardware parameters in an automated mode during the control process necessary for objective detection of defects by ultrasonic transducers of various types. There is no feedback between the control processor and the execution unit. All this as a whole does not allow to ensure high reliability and objectivity of control results and complicates the control process.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является дефектоскоп для контроля рельсов, выполненный в виде радиоэлектронного устройства, содержащего связанные между собой управляющий процессор и исполнительный блок и соединенный с ними блок питания, при этом управляющий процессор включает блок ввода и корректировки данных и связанные между собой блок формирования градиентного порога, блок управления параметрами ультразвукового контроля, блок формирования развертки по амплитуде, блок формирования развертки по пройденному пути, блок вывода данных и дисплей, а исполнительный блок включает ультразвуковые каналы, каждый из которых состоит из блока усиления, выполненного с обеспечением возможности его подключения к выходу ультразвукового преобразователя, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя и блока формирования зондирующих импульсов, выполненного с обеспечением возможности его подключения ко входу ультразвукового преобразователя, магнитные каналы, каждый из которых состоит из аналого-цифрового преобразователя и соединенного с ним усилителя, выполненного с обеспечением возможности подключения к нему магнитного датчика, и последовательно соединенные контроллер, связанный с блоком ввода и корректировки данных, блоком формирования градиентного порога и блоком управления параметрами ультразвукового контроля, блок сбора информации, входы которого подключены к выходу соответствующего аналого-цифрового преобразователя, и блок обработки команд управления, выходы которого подключены к управляющему входу соответствующего блока формирования зондирующих импульсов (RU 2686409 С1, 2019). В этом дефектоскопе зондирующие импульсы подаются на ультразвуковые преобразователи, а отраженные от несплошностей сигналы поступают на блоки усиления, при этом блоки формирования зондирующих импульсов могут быть выполнены по традиционной схеме, например, с использованием для формирования зондирующих импульсов трансформатора. Это создает помехи в процессе обработки эхо-сигналов и может привести к выходу из строя блоков усиления, что снижает надежность работы дефектоскопа. Блоки усиления выполнены с изменяемым усилением, что обеспечивается соответствующими командами блока обработки команд управления, при этом сигналы на выходе блоков усиления связаны линейно с входными сигналами. Это не позволяет достичь высокого динамического диапазона регистрируемых сигналов, который особенно важен для выявления дефектов на ранней стадии их развития.Of the known devices, the closest to the proposed one is a flaw detector for monitoring rails, made in the form of a radio electronic device containing a control processor and an execution unit connected to each other and a power supply unit connected to them, while the control processor includes a data input and correction unit and a unit connected to each other forming a gradient threshold, a control unit for ultrasonic control parameters, an amplitude sweep shaping unit, a travel sweep shaping unit, a data output unit and a display, and the executive unit includes ultrasonic channels, each of which consists of an amplification unit made with the possibility of its connection to the output of the ultrasonic transducer, the analog-to-digital converter connected to it and the probe pulse formation unit, made with the possibility of connecting it to the input of the ultrasonic transducer, magnetic channels, each of which consists of an analog-to-digital converter and an amplifier connected to it, made with the possibility of connecting a magnetic sensor to it, and a serially connected controller connected to a data input and correction unit, a gradient threshold formation unit and an ultrasonic control parameters control unit, an information collection unit, the inputs of which are connected to the output of the corresponding analog-to-digital converter, and the control command processing unit, the outputs of which are connected to the control input of the corresponding unit for generating the probing pulses (RU 2686409 C1, 2019). In this flaw detector, probing pulses are fed to ultrasonic transducers, and signals reflected from discontinuities are fed to amplification units, while the probing pulse shaping units can be performed according to a traditional scheme, for example, using a transformer to generate the probing pulses. This interferes with the processing of echo signals and can lead to failure of amplification units, which reduces the reliability of the flaw detector. The amplification units are made with variable gain, which is provided by the corresponding commands of the control command processing unit, while the signals at the output of the amplification units are linearly related to the input signals. This does not allow achieving a high dynamic range of recorded signals, which is especially important for detecting defects at an early stage of their development.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании дефектоскопа для контроля рельсов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эксплуатационной эффективности дефектоскопа для контроля рельсов за счет повышения надежности его работы с одновременным расширением динамического диапазона регистрируемых сигналов в ультразвуковых каналах.The technical problem solved by the invention is to create a flaw detector for testing rails, devoid of the shortcomings of the prototype. The technical result provided by the invention consists in increasing the operational efficiency of the flaw detector for monitoring rails by increasing the reliability of its operation with a simultaneous expansion of the dynamic range of recorded signals in the ultrasonic channels.

Это достигается тем, что в дефектоскопе для контроля рельсов, выполненным в виде радиоэлектронного устройства, содержащего связанные между собой управляющий процессор и исполнительный блок и соединенный с ними блок питания, при этом управляющий процессор включает блок ввода и корректировки данных и связанные между собой блок формирования градиентного порога, блок управления параметрами ультразвукового контроля, блок формирования развертки по амплитуде, блок формирования развертки по пройденному пути, блок вывода данных и дисплей, а исполнительный блок включает ультразвуковые каналы, каждый из которых состоит из блока усиления, выполненного с обеспечением возможности его подключения к выходу ультразвукового преобразователя, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя и блока формирования зондирующих импульсов, выполненного с обеспечением возможности его подключения ко входу ультразвукового преобразователя, магнитные каналы, каждый из которых состоит из аналого-цифрового преобразователя и соединенного с ним усилителя, выполненного с обеспечением возможности подключения к нему магнитного датчика, и последовательно соединенные контроллер, связанный с блоком ввода и корректировки данных, блоком формирования градиентного порога и блоком управления параметрами ультразвукового контроля, блок сбора информации, входы которого подключены к выходу соответствующего аналого-цифрового преобразователя, и блок обработки команд управления, выходы которого подключены к управляющему входу соответствующего блока формирования зондирующих импульсов, в каждый из ультразвуковых каналов введен электронный коммутатор, выполненный с обеспечением возможности отключения соответствующего блока усиления при появлении зондирующих импульсов, каждый из блоков усиления выполнен виде логарифмического усилителя с фиксированным усилением, управляющий вход которого соединен с выходом электронного коммутатора, а каждый из блоков формирования зондирующих импульсов выполнен в виде бестрансформаторного генератора с ключевой схемой формирования запускающих импульсов, выход которого соединен со входом электронного коммутатора.This is achieved by the fact that in a flaw detector for monitoring rails, made in the form of a radio electronic device containing a control processor and an execution unit connected to each other and a power supply unit connected to them, the control processor includes a data input and correction unit and an interconnected gradient forming unit. threshold, a control unit for ultrasonic control parameters, an amplitude sweep shaping unit, a travel sweep shaping unit, a data output unit and a display, and the executive unit includes ultrasonic channels, each of which consists of an amplification unit made with the possibility of connecting it to the output an ultrasonic transducer, an analog-to-digital converter connected to it and a probe pulse shaping unit, made with the possibility of connecting it to the input of the ultrasonic transducer, magnetic channels, each of which consists of an analog-to-digital converter an amplifier and an amplifier connected to it, made with the possibility of connecting a magnetic sensor to it, and a series-connected controller connected to a data input and correction unit, a gradient threshold formation unit and an ultrasonic control parameters control unit, an information collection unit, the inputs of which are connected to the output corresponding analog-to-digital converter, and a control command processing unit, the outputs of which are connected to the control input of the corresponding probe pulse shaping unit, an electronic switch is introduced into each of the ultrasonic channels, made to enable the corresponding amplification unit to be turned off when probing pulses appear, each of the amplification units is made in the form of a logarithmic amplifier with a fixed gain, the control input of which is connected to the output of an electronic switch, and each of the probing pulse shaping units is made in the form of a transformerless th generator with a key circuit for the formation of triggering pulses, the output of which is connected to the input of an electronic switch.

Указанный технический результат в рамках реализации назначения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Дефектоскоп для контроля рельсов представляет собой радиоэлектронное устройство, содержащее взаимосвязанные электронные узлы, размещенные в одном корпусе. Его электронные узлы, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивно-функциональном единстве. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Для возможности эксплуатации устройства они объединены в единую конструкцию и при изготовлении устройства на предприятии-изготовителе соединяются между собой сборочными операциями.The specified technical result within the framework of the implementation of the purpose is provided by the entire set of essential features of the declared utility model, each feature of which is necessary, and together they are sufficient to solve the specified technical problem and to achieve the specified technical result. A flaw detector for testing rails is an electronic device containing interconnected electronic assemblies located in one housing. Its electronic components, characterized by the corresponding essential features, are in structural and functional unity. Their joint use led to the creation of a new device with the indicated technical result. To enable the operation of the device, they are combined into a single structure and, when the device is manufactured at the manufacturing plant, they are interconnected by assembly operations.

На чертеже показана структурная блок-схема дефектоскопа для контроля рельсов (условно включающего один ультразвуковой и один магнитный каналы). Он выполнен в виде радиоэлектронного устройства и содержит связанные между собой управляющий процессор 1, исполнительный блок 2 и соединенный с ними блок 3 питания. Управляющий процессор 1 включает блок 4 ввода и корректировки данных и связанные между собой блок 5 формирования градиентного порога, блок 6 управления параметрами ультразвукового контроля, блок 7 формирования развертки по амплитуде, блок 8 формирования развертки по пройденному пути, блок 9 вывода данных и дисплей 10. Исполнительный блок 2 включает ультразвуковые каналы И, каждый из которых состоит из блока усиления, выполненного в виде логарифмического усилителя 12 с фиксированным усилением, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя 13, блока формирования зондирующих импульсов (ЗИ), выполненного в виде бестрансформаторного генератора 14 с ключевой схемой формирования ЗИ, и электронного коммутатора 15, включенного между выходом бестрансформаторного генератора 14 с ключевой схемой формирования ЗИ и управляющим входом логарифмического усилителя 12 с фиксированным усилением. Разрядность аналого-цифровых преобразователей 13 составляет преимущественно двенадцать. Логарифмические усилители 12 с фиксированным усилением выполнены с обеспечением возможности подключения своим соответствующим входом к выходу соответствующего ультразвукового преобразователя (УЗП) 16, а бестрансформаторные генераторы 14 с ключевой схемой формирования ЗИ выполнены с обеспечением возможности подключения своим выходом ко входу соответствующего УЗП 16. Ключевая схема формирования ЗИ включает электронные ключи в количестве преимущественно четырех. Количество ультразвуковых каналов 11 обусловлено условием обеспечения возможности полного ультразвукового контроля рельсов (выявлению всех основных видов дефектов в них, определяемых ультразвуковым методом) по всему их сечению и составляет преимущественно восемнадцать. В качестве УЗП 16 служат преимущественно пьезоэлектрические преобразователи, при этом все ультразвуковые каналы 11 «обслуживаются» разными УЗП 16, конкретные тип и настройка которых связаны с конкретными видом и местоположением выявляемого дефекта по всему сечению рельса. Количество УЗП 16 составляет преимущественно по девять на каждую нить рельсового пути. Исполнительный блок 2 включает магнитные каналы 17, количество которых составляет преимущественно два. Каждый из них состоит из аналого-цифрового преобразователя 18 и соединенного с ним усилителя 19. Разрядность аналого-цифровых преобразователей 18 составляет преимущественно двадцать четыре. Каждый усилитель 19 выполнен с обеспечением возможности подключения к его входу магнитного датчика (МД) 20. Количество МД 20 составляет два - по одному на каждую нить рельсового пути. В качестве МД 20 преимущественно служат магнитодинамические пассивные датчики, выполненные на основе катушек индуктивности. Также в исполнительный блок 2 введены последовательно соединенные между собой блок 21 сбора информации, блок 22 обработки команд управления и контроллер 23. Блок 21 сбора информации и блок 22 обработки команд управления связаны с ультразвуковыми каналами Пи с магнитными каналами 17. Контроллер 23 связан с блоком 4 ввода и корректировки данных, блоком 5 формирования градиентного порога и блоком 6 управления параметрами ультразвукового контроля. Выход каждого из аналого-цифровых преобразователей 13 в ультразвуковых каналах 11 и каждого из аналого-цифровых преобразователей 18 в магнитных каналах 17 подключен к соответствующему входу блока 21 сбора информации, а управляющий вход каждого из бестрансформаторных генераторов 14 с ключевой схемой формирования ЗИ подключен к соответствующему выходу блока 22 обработки команд управления. Блок 22 обработки команд управления выполнен в виде многофункционального многоканального электронного узла, который реализует, в том числе функцию синхронизации ультразвуковых каналов 11 и магнитных каналов 17, он может быть выполнен также с обеспечением возможности его подключения к внешнему блоку синхронизации (на чертеже не показан) в случае использования режима внешней синхронизации. Все электронные узлы дефектоскопа скомпонованы в одном, снабженным соответствующими разъемами, корпусе, условно отображенным на чертеже пунктирной линией 24.The drawing shows a structural block diagram of a flaw detector for testing rails (conditionally including one ultrasonic and one magnetic channels). It is made in the form of a radio electronic device and contains interconnected control processor 1, execution unit 2 and power supply unit 3 connected to them. The control processor 1 includes a block 4 for inputting and correcting data and interconnected block 5 for forming a gradient threshold, a block 6 for controlling ultrasonic control parameters, a block 7 for generating an amplitude sweep, a block 8 for generating a sweep along the path traveled, a data output block 9 and a display 10. The executive unit 2 includes ultrasonic channels AND, each of which consists of an amplification unit made in the form of a logarithmic amplifier 12 with a fixed gain, an analog-to-digital converter 13 connected to it, a probe pulse formation unit (ZI), made in the form of a transformerless generator 14 s the key circuit for the formation of the GI, and an electronic switch 15 connected between the output of the transformerless generator 14 with the key circuit for the formation of the GI and the control input of the logarithmic amplifier 12 with a fixed gain. The bit width of the analog-to-digital converters 13 is mainly twelve. Logarithmic amplifiers 12 with a fixed gain are made with the possibility of connecting their respective input to the output of the corresponding ultrasonic transducer (UST) 16, and transformerless generators 14 with a key circuit for the formation of the GI are made with the possibility of connecting their output to the input of the corresponding SPD 16. The key circuit for the formation of the GI includes electronic keys in the amount of mainly four. The number of ultrasonic channels 11 is due to the condition of ensuring the possibility of full ultrasonic testing of rails (identifying all the main types of defects in them, determined by the ultrasonic method) over their entire section and is mainly eighteen. As SPD 16 are mainly piezoelectric transducers, while all ultrasonic channels 11 are "served" by different SPD 16, the specific type and setting of which are associated with the specific type and location of the detected defect along the entire section of the rail. The number of UZP 16 is mainly nine for each thread of the rail track. The execution unit 2 includes magnetic channels 17, the number of which is mainly two. Each of them consists of an analog-to-digital converter 18 and an amplifier 19 connected to it. The capacity of the analog-to-digital converters 18 is preferably twenty-four. Each amplifier 19 is made with the possibility of connecting a magnetic sensor (MD) 20 to its input. The number of MD 20 is two, one for each thread of the rail track. Magnetodynamic passive sensors based on inductance coils are mainly used as MD 20. Also, in the executive unit 2, the information collection unit 21, the control command processing unit 22 and the controller 23 are connected in series. The information collection unit 21 and the control command processing unit 22 are connected to the ultrasonic channels Pi with magnetic channels 17. The controller 23 is connected to the unit 4 input and correction of data, block 5 of the formation of the gradient threshold and block 6 for controlling the parameters of ultrasonic testing. The output of each of the analog-to-digital converters 13 in the ultrasonic channels 11 and each of the analog-to-digital converters 18 in the magnetic channels 17 is connected to the corresponding input of the information gathering unit 21, and the control input of each of the transformerless generators 14 with the key circuit for generating the GI is connected to the corresponding output block 22 for processing control commands. The control command processing unit 22 is made in the form of a multifunctional multichannel electronic unit, which implements, among other things, the synchronization function of ultrasonic channels 11 and magnetic channels 17, it can also be made with the possibility of connecting it to an external synchronization unit (not shown in the drawing) in when using the external synchronization mode. All electronic assemblies of the flaw detector are arranged in one housing equipped with appropriate connectors, conventionally shown in the drawing by a dotted line 24.

Дефектоскоп работает в многоканальном режиме. При включении дефектоскопа в блоке 22 обработки команд управления начинают вырабатываться синхроимпульсы. Частота синхроимпульсов формируется как произведение двух значений - частоты импульсов с датчика угла поворота и цифрового значения, заданного управляющим процессором 1. При этом частота синхроимпульсов связана со скоростью проведения контроля. Чем выше эта скорость, тем, при условии сохранения неизменного шага контроля, выше требуется частота. Блок 22 обработки команд управления осуществляет передачу данных, прием и обработку команд управления с управляющего процессора 1 через контроллер 23 и обеспечивает синхронизацию работы ультразвуковых каналов 11 и магнитных каналов 17, прием от них данных и трансляцию им упорядоченных команд управления. В каждом из всех ультразвуковых каналах 11 при поступлении синхроимпульсов бестрансформаторный генератор 14 с ключевой схемой формирования ЗИ вырабатывает последовательность импульсов, возбуждающих УЗП 16. Эхо-сигналы, принимаемые УЗП 16, поступают на логарифмические усилители 12 с фиксированным усилением, с выхода которых сигналы поступают на вход аналого-цифровых преобразователей 13, где преобразуются в цифровую форму, и далее считываются блоком 21 сбора информации. Динамический диапазон регистрируемых сигналов составляет преимущественно не менее 75 дБ, что обеспечивается в том числе за счет логарифмической зависимости между выходным и входным сигналами. Коэффициент усиления логарифмических усилителей 12 с фиксированным усилением составляет, например, 96 дБ. При этом не требуется программно задавать необходимое усиление ультразвуковым каналам 11 и управлять временной регулировкой чувствительности. В силу того, что посредством электронного коммутатора 15 и ключевой схемы формирования ЗИ вход логарифмических усилителей 12 с фиксированным усилением в момент формирования ЗИ отключается от УЗП 16, обеспечивается надежная работа ультразвуковых каналов 11 и дефектоскопа в целом с обеспечением высокой помехозащищенности. При этом исключается возможность его выхода из строя в моменты возбуждения ЗИ. Кроме того, отсутствие трансформатора как такового в бестрансформаторном генераторе 14 с ключевой схемой формирования ЗИ, дополнительно повышает его надежность. Команды управления и настройки, принимаемые блоком 22 обработки команд управления из управляющего процессора 1 через контроллер 23, устанавливают в каждом ультразвуковом канале И необходимую частоту возбуждения УЗП 16. Контроллер 23 выполняет роль адаптера, обеспечивая согласование магистралей управляющего процессора 1 с блоком 22 обработки команд управления. Для обеспечения полного ультразвукового контроля рельсов с целью выявления всех выявляемых ультразвуковым методом возможных дефектов по всему сечению рельсов количество ультразвуковых каналов 11 должно составлять в расчете на каждую нить рельсового пути преимущественно девять. При этом за счет большого динамического диапазона регистрируемых сигналов обеспечивается выявление дефектов на ранней стадии их развития. Магнитные каналы 17 принимают и преобразуют сигналы от МД 20. МД 20 фиксируют возмущение магнитного поля по всей поверхности катания головки рельса при перемещении МД 20 вдоль его продольной оси. При этом обеспечивается контроль изломов и сильно развитых дефектов, развивающихся от поверхности рельса или имеющих выход на поверхность рельса в случае проведения контроля способом остаточной намагниченности, а также подповерхностных дефектов в случае проведения контроля способом приложенного поля. Сигналы с МД 20 поступают на вход усилителей 19, где усиливаются, и поступают на вход аналого-цифровых преобразователей 18, имеющих динамический диапазон регистрируемых сигналов преимущественно 144 дБ, соответствующий разрядности двадцать четыре, что позволяет проводить магнитный контроль как способом остаточной намагниченности (низкий уровень амплитуд регистрируемых сигналов), так и способом приложенного поля (высокий уровень амплитуд регистрируемых сигналов). Далее данные с аналого-цифровых преобразователей 18 поступают в блок сбора информации 21, где архивируются, и затем поступают в блок 22 обработки команд управления и через контроллер 23 передаются в управляющий процессор 1. В управляющем процессоре 1 сигналы, инициированные как УЗП 16, так и МД 20, проходят обработку в блоке 5 формирования градиентного порога, где фильтруются по скорости нарастания передних фронтов полученных сигналов, а также по превышению амплитудой эхо-сигналов уровня шумовых сигналов на заданное значение. С блока 5 формирования градиентного порога сигналы с поправками, получаемыми с блока 6 управления параметрами ультразвукового контроля, поступают на блок 7 формирования развертки по амплитуде и блок 8 формирования развертки по пройденному пути. Блок 6 управления параметрами ультразвукового контроля обеспечивает возможность более точной идентификации параметров выявленных дефектов, при этом фиксируются время задержки в УЗП 16 и угол ввода (для сигналов от МД 20 этого не требуется). После этого посредством блока 9 вывода данных, в котором формируется графическое отображение полученных сигналов, сигналы выводятся на дисплей 10. Посредством блока 4 ввода и корректировки данных могут устанавливаться и регулироваться в ручном режиме основные параметры дефектоскопа в ультразвуковых каналах 11. При этом связь блока 4 ввода и корректировки данных с логарифмическими усилителями 12 с фиксированным усилением и бестрансформаторными генераторами 14 с ключевой схемой формирования ЗИ не непосредственно, а через контроллер 23 и блок 22 обработки команд управления, позволяет не только обеспечить первичную установку параметров последовательностей ЗИ, а и изменять ее в автоматизированном режиме с учетом получаемой информации в процессе контроля. Управление ультразвуковыми каналами 11 посредством блока 22 обработки команд управления с контроллером 23 и блоком 21 сбора информации позволяет программно задавать необходимые параметры по каждому ультразвуковому каналу 11 и управлять ими соответствующими командами управляющего процессора 1 в процессе контроля. В свою очередь, передача в управляющий процессор 1 получаемой с УЗП 16 по ультразвуковым каналам 11 и с МД 20 по магнитным каналам 17 пакета информации обо всех основных дефектах рельсов, через блок 21 сбора информации, блок 22 обработки команд управления и контроллер 23 позволяет оптимизировать выработку соответствующих команд управления управляющего процессора 1. Все это в целом обеспечивает высокую эффективность дефектоскопа при выявлении дефектов в рельсах. Таким образом, выполнение дефектоскопа для контроля рельсов в соответствии с описанной выше структурой, повышает его эксплуатационную эффективность.The flaw detector operates in a multichannel mode. When the flaw detector is turned on, sync pulses are generated in the control command processing unit 22. The frequency of sync pulses is formed as a product of two values - the frequency of the pulses from the angle sensor and the digital value set by the control processor 1. In this case, the frequency of the sync pulses is related to the speed of the control. The higher this speed, the higher the frequency is required, provided that the control step remains unchanged. The control command processing unit 22 transmits data, receives and processes control commands from the control processor 1 through the controller 23 and provides synchronization of the operation of the ultrasonic channels 11 and the magnetic channels 17, receiving data from them and transmitting ordered control commands to them. In each of all ultrasonic channels 11, when sync pulses arrive, a transformerless generator 14 with a key GI generation circuit generates a sequence of pulses that excite the SPD 16. The echo signals received by the SPD 16 are fed to logarithmic amplifiers 12 with a fixed gain, from the output of which the signals are fed to the input analog-to-digital converters 13, where they are converted into digital form, and then read by the unit 21 for collecting information. The dynamic range of the recorded signals is mainly not less than 75 dB, which is ensured, among other things, due to the logarithmic relationship between the output and input signals. The gain of the fixed gain logarithmic amplifiers 12 is, for example, 96 dB. In this case, it is not required to programmatically set the required amplification of the ultrasonic channels 11 and to control the temporal adjustment of the sensitivity. Due to the fact that the input of the logarithmic amplifiers 12 with a fixed gain at the time of the formation of the SPD is disconnected from the SPD 16 by means of the electronic switch 15 and the key circuit for the formation of the GI, the reliable operation of the ultrasonic channels 11 and the flaw detector as a whole is ensured with high noise immunity. At the same time, the possibility of its failure at the moments of ZI excitation is excluded. In addition, the absence of a transformer as such in a transformerless generator 14 with a key circuit for generating a GI further increases its reliability. The control and adjustment commands received by the control command processing unit 22 from the control processor 1 through the controller 23 are set in each ultrasonic channel AND the required excitation frequency of the SPD 16. The controller 23 acts as an adapter, ensuring the matching of the lines of the control processor 1 with the control command processing unit 22. To ensure complete ultrasonic inspection of rails in order to identify all possible defects detected by the ultrasonic method along the entire section of the rails, the number of ultrasonic channels 11 should be predominantly nine per each thread of the rail track. At the same time, due to the large dynamic range of the recorded signals, defects are detected at an early stage of their development. The magnetic channels 17 receive and convert signals from the MD 20. The MD 20 fixes the disturbance of the magnetic field over the entire rolling surface of the rail head when the MD 20 moves along its longitudinal axis. At the same time, control of kinks and highly developed defects developing from the rail surface or having an exit to the rail surface in the case of testing by the residual magnetization method, as well as subsurface defects in the case of testing by the applied field method, is provided. Signals from MD 20 are fed to the input of amplifiers 19, where they are amplified, and are fed to the input of analog-to-digital converters 18, which have a dynamic range of recorded signals predominantly of 144 dB, corresponding to a width of twenty four, which allows magnetic control as a method of remanent magnetization (low level of amplitudes recorded signals), and by the method of the applied field (high level of amplitudes of the recorded signals). Further, the data from the analog-to-digital converters 18 enter the data collection unit 21, where they are archived, and then enter the control command processing unit 22 and through the controller 23 are transmitted to the control processor 1. In the control processor 1, the signals initiated by both the SPD 16 and MD 20, are processed in the block 5 of the formation of the gradient threshold, where they are filtered by the rate of rise of the leading edges of the received signals, as well as by the excess of the amplitude of the echo signals of the level of noise signals by a predetermined value. From the block 5 for generating the gradient threshold, the signals with corrections received from the unit 6 for controlling the parameters of ultrasonic testing are fed to the block 7 for generating the amplitude sweep and the block 8 for generating the sweep along the path traveled. The unit 6 for controlling the parameters of ultrasonic testing makes it possible to more accurately identify the parameters of the detected defects, while the delay time in the UST 16 and the angle of entry are recorded (this is not required for signals from the MD 20). After that, by means of the data output unit 9, in which a graphical display of the received signals is formed, the signals are displayed on the display 10. By means of the data input and correction unit 4, the basic parameters of the flaw detector in the ultrasonic channels 11 can be set and adjusted manually. and data correction with logarithmic amplifiers 12 with a fixed gain and transformerless generators 14 with a key scheme for generating the GI not directly, but through the controller 23 and the block 22 for processing control commands, allows not only to provide the initial setting of the parameters of the GI sequences, but also to change it in an automated mode taking into account the information received during the control process. The control of the ultrasonic channels 11 by means of the block 22 for processing control commands with the controller 23 and the block 21 for collecting information allows you to programmatically set the necessary parameters for each ultrasonic channel 11 and control them by the corresponding commands of the control processor 1 during the control process. In turn, the transmission to the control processor 1 received from the USP 16 through the ultrasonic channels 11 and from the MD 20 through the magnetic channels 17 of the packet of information about all the main rail defects, through the information collection unit 21, the control command processing unit 22 and the controller 23 allows to optimize the production the corresponding control commands of the control processor 1. All this in general ensures high efficiency of the flaw detector in detecting defects in the rails. Thus, the implementation of the rail inspection flaw detector in accordance with the structure described above increases its operational efficiency.

Пример реализации. АО «Фирма ТВЕМА» (г. Москва) разработан и испытан многоканальный дефектоскоп для контроля рельсов «ЭХО-КОМПЛЕКС-3», выполненный в соответствии с полезной моделью. Количество ультразвуковых каналов 11 составляет восемнадцать, количество магнитных каналов 17 - два. В качестве логарифмического усилителя 12 с фиксированным усилением использована микросхема AD8310 (Analog Devices Inc.). В качестве бестрансформаторного генератора 14 с ключевой схемой формирования ЗИ использована микросхема MD1810 (Supertex Inc.). В качестве электронного коммутатора 15 использована микросхема MD0100 (Microchip Technology Inc.). Динамический диапазон регистрации сигналов ультразвуковых каналов 11 составил 76 дБ. Расчетная средняя наработка на отказ составила не менее 20000 часов. Дефектоскоп выполнен в корпусе с габаритами 480×280×90 мм. Дефектоскоп в составе вагона-дефектоскопа «СПРИНТЕР» прошел апробацию на ряде железных дорогах Российской Федерации и показал свою высокую эксплуатационную эффективность. Во всех случая дефектоскоп показал высокую надежность в работе, выделяя в качестве полезных исключительно сигналы от дефектов в рельсах и конструктивных отражателей, позволяя регистрировать наличие дефектов всех основных видов, в том числе на ранних стадиях их развития, и определять их величину и распределение по всему объему нитей рельсового пути за один проезд. По результатам испытаний дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС-3» допущен для обслуживания железнодорожной инфраструктуры и метрополитена в Российской Федерации. Дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС-3» обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с дефектоскопом предыдущей модификации «ЭХО-КОМПЛЕКС-2», выполненным в соответствии прототипом (RU 2686409 С1, 2019).An example of implementation. JSC "Firma TVEMA" (Moscow) developed and tested a multichannel flaw detector for testing rails "ECHO-COMPLEX-3", made in accordance with the utility model. The number of ultrasonic channels 11 is eighteen, the number of magnetic channels 17 is two. An AD8310 microcircuit (Analog Devices Inc.) was used as a logarithmic amplifier 12 with a fixed gain. An MD1810 microcircuit (Supertex Inc.) was used as a transformerless generator 14 with a key circuit for generating the GI. An MD0100 microcircuit (Microchip Technology Inc.) was used as an electronic switch 15. The dynamic range of registration of signals from ultrasonic channels 11 was 76 dB. The calculated MTBF was at least 20,000 hours. The flaw detector is made in a housing with dimensions of 480 × 280 × 90 mm. The flaw detector in the SPRINTER flaw detector car has been tested on a number of railways of the Russian Federation and has shown its high operational efficiency. In all cases, the flaw detector showed high reliability in operation, highlighting only signals from defects in rails and structural reflectors as useful ones, making it possible to register the presence of defects of all basic types, including at the early stages of their development, and to determine their size and distribution over the entire volume. threads of the rail track in one pass. According to the test results, the ECHO-COMPLEX-3 flaw detector was approved for servicing the railway infrastructure and the subway in the Russian Federation. Flaw detector "ECHO-COMPLEX-3" has a higher operational efficiency compared to the flaw detector of the previous modification "ECHO-COMPLEX-2", made in accordance with the prototype (RU 2686409 C1, 2019).

Дефектоскоп для контроля рельсов, выполненный в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными за счет повышения надежности его работы с одновременным расширением динамического диапазона регистрируемых сигналов в ультразвуковых каналах. Он позволяет с высокой надежностью и с высокой точностью за один проезд выявлять в многоканальном режиме в обеих рельсовых нитях по всему их сечению широкую номенклатуру дефектов, в том числе на ранней стадии их развития, влияющих на безопасность эксплуатации подвижного состава железных дорог и метрополитена.The flaw detector for rail inspection, made in accordance with the utility model, has a higher operational efficiency in comparison with the known analogous ones by increasing the reliability of its operation with a simultaneous expansion of the dynamic range of the recorded signals in the ultrasonic channels. It allows, with high reliability and high accuracy in one pass, to identify in a multichannel mode in both rail lines over their entire cross section a wide range of defects, including at an early stage of their development, affecting the safety of operation of rolling stock of railways and subways.

Claims

A flaw detector for testing rails, made in the form of a single device, containing a control processor and an executive unit connected to each other and a power supply unit connected to them, while the control processor includes a data input and correction unit and a connected unit for generating a gradient threshold, a control unit for ultrasonic parameters. control unit, an amplitude sweep shaping unit, a traveled path sweep shaping unit, a data output unit and a display, and the executive unit includes ultrasonic channels, each of which consists of an amplification unit made to enable it to be connected to the output of an ultrasonic transducer connected to it an analog-to-digital converter and a probe pulse shaping unit, made with the possibility of connecting it to the input of an ultrasonic transducer, magnetic channels, each of which consists of an analog-to-digital converter and an amplifier connected to it , made with the possibility of connecting a magnetic sensor to it, and a series-connected controller connected to the data input and correction unit, the gradient threshold formation unit and the ultrasonic control parameters control unit, the information collection unit, the inputs of which are connected to the output of the corresponding analog-to-digital converter, and a control command processing unit, the outputs of which are connected to the control input of the corresponding probe pulse generation unit, characterized in that an electronic switch is introduced into each of the ultrasonic channels, made to enable the corresponding amplification unit to be turned off when probing pulses appear, each of the amplification units is made in the form a logarithmic amplifier with a fixed gain, the control input of which is connected to the output of an electronic switch, and each of the probing pulse shaping units is made in the form of a transformerless generator with a ray circuit for generating triggering pulses, the output of which is connected to the input of an electronic switch.