RU2066646C1

RU2066646C1 - Rail track diagnosing device

Info

Publication number: RU2066646C1
Application number: RU95110572A
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Редькин; Валерий Кириллович Рябцев; Валерий Григорьевич Запускалов; Анатолий Ваганович Егиазарян; Борис Валентинович Туробов; Виктор Михайлович Ковалевский
Original assignee: Владимир Ильич Редькин; Валерий Кириллович Рябцев; Валерий Григорьевич Запускалов; Анатолий Ваганович Егиазарян; Борис Валентинович Туробов; Виктор Михайлович Ковалевский
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1996-09-20
Also published as: RU95110572A

Abstract

FIELD: railway transport; mobile control-and-measuring laboratories. SUBSTANCE: device has high frequency generator, switch, eddy-current transducer, four amplitude detectors, four voltage compensators, three adders, six subtractors, bipolar detector, seven scaling amplifiers, two-channel peak detector, comparator, zeroing pulse shaper and two storage units. Transducer has two pairs of inductance coils placed on parallel laid-on planes and made in form of extended rectangular windings. Coils of each pair are joined through one of longer bases forming longitudinal axes of pairs. Pairs are arranged with their longitudinal axes square to each other and are aligned by centers in vertical axis of symmetry of transducer. Outputs of second, fourth, fifth, and seventh amplifiers, third adder and sixth subtractor are information outputs of device. EFFECT: enhanced reliability of diagnosing. 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам бесконтактного контроля геометического положения нити рельсового пути, зазоров в стыковых соединениях рельсов и диагностики головки рельса и может быть использовано в передвижных контрольно-измерительных лабораториях железнодорожного транспорта как в статике, так и динамике. The invention relates to devices for non-contact control of the geometric position of the rail track thread, clearances in the butt joints of the rails and diagnostics of the rail head and can be used in mobile control and measurement laboratories of railway transport both in static and in dynamics.

Известно устройство для технической диагностики рельсового пути, содержащее генератор высокой частоты, вихретоковый преобразователь, выполненный в виде пары идентичных катушек индуктивности, размещенных в единой плоскости, два амплитудных детектора и подключенные к каждому из них по одному компенсатору напряжений, образующих два измерительных канала, электрически связанных с катушками преобразователя, а также сумматор, вычитатель и масштабный усилитель. A device for the technical diagnostics of the rail track, comprising a high frequency generator, eddy current transducer, made in the form of a pair of identical inductors placed in a single plane, two amplitude detectors and connected to each of them one voltage compensator, forming two measuring channels, electrically connected with converter coils, as well as an adder, subtractor and scale amplifier.

Функциональные возможности этого устройства ограничены измерением не более двух параметров: смещения рельсовой нити от проектного ее положения в плане и износа боковой поверхности головки рельса. Точность контроля этих параметров низкая, так как на результат измерения влияют смещение рельсовой нити в профиле, волнообразный износ (короткие неровности) поверхности катания рельса и неравномерность величин зазоров и превышений рельсов в стыках. Кроме того, достоверность контроля также вызывает сомнение, поскольку каждая из катушек индуктивности измеряет по существу много параметров, причем в разных поперечных сечениях рельса вследствие конструктивного смещения катушек как вдоль рельсовой нити, так и относительно ее продольной оси, а схема обработки устройства не позволяет выделить информационные параметры. The functionality of this device is limited to measuring no more than two parameters: the displacement of the rail thread from its design position in plan and the wear of the side surface of the rail head. The accuracy of control of these parameters is low, since the displacement of the rail thread in the profile, the wavy wear (short irregularities) of the rolling surface of the rail and the unevenness of the gaps and excesses of the rails at the joints affect the measurement result. In addition, the reliability of the control is also doubtful, since each of the inductance coils measures essentially many parameters, moreover, in different cross sections of the rail due to the structural displacement of the coils both along the rail thread and relative to its longitudinal axis, and the processing circuit of the device does not allow to select information parameters.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в устройство, содержащее генератор высокой частоты, вихретоковый преобразователь, выполненный в виде пары идентичных катушек индуктивности, размещенных в одной плоскости, первый и второй амплитудные детекторы, подключенные к катушкам индуктивности соответственно, первый и второй компенсаторы напряжений, связанные входами с выходами амплитудных детекторов, а также сумматор, вычитатель и масштабный усилитель, введены коммутатор, дополнительно вторая пара идентичных катушек индуктивности, размещенных в одной плоскости, третий и четвертый амплитудные детекторы и третий и четвертый компенсаторы напряжений, а также два сумматора, пять вычитателей, шесть масштабных усилителей, биполярный детектор, двухканальный пиковый детектор, два блока памяти, компаратор и формирователь импульса обнуления, при этом каждая из пар катушек индуктивности намотана в форме вытянутых прямоугольников, вплотную примкнутых друг к другу по одной из длинных сторон, образующей продольную ось пары катушек, причем пары катушек размещены в параллельных плоскостях перпендикулярно друг другу своими продольными осями и совмещены центрами по вертикальной оси симметрии преобразователя, коммутатор включен между генератором высокой частоты и катушками индуктивности, третий и четвертый амплитудные детекторы входами подключены к третьей и четвертой катушкам индуктивности, а выходами связаны с третьим и четвертым компенсаторами напряжений соответственно, выход первого компенсатора соединен с первыми входами первых сумматора и вычитателя, выход второго компенсатора соединен с вторыми входами первых сумматора и вычитателя, выход третьего компенсатора соединен с первыми входами вторых сумматора и вычитателя, выход четвертого компенсатора соединен с вторыми входами вторых сумматора и вычитателя, а выход первого сумматора подключен к первым входам третьего и четвертого вычитателей, выход второго сумматора связан через первый масштабный усилитель с вторым входом третьего вычитателя, выход которого подключен к входу второго масштабного усилителя, выход первого вычитателя соединен с первым входом пятого вычитателя, выход второго масштабного усилителя связан через третий масштабный усилитель с вторым входом четвертого вычитателя и через шестой масштабный усилитель с вторым входом пятого вычитателя, выходы четвертого и пятого вычитателей соединены соответственно с входами четвертого и пятого масштабных усилителей, выход второго вычитателя соединен с входами седьмого масштабного усилителя и биполярного детектора, первый и второй выходы которого связаны через первый и второй каналы пикового детектора с первыми входами первого и второго блоков памяти, первый выход биполярного детектора связан через компаратор с входом формирователя импульса обнуления, выходы которого подключены к вторым входам блоков памяти, первый и второй выходы первого блока памяти соединены с первыми входами третьего сумматора и шестого вычитателя, а выходы второго блока памяти соединены с вторыми входами третьего сумматора и шестого вычитателя, выходы второго, четвертого, пятого и седьмого масштабных усилителей, третьего сумматора и шестого вычитателя являются информационными выходами устройства. The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in a device containing a high-frequency generator, a eddy current transducer made in the form of a pair of identical inductors placed in one plane, the first and second amplitude detectors connected to the inductors, respectively, the first and second voltage compensators connected by the inputs to the outputs of the amplitude detectors, as well as an adder, a subtractor and a scale amplifier, a commutator is introduced, in addition a second pair of identical inductors placed in one plane, the third and fourth amplitude detectors and the third and fourth voltage compensators, as well as two adders, five subtractors, six scale amplifiers, a bipolar detector, a two-channel peak detector, two memory units, a comparator and a zero pulse shaper, when this, each of the pairs of inductors is wound in the form of elongated rectangles, closely adjacent to each other along one of the long sides, forming the longitudinal axis of the pair of coils, and the pairs of coils are sized They are located in parallel planes perpendicular to each other with their longitudinal axes and aligned with the centers on the vertical axis of symmetry of the converter, the switch is connected between the high-frequency generator and the inductors, the third and fourth amplitude detectors are connected to the third and fourth inductors by the inputs, and the outputs are connected to the third and fourth voltage compensators, respectively, the output of the first compensator is connected to the first inputs of the first adder and subtractor, the output of the second compensator with it is single with the second inputs of the first adder and subtracter, the output of the third compensator is connected to the first inputs of the second adder and subtracter, the output of the fourth compensator is connected to the second inputs of the second adder and subtracter, and the output of the first adder is connected to the first inputs of the third and fourth subtracters, the output of the second adder is connected through the first scale amplifier with the second input of the third subtractor, the output of which is connected to the input of the second scale amplifier, the output of the first subtractor is connected to the first input of the fifth about the subtractor, the output of the second scale amplifier is connected through the third scale amplifier to the second input of the fourth subtractor and through the sixth scale amplifier with the second input of the fifth subtractor, the outputs of the fourth and fifth subtractors are connected respectively to the inputs of the fourth and fifth scale amplifiers, the output of the second subtractor is connected to the inputs of the seventh a scale amplifier and a bipolar detector, the first and second outputs of which are connected through the first and second channels of the peak detector with the first inputs of the first and second of the memory blocks, the first output of the bipolar detector is connected via a comparator to the input of the zero pulse shaper, the outputs of which are connected to the second inputs of the memory blocks, the first and second outputs of the first memory block are connected to the first inputs of the third adder and the sixth subtractor, and the outputs of the second memory block are connected to the second inputs of the third adder and the sixth subtractor, the outputs of the second, fourth, fifth and seventh scale amplifiers, the third adder and the sixth subtractor are the information outputs of the device oystva.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта за счет увеличения объема и качества измерительной информации о состоянии верхнего строения рельсового пути. Измеряемыми параметрами являются: боковой износ головки рельса а; смещение рельсовой нити от проектного ее положения в профиле h; смещение рельсовой нити от проектного ее положения в плане х; короткие неровности рельсовой нити Δh_н; превышение рельсов в стыке Δh_c; зазор в рельсовом стыке у. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 размещение преобразователя над рельсом на установочной высоте h_o в профиле; на фиг. 3 размещение преобразователя над рельсом в плане; на фиг. 4 зависимости напряжений преобразователя, характеризующие величину превышения рельсов в стыке и значение зазора в стыке от относительной ширины катушек; на фиг. 5 - рельсовая нить с характерными стыками, выходная характеристика преобразователя от параметров стыка и диаграмма работы схемы обнуления информации по стыку. Устройство содержит (фиг.1) генератор 1 высокой частоты, коммутатор 2, через который генератор 1 запитывает катушки 4-7 индуктивности преобразователя 3, четыре амплитудных детекторов 8-11, четыре компенсатора 12-15 напряжений, три сумматора 16-18, шесть вычитателей 19-24, биполярный детектор 25, семь масштабных усилителей 26-32,двухканальный пиковый детектор 33, компаратор 34, формирователь 35 импульса обнуления и два блока 36 и 37 памяти. Входы амплитудных детекторов 8-11 подключены соответственно к катушкам 4-7 индуктивности, а выходы детекторов 8-11 к входам компенсаторов 12-15 напряжений соответственно. Выход первого компенсатора 12 соединен с первыми входами первых сумматора 16 и вычитателя 19, выход второго компенсатора 13 соединен с вторыми входами первых сумматора 16 и вычитателя 19, выход третьего компенсатора 14 соединен с первыми входами вторых сумматора 17 и вычитателя 20, выход четвертого компенсатора 14 соединен с вторыми входами вторых сумматора 17 и вычитателя 20, при этом выход первого сумматора 16 подключен к первым входам третьего и четвертого вычитателей 21 и 22, выход второго сумматора 17 связан через первый усилитель 26 с вторым входом третьего вычитателя 21, выход которого подключен к входу второго усилителя 27, выход первого вычитателя 19 соединен с первым входом пятого вычитателя 23, выход второго усилителя 27 связан через третий усилитель 29 с вторым входом четвертого вычитателя 22 и через шестой усилитель 31 с вторым входом пятого вычитателя 23, выходы четвертого и пятого вычитателей 22 и 23 соединены соответственно с входами четвертого и пятого усилителей 29 и 30, выход второго вычитателя 20 соединен с входами седьмого усилителя 32 и биполярного детектора 25, первый и второй выходы которого связаны через первый и второй каналы пикового детектора 33 с первыми входами первого и второго блоков 36 и 37 памяти, первый выход биполярного детектора 25 связан через компаратор 34 с входом формирователя 35 импульса обнуления, выходы которого подключены к вторым блокам 36 и 37 памяти, первый и второй выходы первого блока 36 памяти соединены с первыми входами третьего сумматора 18 и шестого вычитателей 24, а выходы второго блока 37 памяти соединены с вторыми входами третьего сумматора 18 и шестого вычитателя 24, выходы второго, четвертого, пятого и седьмого масштабных усилителей 27-32, третьего сумматора 18 и шестого вычитателя 24 являются информационными выходами устройства.The technical result of the invention is to ensure the safety of railway traffic by increasing the volume and quality of measuring information about the state of the rail track upper structure. The measured parameters are: lateral wear of the rail head a; the offset of the rail thread from its design position in profile h; the offset of the rail yarn from its design position in terms of x; short irregularities of the rail thread Δh _n ; excess rails at the junction Δh _c ; clearance at the rail junction In FIG. 1 shows a structural diagram of a device; in FIG. 2 the placement of the Converter above the rail at the installation height h _o in the profile; in FIG. 3 placement of the transducer above the rail in plan; in FIG. 4 dependences of the voltage of the Converter, characterizing the excess of the rails in the joint and the value of the gap in the joint from the relative width of the coils; in FIG. 5 - rail thread with characteristic joints, the output characteristic of the converter from the parameters of the joint and the operation diagram of the zeroing information circuit at the joint. The device comprises (Fig. 1) a high-frequency generator 1, a switch 2, through which the generator 1 feeds the inductors 4-7 of the converter 3, four amplitude detectors 8-11, four voltage compensators 12-15, three adders 16-18, six subtractors 19-24, a bipolar detector 25, seven large-scale amplifiers 26-32, a two-channel peak detector 33, a comparator 34, a reset pulse generator 35 and two memory units 36 and 37. The inputs of the amplitude detectors 8-11 are connected respectively to the coils 4-7 of the inductance, and the outputs of the detectors 8-11 to the inputs of the compensators 12-15 voltages, respectively. The output of the first compensator 12 is connected to the first inputs of the first adder 16 and subtractor 19, the output of the second compensator 13 is connected to the second inputs of the first adder 16 and subtractor 19, the output of the third compensator 14 is connected to the first inputs of the second adder 17 and subtractor 20, the output of the fourth compensator 14 is connected with the second inputs of the second adder 17 and the subtractor 20, while the output of the first adder 16 is connected to the first inputs of the third and fourth subtractors 21 and 22, the output of the second adder 17 is connected through the first amplifier 26 to the second input t the third subtractor 21, the output of which is connected to the input of the second amplifier 27, the output of the first subtractor 19 is connected to the first input of the fifth subtractor 23, the output of the second amplifier 27 is connected through the third amplifier 29 to the second input of the fourth subtractor 22 and through the sixth amplifier 31 to the second input of the fifth subtractor 23, the outputs of the fourth and fifth subtractors 22 and 23 are connected respectively to the inputs of the fourth and fifth amplifiers 29 and 30, the output of the second subtractor 20 is connected to the inputs of the seventh amplifier 32 and the bipolar detector 25, the first and second outputs which are connected through the first and second channels of the peak detector 33 to the first inputs of the first and second memory units 36 and 37, the first output of the bipolar detector 25 is connected through a comparator 34 to the input of the reset pulse generator 35, the outputs of which are connected to the second memory units 36 and 37, the first and the second outputs of the first memory unit 36 are connected to the first inputs of the third adder 18 and the sixth subtractor 24, and the outputs of the second memory unit 37 are connected to the second inputs of the third adder 18 and the sixth subtractor 24, the outputs of the second, fourth, fifth second and seventh scaling amplifiers 27-32, the third adder 18 and sixth subtractor 24 are the information device outputs.

Коммутатор 2 предназначен для устранения электромагнитного взаимовлияния катушек 4-7 индуктивности, что достигается поочередным подключением каждой из катушек 4-7 к запитываемому их генератору 1. The switch 2 is designed to eliminate the electromagnetic interference of the coils 4-7 inductance, which is achieved by alternately connecting each of the coils 4-7 to their powered generator 1.

Коммутатор 2 управляется опорным напряжением от тактового генератора (на фиг. не показано). Частота коммутации выбирается из условия достаточности времени опроса информации с каждой из катушек 4-7. Например, при частоте коммутации, равной 100 кГц дискретность времени опроса информации с одной катушки будет равна 10 мкс. За это время преобразователь 3, двигаясь со скоростью 150 км/ч вдоль рельсовой нити, пройдет расстояние около 0,45 мм, а с учетом четырех катушек 4-7 это расстояние увеличится до 1,8 мм. The switch 2 is controlled by a reference voltage from a clock generator (not shown in FIG.). The switching frequency is selected from the condition of sufficient time for polling information from each of the coils 4-7. For example, with a switching frequency of 100 kHz, the discreteness of the time taken to poll information from one coil will be 10 μs. During this time, the converter 3, moving at a speed of 150 km / h along the rail track, will cover a distance of about 0.45 mm, and taking into account four coils 4-7, this distance will increase to 1.8 mm.

Вихретоковый преобразователь 3 предназначен для преобразования измеряемых параметров в электрический сигнал. Конструктивно преобразователь 3 состоит из двух пар катушек 4,5 и 6,7 индуктивности (фиг. 2,3), размещенных в параллельных накладных плоскостях (идеально, когда плоскости пар совмещены). Каждая из катушек 4-7 намотана в форме вытянутого прямоугольника, причем катушки 4,5 первой пары и катушки 6,7 второй пары сомкнуты между собой по одной из длинных сторон, образующей продольную ось У-У для пары катушек 4,5 и продольную ось Х-Х для пары катушек 6,7. Пары катушек 4,5 и 6,7 расположены перпендикулярно друг другу своими продольными осями У-У и Х-Х и совмещены центрами по вертикальной оси Z-Z симметрии преобразователя 3. Для обеспечения электромагнитной помехозащищенности и защиты от механических воздействий преобразователь 3 размещен в металлическом экране (на фиг. не показано). Соотношения геометрических размеров катушек 4-7 рекомендуется выбирать в пределах х_o≅b≅a_o, 3y_o≅l≅3a_o, где b ширина и l длина катушек 4-7; х_o максимально допустимая величина смещения рельсовой нити в плане, соответствующая ГОСТу; а_o стандартная поперечная толщина головки рельса, соответствующая ГОСТу; y _o- максимально допустимая величина зазора в стыке, соответствующая ГОСТу.Eddy current transducer 3 is designed to convert the measured parameters into an electrical signal. Structurally, the converter 3 consists of two pairs of inductors 4,5 and 6,7 (Fig. 2,3) placed in parallel patch planes (ideally when the plane of the pairs are aligned). Each of coils 4-7 is wound in the form of an elongated rectangle, with coils 4,5 of the first pair and coils 6,7 of the second pair closed together along one of the long sides, forming a longitudinal axis U-U for a pair of coils 4,5 and a longitudinal axis Xx for a pair of coils of 6.7. The pairs of coils 4,5 and 6,7 are located perpendicular to each other with their longitudinal axes U-U and X-X and are aligned by the centers along the vertical axis ZZ of the symmetry of the transducer 3. To ensure electromagnetic noise immunity and protection against mechanical influences, the transducer 3 is placed in a metal screen ( in Fig. not shown). The ratio of the geometric dimensions of coils 4-7 is recommended to be selected within x _o ≅b≅a _o , 3y _o ≅l≅3a _o , where b is the width and l is the length of the coils 4-7; x _{o the} maximum allowable displacement of the rail thread in the plan, corresponding to GOST; a _o standard transverse thickness of the rail head, corresponding to GOST; y _o - the maximum allowable gap at the junction corresponding to GOST.

Компенсаторы 12-15 напряжений предназначены для компенсации уровней начальных напряжений U_oi (i 1,2,3,4 число катушек), соответствующих значениям напряжений на катушках 4-7 при а 0; h 0; х 0; Δh_н= 0; Δh_c= 0; y 0. Компенсаторы 12-15 представляют собой блоки, собранные на операционных усилителях, на первые входы которых поступают через амплитудные детекторы 6-11, промодулированные измеряемыми параметрами напряжения с катушек 4-7, а на вторые входы подаются опорные уровни напряжений U_o от тактового генератора (на фиг. не показано), значения которых устанавливаются величиной, соответствующей значениям напряжений на катушках 4-7 при а 0; h 0; х 0; Δh_н= 0; Δh_c= 0; y 0. Для обеспечения с одной стороны сглаживания импульсов, вызванных коммутацией, с другой пропускания полезного сигнала с минимальными искажениями на выходах компенсаторов 12-15 включены либо емкости определенной величины, либо в цепь обратной связи операционных усилителей включены фильтры.Voltage compensators 12-15 are designed to compensate for the initial voltage levels U _oi (i 1,2,3,4 the number of coils) corresponding to the values of the voltage on the coils 4-7 at a 0; h 0; x 0; Δh _n = 0; Δh _c = 0; y 0. Compensators 12-15 are blocks assembled on operational amplifiers, the first inputs of which come through amplitude detectors 6-11, modulated by measured voltage parameters from coils 4-7, and the reference voltage levels U _o from the clock are fed to the second inputs generator (not shown in FIG.), the values of which are set by a value corresponding to the values of voltages on the coils 4-7 at a 0; h 0; x 0; Δh _n = 0; Δh _c = 0; y 0. To ensure, on the one hand, smoothing of pulses caused by switching, on the other hand, transmission of a useful signal with minimal distortion at the outputs of compensators 12-15, either capacitances of a certain size are included, or filters are included in the feedback circuit of operational amplifiers.

Биполярный детектор 25 предназначен для выпрямления переменного напряжения, поступающего с вычислителя 20, и разделения его на разнополярные, а двухканальный пиковый детектор 33 для выделения максимальных значений уровней разнополярных напряжений, поступающих с детектора 25. Биполярный и пиковый детекторы 25 и 33 собраны, например, на диодах, включенных в биполярном детекторе 20 параллельно-противофазно, в двухканальном пиковом детекторе 25 параллельно-однофазно. The bipolar detector 25 is designed to rectify the alternating voltage coming from the calculator 20 and divide it into bipolar, and a two-channel peak detector 33 to extract the maximum values of the levels of bipolar voltages coming from the detector 25. The bipolar and peak detectors 25 and 33 are assembled, for example, diodes included in the bipolar detector 20 in parallel-antiphase, in the two-channel peak detector 25 in parallel-single-phase.

Компаратор 34 и формирователь 35 импульса обнуления представляют собой схему обнуления устройства и предназначены для сброса предшествующей информации по стыку (Δh_c,y) перед очередным стыком, что позволяет исключить наложение на очередной стык информации предшествующих стыков. Компаратор связан с первым выходом биполярного детектора 25, на котором первым формируется передний фронт выходного напряжения вычитателя 19 при принятом направлении движения преобразователя 3 (фиг.5 по стрелке). Если требуется изменить направление движения преобразователя 3 на противоположное, то необходимо вход компаратора 34 переключить с первого на второй выход биполярного детектора 25, так как при противоположном движении характер выходной характеристики вычитателя 20 по стыку зеркально изменится, и бывший задний фронт окажется передним.The comparator 34 and the reset pulse generator 35 are a device zeroing circuit and are intended to reset the previous information at the junction (Δh _c , y) before the next junction, which eliminates the overlap of the information of the previous junction on the next junction. The comparator is connected with the first output of the bipolar detector 25, on which the leading edge of the output voltage of the subtractor 19 is formed first with the adopted direction of movement of the transducer 3 (Fig. 5 in the direction of the arrow). If you want to change the direction of motion of the transducer 3 to the opposite, then you must switch the input of the comparator 34 from the first to the second output of the bipolar detector 25, since with the opposite movement the nature of the output characteristic of the subtractor 20 at the junction will be mirrored, and the former trailing edge will be leading.

Блоки 36 и 37 памяти служат для запоминания информации по стыку на время, необходимое для обработки информации по стыку, до очередного стыка. Blocks 36 and 37 of the memory are used to store information at the junction for the time required to process the information at the junction, until the next junction.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта за счет получения регулярной информации о состоянии верхнего строения пути, что достигается введением функциональных блоков, дополнительных катушек индуктивности, их конструктивным исполнением, включением, расположением и коммутацией. The technical result of the invention is to ensure the safety of railway traffic by obtaining regular information about the state of the track’s upper structure, which is achieved by introducing functional blocks, additional inductors, their design, switching on, positioning and switching.

Вихретоковый преобразователь 3 располагают над рельсом неподвижно и нормально к его поверхности катания на установочной высоте h_o, причем преобразователь 3 ориентируют над рельсом так, чтобы продольная ось одной из пар катушек 4,5 или 6,7 совпадала в плане с проектным положением продольной оси рельсовой нити (фиг. 3 ось У-У).The eddy current transducer 3 is positioned above the rail motionless and normal to its rolling surface at an installation height h _o , and the transducer 3 is oriented above the rail so that the longitudinal axis of one of the pairs of coils 4,5 or 6,7 coincides in plan with the design position of the longitudinal axis of the rail filaments (Fig. 3 axis Y-U).

С генератора 1 подается через коммутатор 2 высокочастотное напряжение на катушки 4-7 индуктивности. При протекании через катушки 4-7 токов высокой частоты вокруг каждой из них создается электромагнитное поле, которое наводит в токопроводящем материале контролируемого рельса вихревые токи, вызывающие в катушках 4-7 вторичную электродвижущуюся силу. В общем случае величина вторичной ЭДС каждой катушки 4-7 зависит от всех шести параметров: а износа головки рельса; h, x смещения рельсовой нити в профиле и плане от проектного положения; Δh_н коротких неровностей нити; Δh_c превышения рельсов в стыке и y зазора в рельсовом стыке, но чувствительность катушек 4-7 различна к этим параметрам вследствие конструктивного их решения и взаимного расположения и ориентации над рельсом. Так катушки 4,5 наиболее чувствительны к изменению параметров h и х за счет большей площади перекрытия поверхности катания рельса, но менее чувствительны к изменению параметров Δh_н, Δh_c и y. Кроме того, катушка 4 и 5, в зависимости от того, какая из них размещена у внутренней стороны рельса, например, катушка 5, дополнительно чувствительна к параметру а поскольку внутренняя сторона головки рельса подвержена износу от усилия трения с ребордой колеса вагона при контакте к динамике. Катушки 6,7 наиболее чувствительны к изменению параметров Δh_н, Δh_c и yно менее чувствительны к изменению х, h.From the generator 1, a high-frequency voltage is supplied through the switch 2 to the inductors 4-7. When 4-7 high-frequency currents flow through the coils, an electromagnetic field is created around each of them, which induces eddy currents in the conductive material of the monitored rail, causing secondary electromotive force in the coils 4-7. In the general case, the magnitude of the secondary EMF of each coil 4-7 depends on all six parameters: and the wear of the rail head; h, x the offset of the rail in the profile and plan from the design position; Δh _{n of} short irregularities of the thread; Δh _{c the} excess of rails at the junction and y of the gap at the rail junction, but the sensitivity of coils 4-7 is different to these parameters due to their constructive solution and relative position and orientation above the rail. So, coils 4,5 are most sensitive to changes in the parameters h and x due to the larger overlap area of the rail rolling surface, but are less sensitive to changes in the parameters Δh _n , Δh _c and y. In addition, the coil 4 and 5, depending on which one is located on the inner side of the rail, for example, coil 5, is additionally sensitive to the parameter and since the inner side of the rail head is subject to wear due to the friction with the flange of the car’s wheel when it comes into contact with the speaker . Coils 6.7 are most sensitive to changes in the parameters Δh _n , Δh _c and yno are less sensitive to changes in x, h.

При условии, когда Δh_c 0 и y 0, т.е. в промежутках между стыками, напряжения на катушках 4-7, промодулированные намеряемыми параметрами а, h, х, Δh_н (фиг.2,3) можно выразить в виде:

где U_oi начальные напряжения при а 0, h=0, х 0, Δh_н 0, i 1,2,3,4;

крутизна выходной характеристики преобразователя h;

чувствительность к изменению параметра х и а;

чувствительность к изменению параметров h и Δh_н;

чувствительность к изменению параметра а.Provided that Δh _c 0 and y 0, i.e. in the intervals between the joints, the voltage on the coils 4-7, modulated by the intentional parameters a, h, x, Δh _n (Fig.2,3) can be expressed as:

where U _{oi are the} initial stresses at a 0, h = 0, x 0, Δh _n 0,

i

1,2,3,4;

slope of the output characteristic of the converter h;

sensitivity to changes in the parameters x and a;

sensitivity to changes in the parameters h and Δh _n ;

sensitivity to parameter change a.

Напряжения U_i с амплитудных детекторов 8-11 подаются на компенсаторы 12-15, в которых значения начальных напряжений компенсируются, и на выходах сумматоров 16,17 и вычитателей 19 и 20 получаем напряжения в виде:

Совместное решение четырех независимых уравнений (5)- (8) с четырьмя неизвестными а, h, х, Δh_н дает следующие зависимости:
а [(U₁+ U₂) (U₃+ U₄)•K₁]•K₂ (9)
h [(U₁+ U₂)- a•K₃]•K₄ (10)
x [(U₂- U₁) a•K₆]•K₅ (11)
Δh_н= (U₃-U₄)•K₇ (12)
где К_j- постоянные коэффициенты, полученные в результате совместного решения уравнений (5) (8), при этом численные значения коэффициентов обеспечиваются в семи масштабных усилителях 22-35, j 1-7. Напряжения U₁ и U₂ с выходов компенсаторов 12 и 13 складываются в первом сумматоре 16 и вычитаются в первом вычитателе 19, а напряжения U₃ и U₄ с выходов компенсаторов 14 и 15 складываются во втором сумматоре 17 и вычитаются во втором вычитателе 20. Суммы напряжений (U₁+ U₂) и (U₃+ U₄), последняя умноженная на коэффициент усиления К₁ первого масштабного усилителя 26, поступают на входы третьего вычитателя 21, и полученная таким образом разность, умноженная на коэффициент усиления К₂ второго масштабного усилителя 27, представляет собой преобразование (9), однозначно, т.е. всегда одного знака, характеризующее величину бокового износа а головки рельса. Для параметров h, х, Δh_н осуществляются аналогичные преобразования напряжений U₁ U₄ в схеме обработки (фиг. 1), после чего получают выражения (10) (12), по знаку полярности которых судят о верхнем или нижнем, левом или правом смещениях нити от проектного положения.The voltages U _i from the amplitude detectors 8-11 are applied to the compensators 12-15, in which the values of the initial voltages are compensated, and at the outputs of the adders 16.17 and subtractors 19 and 20 we obtain the voltages in the form:

The joint solution of four independent equations (5) - (8) with four unknowns a, h, x, Δh _n gives the following dependencies:
and [(U ₁ + U ₂ ) (U ₃ + U ₄ ) • K ₁ ] • K ₂ (9)
h [(U ₁ + U ₂ ) - a • K ₃ ] • K ₄ (10)
x [(U ₂ - U ₁ ) a • K ₆ ] • K ₅ (11)
Δh _n = (U ₃ -U ₄ ) • K ₇ (12)
where K _j are constant coefficients obtained as a result of the joint solution of equations (5) (8), while the numerical values of the coefficients are provided in seven scale amplifiers 22-35, j 1-7. The voltages U ₁ and U ₂ from the outputs of the compensators 12 and 13 are added in the first adder 16 and subtracted in the first subtractor 19, and the voltages U ₃ and U ₄ from the outputs of the compensators 14 and 15 are added in the second adder 17 and subtracted in the second subtractor 20. Sum voltages (U ₁ + U ₂ ) and (U ₃ + U ₄ ), the last multiplied by the gain K _{1 of the} first scale amplifier 26, are fed to the inputs of the third subtractor 21, and the difference thus obtained multiplied by the gain K _{2 of the} second large-scale amplifier amplifier 27, is a transformation (9), od oznachno, ie always the same sign, characterizing the amount of lateral wear and a rail head. For the parameters h, x, Δh _n , similar transformations of the voltages U ₁ U _{4 are} carried out in the processing circuit (Fig. 1), after which expressions (10) (12) are obtained, by the polarity sign of which they are judged about the upper or lower, left or right offsets threads from design position.

Вычитание напряжений U₃ и U₄ во втором вычитателе 20 позволяет выделить напряжение, зависящее от изменения параметров Δh_c и у.Subtraction of the voltages U ₃ and U ₄ in the second subtractor 20 makes it possible to isolate the voltage depending on changes in the parameters Δh _c and y.

Если рельсовая нить в стыке прямолинейна, т.е. Δh_c= Δh_н= 0, то на выходе вычитателя 19 напряжение будет описываться как функция величины y зазора в стыке U₁₉(Δh = 0) = f(y), и характер изменения этого напряжения при принятом направлении движения преобразователя 3 по стрелке (фиг.5) будет иметь вид кривой 1 на фиг. 4.If the rail thread at the junction is straightforward, i.e. Δh _c = Δh _n = 0, then at the output of the subtractor 19 the voltage will be described as a function of the value of the gap y at the joint U ₁₉ (Δh = 0) = f (y), and the nature of the change in this voltage with the accepted direction of movement of the transducer 3 in the direction of the arrow ( 5) will be in the form of curve 1 in FIG. 4.

Если зазор в рельсовом стыке отсутствует, т.е. y 0, то на выходе вычитателя 19 напряжение будет функцией величины Δh_c превышения рельсов в стыке U₁₉(y = 0) = f(Δh_c),, и характер изменения этого напряжения при принятом отрицательном знаке величины Δh_c на 1-ом стыке (фиг.5) будет иметь вид кривой 2 (фиг. 4). На 2-ом стыке рельсовой нити полярность величины Δh_c положительная.If there is no gap in the rail joint, i.e. y 0, then at the output of the subtractor 19, the voltage will be a function of Δh _{c of the} excess of rails at the joint U ₁₉ (y = 0) = f (Δh _c ), and the nature of the change in this voltage with the negative sign of Δh _c at the 1st joint (Fig. 5) will have the form of curve 2 (Fig. 4). At the 2nd junction of the rail, the polarity of Δh _{c is} positive.

При одновременном изменении Δh_c и y напряжение на выходе вычитателя 19 будет функцией параметров Δh_c и y U₁₉= f(Δh_c, y), характер изменения которого будет иметь вид кривой 3 (фиг.4).With a simultaneous change in Δh _c and y, the voltage at the output of the subtractor 19 will be a function of the parameters Δh _c and y U ₁₉ = f (Δh _c , y), the nature of the change of which will take the form of curve 3 (Fig. 4).

Анализ зависимостей 1,2,3 позволяет сделать вывод о том, что сумма по модулю разнополярных амплитуд U₁₉ и -U₁₉ (размах) кривой 3 равна амплитуде (размаху) кривой 1 и определяется изменением величины y а разность по модулю разнополярных амплитуд +U₁₉ и -U₁₉ определяет изменение величины Δh_c..An analysis of the dependences 1,2,3 allows us to conclude that the sum modulo bipolar amplitudes U ₁₉ and -U ₁₉ (span) of curve 3 is equal to the amplitude (span) of curve 1 and is determined by changing y and the difference modulo bipolar amplitudes + U ₁₉ and -U ₁₉ determines the change in Δh _c ..

Напряжение U₁₉ c выхода второго вычитателя 20 (кривая 3 фиг. 4 и 5) поступает на вход биполярного детектора 25, на первом и втором разнополярных выходах которого получаем два разнополярных напряжения +U₁₉ и -U₁₉. Эти напряжения подаются на первый и второй каналы пикового детектора 33. С выходов двухканального пикового детектора 33 напряжения поступают на первые входы первого и второго блоков 36,37 памяти, в которых они запоминаются (1-й и 2-й каналы фиг.5). Первые выходы блоков 36 и 37 памяти связаны с первыми входами третьего сумматора 18 и шестого вычитателя 24. Так как напряжения с блоков 36 и 37 памяти поступают на сумматор 18 и вычитатель 24 разнополярные, то в сумматоре 18 происходит операция вычитания разнополярных напряжений [+U₁₉+ (-U₁₉)] U₅, а в вычитателе 24 операция сложения разнополярных напряжений [+U₁₉- (-U₁₉)] U₆. Следовательно, с выхода третьего сумматора 32 получают напряжение U₅ по амплитуде и полярности которого судят о величине и знаке превышения Δh_c в рельсовом стыке, а с выхода шестого вычитателя 24 получают напряжения U₆ по амплитуде которого однозначно судят о величине зазора y.The voltage U ₁₉ from the output of the second subtractor 20 (curve 3 of FIGS. 4 and 5) is supplied to the input of the bipolar detector 25, at the first and second bipolar outputs of which we obtain two bipolar voltages + U ₁₉ and -U ₁₉ . These voltages are applied to the first and second channels of the peak detector 33. From the outputs of the two-channel peak detector 33, the voltages are applied to the first inputs of the first and second memory blocks 36.37 in which they are stored (1st and 2nd channels of FIG. 5). The first outputs of the memory blocks 36 and 37 are connected to the first inputs of the third adder 18 and the sixth subtractor 24. Since the voltages from the memory blocks 36 and 37 are supplied to the adder 18 and the subtractor 24 are opposite-polarity, the operation 18 subtracts the opposite-polar voltages [+ U ₁₉ + (-U ₁₉ )] U ₅ , and in the subtractor 24 the operation of adding the multipolar voltages [+ U ₁₉ - (-U ₁₉ )] U ₆ . Therefore, the voltage U _{5 is} obtained from the output of the third adder 32 by the amplitude and polarity of which judge the magnitude and sign of exceeding Δh _c in the rail joint, and the voltage U _{6 is} obtained from the output of the sixth subtractor 24 by the amplitude of which they unambiguously judge the gap value y.

Поскольку в предлагаемом устройстве предусмотрена схема памяти информации о параметрах стыка, то вместе с ней предусмотрена и схема обнуления этой информации, т.е. сброс информации о параметрах Δh_c и y перед очередным стыком. Для этого с первого выхода биполярного детектора 25 на вход компаратора 34 подается напряжение U₁₉. С выхода компаратора 34 напряжение срабатывания, установленное на определенном уровне входного напряжения + U₁₉, подается на вход формирователя 35 импульса обнуления, первый и второй выходы которого связаны с вторыми входами первого и второго блоков 36 и 37 памяти. В результате наличия схемы обнуления сброс информации из памяти блоков 36 и 37 о параметрах стыка осуществляется в момент входа измерительного преобразователя 3 на очередной стык по переднему фронту кривой 3.Since the proposed device provides a memory circuit for information about the interface parameters, then along with it there is also a circuit for resetting this information, i.e. reset information on the parameters Δh _c and y before the next junction. To do this, from the first output of the bipolar detector 25, the voltage U ₁₉ is supplied to the input of the comparator 34. From the output of the comparator 34, the operating voltage set at a certain level of the input voltage + U ₁₉ is supplied to the input of the reset pulse generator 35, the first and second outputs of which are connected to the second inputs of the first and second memory units 36 and 37. As a result of the zeroing scheme, information about the interface parameters from the memory of blocks 36 and 37 is reset at the moment the measuring transducer 3 enters the next joint along the leading edge of curve 3.

Техническим результатом изобретения является одновременное измерение одним устройством бокового износа головки рельса, смещения рельсовых нитей в плане и профиле от проектного положения, коротких неровностей нитей, превышения рельсов в стыке и зазоров в рельсовых стыках, что позволяет с одной стороны гарантировать безопасность движения железнодорожному транспорту, с другой определить степень аварийности пути. The technical result of the invention is the simultaneous measurement by one device of lateral wear of the rail head, the displacement of the rail threads in plan and profile from the design position, short irregularities of the threads, excess of the rails in the joint and clearances in the rail joints, which makes it possible to guarantee the safety of railway traffic on the one hand, s another determine the degree of accident path.

Claims

A device for technical diagnostics of a rail track, comprising a high frequency generator, eddy current transducer, made in the form of a pair of identical inductors placed in a single plane, the first and second amplitude detectors connected to the inductors, respectively, the first and second voltage compensators connected by the inputs to the outputs the first and second amplitude detectors, an adder, a subtractor and a scale amplifier, characterized in that a switch, a third and a fourth amplitude are introduced into it dual detectors, third and fourth voltage compensators, two adders, five subtractors, six scale amplifiers, a bipolar detector, a two-channel peak detector, two memory blocks, a comparator and a zero pulse shaper, and the converter is equipped with a second pair of identical inductors placed in a single plane while the coils are wound in the form of elongated rectangles and are adjacent to each other closely, in each pair, on one of the long sides, forming the longitudinal axis of the pair of coils, and the pair of coils are placed in parallel planes perpendicular to each other with their longitudinal axes, and their centers are aligned and located on the vertical axis of symmetry of the converter, the switch is connected between the high-frequency generator and the first, second, third, fourth inductors of the converter, the third and fourth amplitude detectors are connected to the inputs third and fourth inductors, and the outputs are connected to the third and fourth voltage compensators, the output of the first compensator is connected to the first inputs of the the output of the adder and subtractor, the output of the second compensator is connected to the second inputs of the first adder and subtracter, the output of the third compensator is connected to the first inputs of the second adder and subtracter, the output of the fourth compensator is connected to the second inputs of the second adder and subtracter, and the output of the first adder is connected to the first inputs of the third and the fourth subtractor, the output of the second adder is connected through the first scale amplifier to the second input of the third subtractor, the output of which is connected to the input of the second scale amplifier Pure, the output of the first subtractor is connected to the first input of the fifth subtractor, the output of the second scale amplifier is connected through the third scale amplifier to the second input of the fourth subtractor and through the sixth scale amplifier with the second input of the fifth subtractor, the outputs of the fourth and fifth subtracters are connected respectively to the inputs of the fourth and fifth scale amplifiers, the output of the second subtractor is connected to the inputs of the seventh scale amplifier and a bipolar detector, the first and second outputs of which are connected through the first and volts swarm channels of the peak detector with the first inputs of the first and second memory blocks, the first output of the bipolar detector is connected via a comparator to the input of the zero pulse shaper, the outputs of which are connected to the second inputs of the memory blocks, the first and second outputs of the first memory block are connected to the first inputs of the third adder and the sixth a subtractor, the outputs of the second memory block are connected to the second inputs of the third adder and the sixth subtractor, and the outputs of the second, fourth, fifth and seventh scale amplifiers, the third sum ra and the sixth subtractor are information outputs of the device.