RU2284519C1 - Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same - Google Patents
Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284519C1 RU2284519C1 RU2005103878/28A RU2005103878A RU2284519C1 RU 2284519 C1 RU2284519 C1 RU 2284519C1 RU 2005103878/28 A RU2005103878/28 A RU 2005103878/28A RU 2005103878 A RU2005103878 A RU 2005103878A RU 2284519 C1 RU2284519 C1 RU 2284519C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- output
- input
- rate
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и технической диагностике акустико-эмиссионным методом железнодорожных рельсовых плетей на мостовой металлической конструкции.The invention relates to non-destructive testing and technical diagnostics by the acoustic emission method of railway rail lashes on a metal bridge structure.
Известен способ контроля качества сварных стыков рельсов, заключающийся в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии и по ее значению судят о качестве сварного шва. Кроме того, разбивают время контроля на интервалы, в каждом из которых температура шва уменьшается на 10% от максимальной температуры в момент обрубки грата, а сварной стык бракуют по превышению скорости счета сигналов акустической эмиссии порогового значения хотя бы в одном из интервалов (А.с. №1629837, МКИ 5 G 01 N 29/14, БИ №7, 1991 г., принятый за аналог);A known method of controlling the quality of welded joints of rails, which consists in the fact that they weld the joint, cut the burr, register the acoustic emission signals when the weld is cooling, measure the count rate of the acoustic emission signals and judge the quality of the weld by its value. In addition, the control time is divided into intervals, in each of which the weld temperature decreases by 10% of the maximum temperature at the time of burr cutting, and the weld joint is rejected if the acoustic signal count exceeds the threshold value in at least one of the intervals (A.s No. 1629837, MKI 5 G 01 N 29/14, BI No. 7, 1991, adopted as an analogue);
Недостатком данного способа является то обстоятельство, что его можно использовать только при контроле сварки, но невозможно использовать при контроле качества рельсов, уложенных в путь на мостовой конструкции. Это существенно ограничивает область его использования. Кроме того, скорость счета сигналов акустической эмиссии существенно изменяется и зависит от многих параметров, например от марки стали, из которой изготовлены рельсы, характера дефекта (трещина, непровар и т.д.). В результате чего достоверность контроля при сварке при использовании данного метода невысокая.The disadvantage of this method is the fact that it can only be used in welding control, but cannot be used in the quality control of rails laid in the path on a bridge structure. This significantly limits the scope of its use. In addition, the count rate of acoustic emission signals varies significantly and depends on many parameters, for example, the grade of steel from which the rails are made, the nature of the defect (crack, lack of penetration, etc.). As a result, the reliability of control during welding when using this method is low.
Известна многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций (Патент РФ №2217741, МКИ 7 G 01 N 29/14, БИ №33, 2003 г.), состоящая из 1...n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, выход которого соединен с таймером, устройство сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также содержит аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства. Кроме того, в системе основной усилитель программируемый, а его выход подключен к инвертирующему входу компаратора и аналого-цифровому преобразователю, выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым входом сигнального процессора, выход которого подключен к устройству сопряжения, а выход устройства сопряжения соединен с локальной сетью, которая, в свою очередь, соединена с компьютером, выход таймера подключен к входу устройства управления, причем первый выход устройства управления соединен со входом генератора, выход которого через ключ соединен с акустическим преобразователем, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства, третий выход устройства управления соединен со вторым входом сигнального процессора, при этом устройство управления также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя устанавливается на входе компаратора.Known multi-channel acoustic emission diagnostic system of structures (RF Patent No. 2217741, MKI 7 G 01 N 29/14, BI No. 33, 2003), consisting of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer, a preamplifier, a filter, a main amplifier, a comparator, the output of which is connected to a timer, a pairing device, a digital-to-analog converter, the output of which is connected to a non-inverting input of the comparator, and also contains an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first random access memory input. In addition, the main amplifier in the system is programmable, and its output is connected to the inverting input of the comparator and the analog-to-digital converter, the output of the random access memory is connected to the first input of the signal processor, the output of which is connected to the interface device, and the output of the interface device is connected to the local network, which, in turn, is connected to a computer, the timer output is connected to the input of the control device, and the first output of the control device is connected to the input of the generator, the output to which is connected via a key to an acoustic transducer, the second output of the control device is connected to the control input of the random access memory, the third output of the control device is connected to the second input of the signal processor, and the control device is also capable of issuing a command to increase the response threshold, which is digital-to-analog the converter is installed at the input of the comparator.
В данном устройстве каналы 1...n позволяют осуществить регистрацию и предварительную обработку акустико-эмиссионных сигналов. Недостатком данного устройства является невозможность измерения деформаций в области исследуемой конструкции, в которой установлены акустические преобразователи. Отсутствие данных по деформациям и механическим напряжениям в конструкции существенно сокращает достоверность результатов АЭ-диагностики.In this device,
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ диагностирования металлических мостовых конструкций, включающий прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции, например, проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, одновременно с регистрацией сигналов с акустических преобразователей осуществляют регистрацию динамической деформации, а регистрацию основных параметров акустических сигналов, координат развивающихся дефектов и их спектральных характеристик осуществляют в момент достижения максимума механических деформаций конструкции (Патент РФ №2240551. МПК 7 G 01 N 29/04. Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления / Степанова Л.Н., Муравьев В.В., Круглев В.М. и др., приоритет от 20.06.2001 г., принятый за прототип).Closest to the proposed solution is a method for diagnosing metal bridge structures, including receiving, recording and evaluating the parameters of acoustic emission signals at the time of loading the bridge metal structure, for example, by a passing train, digitizing acoustic signals, calculating the spectrum of acoustic signals from it, their preliminary processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals and calculating the coordinates of developing defects from it. In addition, simultaneously with the registration of signals from acoustic transducers, dynamic deformation is recorded, and the main parameters of acoustic signals, the coordinates of developing defects and their spectral characteristics are recorded at the time the design reaches its maximum mechanical deformation (RF Patent No. 2240551. IPC 7 G 01 N 29 / 04. A method for diagnosing bridge metal structures and a device for its implementation / Stepanova L.N., Muraviev V.V., Kruglev V.M. et al., Priority dated June 20, 2001, adopted a prototype).
Недостатком известного способа является следующее обстоятельство. Способ включает прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии, оцифровку акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов, регистрацию динамической деформации в момент достижения максимума механических деформаций конструкции. Однако данный способ не может быть реализован при испытаниях железнодорожных рельсовых плетей в связи с тем, что при движении поезда по рельсу возникают шумы и помехи высокого уровня. Регистрацию сигналов АЭ необходимо проводить не в момент достижения максимума деформаций (как в прототипе), а в моменты, когда скорость изменения продольной деформации становится отличной от нуля. Когда же скорость изменения поперечной деформации становится отличной от нуля, прекращают прием акустических сигналов, так как возникают мощные удары колеса о рельс, шумы и помехи высокого уровня. Когда колесо уходит с рельса, то скорость изменения поперечной деформации становится равной нулю, т.е. ударов колеса о рельс нет, а продольная деформация есть, в этот момент продолжается прием акустических сигналов. Прекращается прием акустических сигналов, когда продольная деформация равна нулю.The disadvantage of this method is the following circumstance. The method includes receiving, recording and evaluating the parameters of acoustic emission signals, digitizing acoustic signals, calculating the spectrum of acoustic signals from it, pre-processing it, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals and calculating the coordinates of developing defects from it, registering dynamic deformation when it reaches a maximum mechanical deformation of the structure. However, this method cannot be implemented when testing railway rail lashes due to the fact that when the train moves along the rail, high-level noise and interference occur. AE signals should be recorded not at the time of maximum deformation (as in the prototype), but at times when the rate of change of longitudinal deformation becomes different from zero. When the rate of change of the transverse deformation becomes nonzero, the acoustic signals are stopped, since powerful wheel shocks on the rail, noise and high-level noise occur. When the wheel leaves the rail, the rate of change of the transverse deformation becomes equal to zero, i.e. There are no wheel bumps on the rail, but there is longitudinal deformation, at this moment the reception of acoustic signals continues. Acoustic signals are stopped when the longitudinal strain is zero.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики мостовых металлических конструкций, состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, а также аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства и устройства сопряжения. Кроме того, в первом канале выход фильтра соединен с последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, оперативным запоминающим устройством, сигнальным процессором и устройством сопряжения, а также оно снабжено в каждом блоке вторым каналом, состоящим из последовательно соединенных тензодатчика, аналогового преобразователя, аналого-цифрового преобразователя, процессора и устройства сопряжения, причем выходы устройств сопряжения первого и второго каналов блока соединены с сигнальной шиной компьютера; которая, в свою очередь, соединена с компьютером. Причем второй выход процессора второго канала блока соединен со вторыми входами оперативного запоминающего устройства и сигнального процессора первого канала, а также со входом генератора, выход которого соединен с ключом, выход которого подключен к акустическому преобразователю (Патент РФ №2240551, МПК 7 G 01 N 29/04. Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления / Степанова Л.Н., Муравьев В.В., Круглов В.М. и др., приоритет от 20.06.2001 г., принятые за прототип).The closest in technical essence is a multi-channel acoustic emission device for the diagnosis of bridge metal structures, consisting of n blocks, each of which contains a channel consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, as well as analog-to-digital transducer, random access memory and interface devices. In addition, in the first channel, the filter output is connected to a series-connected analog-to-digital converter, random access memory, signal processor and interface device, and it is also equipped in each block with a second channel consisting of a series-connected strain gauge, an analog converter, an analog-to-digital converter , a processor and an interface device, the outputs of the interface devices of the first and second channels of the unit being connected to the signal bus of the computer; which, in turn, is connected to a computer. Moreover, the second processor output of the second channel of the unit is connected to the second inputs of random access memory and the signal processor of the first channel, as well as to the input of the generator, the output of which is connected to a key, the output of which is connected to the acoustic transducer (RF Patent No. 2240551, IPC 7 G 01 N 29 / 04. A method for diagnosing bridge metal structures and a device for its implementation / Stepanova LN, Muravyov VV, Kruglov VM and others, priority of 06/20/2001, adopted as a prototype).
К числу основных недостатков данного устройства относятся:The main disadvantages of this device include:
- отсутствие фильтрации сигналов по деформациям;- lack of filtering signals by deformations;
- большой поток паразитных сигналов АЭ, в связи с чем возможна потеря полезной информации;- a large flow of spurious AE signals, in connection with which the loss of useful information is possible;
- невысокая достоверность информации сигналов АЭ в момент прохождения поезда по сечению рельса, содержащему дефект.- low reliability of information of AE signals at the time of passage of a train along a rail section containing a defect.
При разработке заявляемого способа диагностирования рельсовых плетей на мостовой металлической конструкции и устройства для его осуществления была поставлена задача повышения достоверности результатов контроля и сокращения объема измерительной информации.When developing the proposed method for diagnosing rail lashes on a bridge metal structure and a device for its implementation, the task was to increase the reliability of the monitoring results and reduce the amount of measurement information.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе диагностирования рельсовых плетей, металлического моста осуществляют прием, регистрацию и оценку динамической деформации и параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения рельса проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, в момент наезда поезда на рельс непрерывно измеряют продольные и поперечные деформации рельса и скорость изменения продольной и поперечной деформации и в случае, если скорость изменения продольной деформации становится отлична от нуля, начинают прием и регистрацию акустических сигналов, прекращают прием акустических сигналов, когда скорость изменения поперечной деформации окажется отличной от нуля, прием акустических сигналов возобновляется, когда скорость изменения поперечной деформации равна нулю, и прекращается, когда продольная деформация равна нулю.The problem is solved due to the fact that in the proposed method for diagnosing rail lashes, a metal bridge, reception and registration of dynamic deformation and parameters of acoustic emission signals at the time of loading of a rail by a passing train are carried out, digitization of acoustic signals, calculation of the spectrum of acoustic signals from it, their preliminary processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals and calculating the coordinates of developing defects from it. In addition, at the time of train collision with the rail, longitudinal and transverse deformations of the rail and the rate of change of longitudinal and transverse deformations are continuously measured and if the rate of change of the longitudinal strain becomes non-zero, the reception and registration of acoustic signals are started, the reception of acoustic signals is stopped when the rate of change of the transverse strain is non-zero, the reception of acoustic signals is resumed when the rate of change of the transverse strain is zero, and stops when the longitudinal strain is zero.
Поставленная задача решается также за счет того, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностирования рельсовых плетей металлического моста, состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства и устройства сопряжения, сигнального процессора, в первом канале выход фильтра соединен с последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, оперативным запоминающим устройством, сигнальным процессором и устройством сопряжения, и второй канал, состоящий из последовательно соединенных тензодатчика, аналогового преобразователя, аналого-цифрового преобразователя, процессора и устройства сопряжения, причем выходы устройств сопряжения первого и второго каналов блока соединены с сигнальной шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с компьютером, причем второй выход процессора второго канала блока соединен со вторыми входами оперативного запоминающего устройства и сигнального процессора первого канала, а также со входом генератора, выход которого соединен с ключом, выход которого подключен к акустическому преобразователю. Кроме того, согласно изобретению во второй канал дополнительно введены второй фильтр, первый и второй компараторы и источник опорного напряжения, причем выход аналогового преобразователя соединен со вторым фильтром и с первым входом первого компаратора, выход второго фильтра соединен с первым входом второго компаратора, выход которого соединен с первым входом процессора, второй вход процессора соединен со вторым входом второго компаратора, а второй вход первого компаратора соединен с источником опорного напряжения, а выход первого компаратора соединен с третьим входом процессора.The problem is also solved due to the fact that the multichannel acoustic emission device for diagnosing rail lashes of a metal bridge, consisting of n blocks, each of which contains a channel consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, analog-to-digital converter, operational the storage device and the interface device, the signal processor, in the first channel, the filter output is connected to a series-connected analog-digital a converter, random access memory, a signal processor and a pairing device, and a second channel consisting of a load cell, an analog converter, an analog-to-digital converter, a processor and a pairing device, the outputs of the pairing devices of the first and second channels of the unit being connected to the computer signal bus, which, in turn, is connected to a computer, and the second processor output of the second channel of the block is connected to the second inputs of random access memory a signaling device and a signal processor of the first channel, as well as with the input of a generator, the output of which is connected to a key, the output of which is connected to an acoustic transducer. In addition, according to the invention, a second filter, a first and second comparators and a voltage reference are additionally introduced into the second channel, the output of the analog converter connected to the second filter and to the first input of the first comparator, the output of the second filter connected to the first input of the second comparator, the output of which is connected with the first processor input, the second processor input is connected to the second input of the second comparator, and the second input of the first comparator is connected to the reference voltage source, and the output of the first comparator coupled to a third input of the processor.
Предлагаемая система по сравнению с существующей акустико-эмиссионной системой (Патент РФ №2240551, МПК 7 G 01 N 29/04. Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления / Степанова Л.Н., Муравьев В.В., Круглов В.М. и др., приоритет от 20.06.2001 г.,) позволяет существенно повысить достоверность контроля, поскольку запись сигналов акустической эмиссии осуществляется в момент, когда скорость изменения продольных деформаций в рельсовой плети отлична от нуля, и измерения проводятся в момент, когда в рельсе создается одноосная деформация растяжения-сжатия, т.е. практически отсутствуют удары колеса о рельс. Прекращают прием акустических сигналов, когда скорость изменения поперечной деформации окажется отличной от нуля, т.е. когда возникают мощные удары колеса о рельс.The proposed system in comparison with the existing acoustic emission system (RF Patent No. 2240551, IPC 7 G 01 N 29/04. Method for diagnosing bridge metal structures and device for its implementation / Stepanova LN, Muraviev VV, Kruglov V .M. Et al., Priority of June 20, 2001), it is possible to significantly increase the reliability of the control, since acoustic emission signals are recorded at a time when the rate of change of longitudinal deformations in the rail lane is non-zero, and measurements are taken at the moment when in the rail creates uniaxial tensile-compression deformation, i.e. practically no wheel bumps on the rail. Stop receiving acoustic signals when the rate of change of the transverse strain is nonzero, i.e. when powerful wheel bumps occur on the rail.
На фиг.1 приведены временные диаграммы деформаций, поясняющие работу предлагаемого способа диагностирования рельсов, уложенных в путь на мостовой конструкции. На фиг.2 приведена функциональная схема блока преобразования информации. На фиг.3 приведены временные диаграммы деформаций и управляющих импульсов, поясняющие сбор информации в предлагаемом устройстве. На фиг.4 изображен рельс с установленными на нем поперечным и продольным тензодатчиками.Figure 1 shows the time diagram of deformations explaining the work of the proposed method for diagnosing rails laid in the path on a bridge structure. Figure 2 shows the functional diagram of the information conversion unit. Figure 3 shows the timing diagram of deformations and control pulses that explain the collection of information in the proposed device. Figure 4 shows a rail with transverse and longitudinal load cells mounted on it.
Устройство, реализующее способ диагностирования рельсовых плетей на мостовой металлической конструкции (фиг.2), содержит:A device that implements a method for diagnosing rail lashes on a bridge metal structure (figure 2), contains:
1...n - блоки;1 ... n are blocks;
2 - акустический преобразователь;2 - acoustic transducer;
3 - предварительный усилитель;3 - pre-amplifier;
4 - фильтр;4 - filter;
5, 11 - аналого-цифровой преобразователь;5, 11 - analog-to-digital converter;
6 - оперативное запоминающее устройство;6 - random access memory;
7, 13 - устройство сопряжения;7, 13 - interface device;
8 - сигнальный процессор;8 - signal processor;
9 - тензодатчик;9 - strain gauge;
10 - аналоговый преобразователь;10 - analog converter;
12 - процессор;12 - processor;
14 - сигнальная шина компьютера;14 - computer signal bus;
15 - компьютер;15 - computer;
16 - генератор;16 - generator;
17 - ключ17 - key
18 - фильтр;18 - filter;
19 - двухпороговый компаратор;19 - two-threshold comparator;
20 - компаратор;20 - a comparator;
21 - источник опорного напряжения.21 is a voltage reference source.
Практическая реализация предлагаемого устройства, реализующего способ диагностирования рельсовых плетей на мостовой металлической конструкции, выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:The practical implementation of the proposed device that implements a method for diagnosing rail lashes on a bridge metal structure is performed according to known schemes using the following components:
- сигнальный процессор TMS320LC548; программируемая логическая интегральная схема семейства МАХ7000 ЕРМ7192SOC160-7;- signal processor TMS320LC548; programmable logic integrated circuit of the MAX7000 EPM7192SOC160-7 family;
- оперативное запоминающее устройство UM628100; цифроаналоговый преобразователь TLC7528; операционные усилители AD797, МС33282; аналого-цифровые преобразователи AD9260; интерфейс ETHERNET NE8392C. Компаратор типа LM 311.- random access memory UM628100; digital to analog converter TLC7528; operational amplifiers AD797, МС33282; analog-to-digital converters AD9260; ETHERNET NE8392C interface. Comparator type LM 311.
Их основные характеристики изложены в следующих источниках:Their main characteristics are described in the following sources:
1. ПЛИС фирма ALTERA: проектирование устройств обработки сигналов - М.: ДОДЭКА, 2000, с.18.1. FPGA company ALTERA: design of signal processing devices - M .: DODEKA, 2000, p.18.
2. Интернет-сайты фирмы Texas Instruments-www.ti.com, фирмы Analog Devices-www.ad.com; фирмы Motorolla - www.motco.com; фирмы Altera - www.altera.com.2. Internet sites of Texas Instruments-www.ti.com, Analog Devices-www.ad.com; Motorolla firms - www.motco.com; Altera firms - www.altera.com.
3. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP5-M.: "СОЛОН", 1997.3. The system of circuit simulation MICRO-CAP5-M .: "SOLON", 1997.
4. Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. - М.: ДОДЭКА, 1996, Вып.1, с.214.4. Microcircuits for analog-to-digital conversion and multimedia. - M .: DODEKA, 1996,
Многоканальное акустико-эмиссионно устройство для диагностирования рельсовых плетей металлического моста (фиг.2), состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя 2, предварительного усилителя 3, фильтра 4, аналого-цифрового преобразователя 5, оперативного запоминающего устройства 6, устройства сопряжения 7, сигнального процессора 8. В первом канале выход фильтра 4 соединен с последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем 5, оперативным запоминающим устройством 6, сигнальным процессором 8 и устройством сопряжения 7. Второй канал состоит из последовательно соединенных тензодатчика 9, аналогового преобразователя 10, аналого-цифрового преобразователя 11, процессора 12 и устройства сопряжения 13, причем выходы устройств сопряжения первого (7) и второго (13) каналов блока соединены с сигнальной шиной компьютера 14, которая, в свою очередь, соединена с компьютером 15, причем второй выход процессора 12 второго канала блока соединен со вторыми входами оперативного запоминающего устройства 6 и сигнального процессора 8 первого канала, а также со входом генератора 16, выход которого соединен с ключом 17, выход которого подключен к акустическому преобразователю 2. Кроме того, во второй канал дополнительно введены второй фильтр 18, первый 19 и второй 20 компараторы и источник опорного напряжения 21. Причем выход аналогового преобразователя 10 соединен со вторым фильтром 18 и с первым входом первого компаратора 19. Выход второго фильтра 18 соединен с первым входом второго компаратора 20, выход которого соединен с первым входом процессора 12, второй вход процессора 12 соединен со вторым входом второго компаратора 20, а второй вход первого компаратора 19 соединен с источником опорного напряжения 21, а выход первого компаратора 19 соединен с третьим входом процессора 12.A multi-channel acoustic emission device for diagnosing rail lashes of a metal bridge (Fig. 2), consisting of n blocks, each of which contains a channel consisting of a series-connected
Предложенный способ и устройство работают следующим образом.The proposed method and device operate as follows.
Вначале перед диагностированием рельсовых плетей на мостовой металлической конструкции производится тестирование рельсовой плети, состоящее в определении скорости распространения ультразвуковых импульсов в рельсе, где осуществляется диагностика. Для этого командой с процессора 12 второго канала блока 1 к акустическому преобразователю 2 подключается ключ 17 и запускается генератор 16, который выдает короткий импульс. При этом акустический преобразователь 2 осуществляет преобразование импульса в акустический сигнал, который распространяется в рельсе и принимается акустическими преобразователями остальных блоков. Система измеряет время распространения акустического сигнала по рельсу и вычисляет скорость распространения акустического сигнала какFirst, before diagnosing rail lashes on a bridge metal structure, a rail lash is tested, which consists in determining the propagation velocity of ultrasonic pulses in the rail where the diagnostics are carried out. To do this, a command from the
где а - расстояние от акустического преобразователя, работающего в режиме излучения, до акустического преобразователя, работающего в режиме приема; t - время распространения акустического сигнала от акустического преобразователя, работающего в режиме излучения, до акустического преобразователя, работающего в режиме приема.where a is the distance from the acoustic transducer operating in radiation mode to the acoustic transducer operating in reception mode; t is the propagation time of the acoustic signal from the acoustic transducer operating in the radiation mode to the acoustic transducer operating in the receiving mode.
Деформации в рельсе измеряются тензосистемой. Для этого на рельс предварительно устанавливаются продольный и поперечный тензодатчики, после чего производится их опрос с целью определения бездеформационных нулевых показаний в рельсе (начало участка А на фиг.1). При этом конструкция полностью разгружена. В дальнейшем расчет деформаций, возникающих при движении поезда, ведется относительно нулевого отсчета.Deformations in the rail are measured by the strain system. To do this, the longitudinal and transverse strain gauges are pre-installed on the rail, after which they are interrogated to determine the strain-free zero readings in the rail (the beginning of section A in figure 1). In this case, the design is completely unloaded. In the future, the calculation of deformations arising from the movement of the train is carried out relative to the zero reference.
Рельсы, уложенные на металлическом мосте, жестко скрепляются между собой боковыми накладками. При движении поезда перед ним создается упругая продольная деформация движущейся поездной нагрузкой. Конструкция противоугона рельсов после прохода поезда снимает упругую продольную деформацию (Железнодорожный путь /Т.Г.Яковлева, Н.И.Карпущенко, С.И.Клинов и др./ Под ред. Т.Г.Яковлевой - М.: Транспорт, 1999, 405 с.).Rails laid on a metal bridge are rigidly fastened together by side plates. When the train moves in front of it, an elastic longitudinal deformation is created by the moving train load. The design of the anti-theft rails after the passage of the train removes elastic longitudinal deformation (Railway track / T.G. Yakovleva, N.I. Karpuschenko, S.I. Klinov and others / Edited by T.G. Yakovleva - M .: Transport, 1999 , 405 p.).
На фиг.1 представлена зависимость продольных деформаций в рельсе от времени. Рельс перед наездом поезда испытывает значительные продольные деформации (конец участка А и участок В на фиг.1). При наезде поезда на рельс, где установлены тензодатчики, возникают интенсивные колебания внутренних напряжений, определяемых по продольным и поперечным деформациям рельса тензодатчиками (участок С на фиг.1). В момент контакта колеса с сечением рельса, где установлены преобразователи акустической эмиссии и тензодатчики, возникают близкие к максимальным значениям продольная и поперечная деформации и большое число сигналов АЭ, которые являются паразитными. После прохода поезда в рельсе постепенно уменьшаются продольные напряжения противоположного знака (участок D на фиг.1).Figure 1 shows the dependence of longitudinal deformations in the rail on time. The rail before running over the train experiences significant longitudinal deformations (end of section A and section B in FIG. 1). When the train hits the rail, where the strain gauges are installed, intense fluctuations in internal stresses occur, determined by the longitudinal and transverse deformations of the rail by the strain gauges (section C in Fig. 1). At the moment of contact of the wheel with the rail section, where acoustic emission transducers and strain gauges are installed, longitudinal and transverse strains and a large number of AE signals that are spurious are close to maximum values. After the passage of the train in the rail, the longitudinal stresses of the opposite sign gradually decrease (section D in FIG. 1).
Задачу АЭ-контроля при прохождении поезда можно решить за счет обработки больших потоков данных шумового сигнала на предмет выявления внутренней тонкой структуры сигнала в реальном времени. Однако для решения таких задач требуются большие мощности вычислительных систем и полная теория генерации сигналов АЭ в твердых телах различными источниками. Практически все сигналы от источников АЭ, расположенных внутри рельса, получены в течение временных интервалов В и D. Остальные зарегистрированные сигналы связаны с различными источниками шума и приходили в основном во временном интервале С (А.Н.Серьезнов, Л.Н.Степанова., В.В.Муравьев и др. Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии. - М.: Машиностроение, 2004, с.351-358).The task of AE control during the passage of a train can be solved by processing large data flows of a noise signal to identify the internal fine structure of the signal in real time. However, solving such problems requires large powers of computing systems and a complete theory of AE signal generation in solids by various sources. Almost all signals from AE sources located inside the rail were received during time intervals B and D. The remaining recorded signals were associated with various noise sources and came mainly in time interval C (A.N. Seryoznov, L.N. Stepanova., VV Muraviev et al. Diagnostics of transport objects by acoustic emission method. - M.: Mashinostroenie, 2004, p. 351-358).
На фиг.3 буквами A, B, C, D, E обозначены временные интервалы прохождения поезда по мостовой конструкции. Временной интервал А соответствует моменту начала наезда поезда на рельсовую плеть, в этот интервал мостовая конструкция под испытываемой рельсовой плетью недостаточно деформирована и на выходах компараторов 19 и 20 - низкие логические уровни. В данный момент времени запрещен прием акустических сигналов. Временной интервал В соответствует приближению поезда к испытываемой рельсовой плети. При этом скорость изменения продольной деформации становится отличной от нуля. На выходе двухпорогового компаратора 19 появляется высокий логический уровень, разрешающий прием акустических сигналов, а на выходе компаратора 20 остается низкий логический уровень. Временной интервал С соответствует моменту от захода поезда на участок (или сечение рельса), где установлены преобразователи акустической эмиссии и тензодатчики поперечных деформаций рельсовой плети, и до момента схода поезда с этого участка. Этот интервал характеризуется высоким уровнем знакопеременных поперечных деформаций, на выходах компараторов 19 и 20 появляются сигналы. По сигналам с выхода компаратора 20 запрещается прием акустических сигналов. Временной интервал D начинается от момента схода поезда с испытываемой рельсовой плети и характеризуется тем, что скорость изменения поперечной деформации равна нулю. На выходе компаратора 20 появляется низкий логический уровень, а на выходе компаратора 19 - высокий, разрешающий прием акустических сигналов. Временной интервал Е соответствует уходу поезда с мостовой конструкции, продольные деформации равны нулю, а на выходах компараторов - низкие логические уровни, прием акустических сигналов запрещен.In figure 3, the letters A, B, C, D, E denote the time intervals of the passage of the train along the bridge structure. Time interval A corresponds to the moment the train starts to run onto the rail lash, during this interval the bridge structure under the tested rail lash is not sufficiently deformed and low logic levels at the outputs of the
Для повышения достоверности диагностирования рельсовых плетей, уложенных на металлическом мосте, необходимо точно знать место нахождения поезда по отношению к диагностируемому рельсу в связи с большим потоком АЭ-сигналов в момент прохождения поезда по рельсу. Большое количество паразитных сигналов и шумов высокой амплитуды, вызванных прохождением поезда по рельсовой плети, приводит к практической невозможности проведения оцифровки всех сигналов с акустических преобразователей. Это связано с ограниченным объемом памяти и быстродействием современных акустико-эмиссионных систем. Предлагаемый способ диагностирования позволяет сократить объем измерительной информации и повысить достоверность результатов контроля за счет того, что регистрацию акустических сигналов осуществляют не весь промежуток времени нахождения поезда на мостовой конструкции, а только в определенный момент, предшествующий непосредственному заходу поезда на рельс и непосредственно после схода поезда с рельса, когда скорость изменения продольной деформации будет отлична от нуля либо скорость изменения поперечной деформации равна нулю.To increase the reliability of diagnosing rail lashes laid on a metal bridge, it is necessary to know exactly the location of the train relative to the diagnosed rail due to the large flow of AE signals at the time the train passes along the rail. A large number of spurious signals and high-amplitude noise caused by the passage of a train along a rail lash makes it practically impossible to digitize all signals from acoustic transducers. This is due to the limited memory capacity and speed of modern acoustic emission systems. The proposed diagnostic method allows to reduce the amount of measurement information and increase the reliability of the monitoring results due to the fact that the registration of acoustic signals is carried out not the entire period of time the train is on the bridge structure, but only at a certain point preceding the train's direct approach to the rail and immediately after the train leaves rail, when the rate of change of longitudinal deformation will be non-zero or the rate of change of transverse deformation is zero.
При нагружении рельсовой плети идущим поездом акустические сигналы усиливаются в предварительных усилителях 3, затем осуществляется их фильтрация в фильтре 4, позволяющая убрать низкочастотные помехи, после чего сигналы поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 5, который производит их оцифровку. Одновременно с оцифровкой акустико-эмиссионных сигналов осуществляется непрерывное измерение механических деформаций в зоне расположения данного акустического преобразователя. При этом выход тензодатчика 9, установленного на рельсовой плети, подключается на вход аналогового преобразователя 10. С выхода аналогового преобразователя 10 сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11 второго канала блока, предназначенного для измерения деформаций. Затем оцифрованный сигнал, содержащий информацию о механических деформациях рельсовой плети, поступает на вход микропроцессора 12. Для повышения достоверности диагностирования во второй канал введен фильтр 18, на который поступает аналоговый сигнал с аналогового преобразователя 10, выход фильтра 18 подключается к входу компаратора 20, выход которого соединен с управляющим входом микропроцессора 12. Также введен двухпороговый компаратор 20, на первый вход которого поступает сигнал с аналогового преобразователя 10, а ко второму входу подключен выход источника опорного напряжения 21. Если скорость изменения продольных деформаций становится отличной от нуля, то фильтр 18 не пропускает сигнал с аналогового преобразователя 10. При этом компаратор 20 не срабатывает, и при превышении опорного напряжения источника 21 (фиг.1), срабатывает двухпороговый компаратор 19. Микропроцессор 12 выдает команду на сигнальный процессор 8, который осуществляет управление акустическим каналом 1 блока 1 устройства, разрешая прием и обработку акустических сигналов. При наезде колеса поезда на контролируемый рельс скорость изменения поперечной деформации становится отличной от нуля, и фильтр 18 пропускает такой сигнал, который заставляет срабатывать компаратор 20. На фиг.3 показана диаграмма работы фильтра 18 и компараторов 19 и 20 в зависимости от входного сигнала. Сигнал с компаратора 20 поступает на управляющий вход микропроцессора 12, который переводит на время Δt сигнальный процессор 8 в режим считывания и обработки информации из оперативного запоминающего устройства 6, запрещая прием новых акустических сигналов, и одновременно сбрасывает компаратор 20 в исходное состояние. Через время Δt микропроцессор 12 считывает информацию с компаратора 20. Если компаратор сработал, то цикл повторяется, а если на выходе компаратора нет сигнала, то микропроцессор 12 подает команду сигнальному процессору 8, который разрешает аналого-цифровому преобразователю 5 запись в оперативное запоминающее устройство 6. Таким образом, обеспечивается непрерывная запись информации с акустического преобразователя 2 первого канала блока 1 в оперативное запоминающее устройство 6. В те периоды времени, когда скорость изменения продольной деформации в рельсовой плети становится отличной от нуля, а скорость изменения поперечной деформации равна нулю (моменты до захода поезда на рельсовую плеть и момент схода поезда с рельсовой плети, обозначенные на фиг.3 как интервалы В и D), осуществляется запись всех сигналов акустической эмиссии, поступающих с акустического преобразователя 2. Сигнальный процессор 8 рассчитывает их основные параметры (амплитуда, спектр, энергия, скорость нарастания переднего фронта, длительность, активность и т.д.). Сигнальный процессор 8 рассчитывает спектральные характеристики сигналов акустической эмиссии и записывает их в оперативное запоминающее устройство 6. В оперативном запоминающем устройстве 6 хранится информация о спектральных характеристиках сигналов акустической эмиссии. Центральный процессор компьютера 15 формирует команду, по которой сигнальный процессор 8 считывает информацию из оперативного запоминающего устройства 6 и через устройство сопряжения 7 информация пересылается по общей шине данных 14.When the rail lash is loaded by the train running, the acoustic signals are amplified in the
Таким образом, если скорость изменения продольной деформации в рельсовой плети становится отличной от нуля, то начинается прием акустических сигналов, их оцифровка, локализация, определение спектральных характеристик и т.д. Прием акустических сигналов сразу же прекращается, когда колесо заходит на рельс, возрастает скорость изменения поперечных деформаций и становится отличной от нуля. При этом возникают шумы и помехи большого уровня и регистрация акустических сигналов в этот момент невозможна. Прием акустических сигналов возобновляется, когда колесо уходит с рельса и скорость изменения поперечных деформаций равна нулю. При этом уровень шумов и помех невысокий и система принимает, оцифровывает и обрабатывает акустические сигналы. Когда поезд уходит с рельса, то продольные деформации становятся равными нулю и снова прекращается прием акустических сигналов.Thus, if the rate of change of the longitudinal strain in the rail lash becomes different from zero, then the reception of acoustic signals begins, their digitization, localization, determination of spectral characteristics, etc. Acoustic signals immediately cease when the wheel enters the rail, the rate of change of transverse deformations increases and becomes non-zero. In this case, noise and noise of a large level arise and the registration of acoustic signals at this moment is impossible. Acoustic signal reception resumes when the wheel leaves the rail and the rate of change of lateral deformations is zero. In this case, the level of noise and interference is low and the system receives, digitizes and processes acoustic signals. When the train leaves the rail, the longitudinal strains become equal to zero and the reception of acoustic signals ceases again.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более высокой достоверностью, поскольку регистрация сигналов происходит в наиболее информативные моменты времени (непосредственно до захода поезда на рельс и после схода поезда с рельсовой плети).The proposed device in comparison with the prototype has a higher reliability, since the registration of signals occurs at the most informative points in time (immediately before the train enters the rail and after the train leaves the rail lash).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103878/28A RU2284519C1 (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103878/28A RU2284519C1 (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005103878A RU2005103878A (en) | 2006-07-20 |
RU2284519C1 true RU2284519C1 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=37028532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005103878/28A RU2284519C1 (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2284519C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535246C1 (en) * | 2013-08-30 | 2014-12-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Diagnostics of cracks availability in rolling stock bogie running gear |
RU2678521C2 (en) * | 2017-03-16 | 2019-01-29 | Денис Владимирович Федоров | Method for definition of geometric parameters of railway joints |
RU2717683C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-03-25 | Денис Владимирович Федоров | Method of determining local defects of rails rolling surface |
-
2005
- 2005-02-14 RU RU2005103878/28A patent/RU2284519C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535246C1 (en) * | 2013-08-30 | 2014-12-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Diagnostics of cracks availability in rolling stock bogie running gear |
RU2678521C2 (en) * | 2017-03-16 | 2019-01-29 | Денис Владимирович Федоров | Method for definition of geometric parameters of railway joints |
RU2717683C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-03-25 | Денис Владимирович Федоров | Method of determining local defects of rails rolling surface |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005103878A (en) | 2006-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2296320C1 (en) | Acoustic-emission method for diagnostics of wheel pairs of railroad train and device for realization of said method | |
US6945114B2 (en) | Laser-air, hybrid, ultrasonic testing of railroad tracks | |
US6715354B2 (en) | Flaw detection system using acoustic doppler effect | |
US20060201253A1 (en) | System for non-contact interrogation of railroad axles using laser-based ultrasonic inspection | |
JP3378533B2 (en) | A device that automatically evaluates the condition of rolling bands on wheels of moving trains | |
WO2019185873A1 (en) | System and method for detecting and associating railway related data | |
RU2284519C1 (en) | Method for diagnosing of rail lengths of metal bridge and apparatus for effectuating the same | |
GB2383413A (en) | Detecting rail defects using acoustic surface waves | |
CN113281401B (en) | Detection method, system and device for hidden diseases of ballastless track | |
RU2528586C2 (en) | Acoustic emission control over rail weld quality and device to this end | |
RU2391655C2 (en) | Method of diagnosing metal bridge structures and device for implementing said method | |
Kappes et al. | Non-destructive testing of wheel-sets as a contribution to safety of rail traffic | |
RU2511644C1 (en) | Acoustic method of rail track failure detection | |
JP7447045B2 (en) | Inspection system, inspection device and inspection method | |
Frankenstein et al. | Hollow shaft integrated health monitoring system for railroad wheels | |
Cerniglia et al. | Application of laser induced ultrasound for rail inspection | |
Fadaeifard et al. | Rail inspection technique employing advanced nondestructive testing and Structural Health Monitoring (SHM) approaches—A review | |
RU2718839C1 (en) | Method of railway traffic safety provision | |
Mariani et al. | Non-contact ultrasonic guided wave inspection of rails: next generation approach | |
CN104297345B (en) | One-dimensional structure incontinuity on-line detection method | |
RU2240551C2 (en) | Method and device for investigating metal structures | |
Datta et al. | Non-contact Ultrasonic Sonar-based Ranging Technique for In-motion 3D Railroad Tie Deflection Measurements | |
RU2572067C1 (en) | Method of acoustic emission quality control of girth weld during multipass welding and device for its implementation | |
RU2662464C1 (en) | Method for ultrasonic inspection | |
RU50953U1 (en) | INSTALLATION FOR NON-CONTACT NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF MOBILE WHEELS IN MOTION (OPTIONS) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100215 |