RU2686409C1

RU2686409C1 - Rail monitoring flaw detector

Info

Publication number: RU2686409C1
Application number: RU2018139322A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Тарабрин; Ольга Евгеньевна Чистякова; Дмитрий Анатольевич Кононов; Сергей Александрович Зайцев; Максим Владимирович Тарабрин; Евгений Владимирович Юрченко; Сергей Антонович Одынец
Original assignee: Акционерное общество "Фирма ТВЕМА"
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-04-25

Abstract

FIELD: defectoscopy.SUBSTANCE: use: for flaw detection of rails. Summary of invention consists in the fact that the flaw detector has a connected control processor (1) and actuating unit (2) and a power supply unit (3) connected to them. Control processor (1) includes data input and adjustment unit (4) and interconnected gradient threshold generation unit (5), ultrasonic control parameters control unit (6), amplitude scanning sweep unit (7), path sweep unit (8), data output unit (9) and display (10). Actuating unit (2) includes main (11) and ultrasonic channels made similar to main additional (21), the number of which is selected from the condition of possibility of complete ultrasonic monitoring of rails along their entire section, and two magnetic channels (16), (17). Each ultrasonic channel (11), (21) contains analogue-to-digital converter (13), as well as amplifier (12) and generator of probing pulses (14), to which ultrasonic transducers (15) are connected. Each magnetic channel (16), (17) contains analogue-to-digital converter (18) and amplifier (19), to which magnetic sensors (20) are connected. Executive unit (2) also comprises in-series connected information acquisition unit (22) and control commands processing unit (23) connected to corresponding electronic units (12), (13), (14) (18), (19) of all channels (11), (21), (16), (17), and controller (24) associated with data input and adjustment unit (4), gradient threshold generation unit (5) and ultrasonic control parameters control unit (6). Connection to external synchronizer (25) is provided to control commands processing unit (23).EFFECT: high objectivity, reliability and efficiency of monitoring and overall improvement of its operational efficiency.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике дефектоскопии, используемой для обнаружения дефектов в рельсах железнодорожного транспорта и метрополитена.The invention relates to a flaw detection technique used to detect defects in rails of railway transport and the metro.

Контроль состояния рельсового пути имеет исключительно важное значение для обеспечения безопасности на железнодорожных магистралях и метрополитене, определяющим фактором которой является отсутствие дефектов в рельсах. Для выявления дефектов в рельсах используются дефектоскопы, реализующие ультразвуковой и магнитный методы неразрушающего контроля, устанавливаемые преимущественно на скоростных мобильных средствах. Такие дефектоскопы должны обладать высокой надежностью выявления дефектов любых возможных видов с высокой точностью, чтобы своевременно принимать меры к обоснованному экстренному ремонту рельсового пути, а так же объективно устанавливать и корректировать периодичность его соответствующих проверок. При этом, например, простое увеличение количества дефектоскопных датчиков малоэффективно с точки зрения достоверности и объективности контроля.Monitoring the condition of the track is of paramount importance to ensure safety on railways and the subway, the determining factor of which is the absence of defects in the rails. To identify defects in the rails, flaw detectors are used that implement ultrasonic and magnetic methods of non-destructive testing, which are installed mainly on high-speed mobile devices. Such flaw detectors should have high reliability of detecting defects of any possible types with high accuracy in order to take timely measures for reasonable emergency repair of the track, as well as to objectively establish and correct the frequency of its respective checks. In this case, for example, a simple increase in the number of flaw detectors is ineffective in terms of reliability and objectivity of control.

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

Известен, например, ультразвуковой дефектоскоп, включающий несколько ультразвуковых каналов, выполненных на основе генераторов зондирующих импульсов, усилителей принимаемых эхо-сигналов, пороговых элементов и блоков предварительной обработки (фильтрации сигналов), при этом к ультразвуковым каналам подключен синхронизатор, их выходы через соответствующие интерфейсы и блок памяти связаны с компьютером, а для привязки к параметрам пути в дефектоскоп введен блок определения путейской координаты и скорости, соединенный с датчиком пути (RU 5033 U1, 1997). Выделение эхо-сигналов на фоне помех и идентификация видов дефектов осуществляется на основе изменения временной задержки эхо-сигналов относительно зондирующих импульсов в последовательных циклах излучения-приема ультразвуковых сигналов, при этом обработка получаемых сигналов включает фильтрацию эхо-сигналов с амплитудой менее заданного порога и эхо-сигналов достаточной амплитуды, что позволяет несколько повысить точность контроля. Однако в этом дефектоскопе осуществляется только начальная фильтрация в виде «отсечки снизу». Отсутствие дальнейшей фильтрации приводит к существенной перебраковке ввиду большого количества сигналов, прошедших начальный этап, что не позволяет обеспечить достаточную надежность ультразвукового контроля. Управление аппаратными параметрами (усилителями и генераторами зондирующих импульсов) не может осуществляться непосредственно в процессе контроля. Кроме того, отсутствие в составе дефектоскопа магнитных каналов не позволяет обнаруживать некоторые дефекты в рельсах, которые могут эффективно выявляться магнитным методом. Поэтому такой дефектоскоп недостаточно эффективен в эксплуатации, не обеспечивая в необходимой мере объективность и достоверность контроля.For example, an ultrasonic flaw detector is known, including several ultrasonic channels made on the basis of probing pulse generators, amplifiers of received echo signals, threshold elements and preprocessing blocks (filtering signals), with a synchronizer connected to the ultrasonic channels, and their outputs the memory block is connected to the computer, and for binding to the parameters of the path, a block for determining the track coordinate and velocity is inserted into the flaw detector and connected to the path sensor (RU 5033 U1, 1997). The selection of echo signals from the background noise and the identification of types of defects is carried out on the basis of a change in the time delay of the echo signals relative to the probing pulses in successive cycles of radiation receiving and receiving ultrasonic signals; signals of sufficient amplitude, which allows to slightly improve the accuracy of control. However, in this flaw detector, only initial filtering in the form of a “cut-off bottom” is performed. The absence of further filtering leads to a significant rejection due to the large number of signals that have passed the initial stage, which does not allow for sufficient reliability of the ultrasonic control. Control of hardware parameters (amplifiers and probing pulse generators) cannot be carried out directly in the monitoring process. In addition, the absence of magnetic channels in the flaw detector does not allow detecting some defects in the rails that can be effectively detected by the magnetic method. Therefore, such a flaw detector is not efficient enough in operation, without providing the necessary objectivity and reliability of control.

Известны также дефектоскопы магнитного типа для обнаружения дефектов в рельсах. Известен, например, дефектоскоп, содержащий средство намагничивания, индуктивный, магниторезистивный и феррозондовый преобразователи, связанные через управляемый коммутатор с блоком обработки сигналов, к которому подключены блоки регистрации и индикации, содержит также датчик скорости, связанный через блок формирования сигналов управления с управляемым коммутатором (RU 2310836 C1, 2007). Однако такие дефектоскопы малоинформативны, позволяя выявлять только ограниченный круг дефектов, обычно крупноразмерных.Magnetic flaw detectors for detecting defects in rails are also known. Known, for example, a flaw detector containing magnetization means, inductive, magnetoresistive, and fluxgate transducers connected via a controlled switch to a signal processing unit to which the recording and display units are connected, also contains a speed sensor connected via a control signal generating unit to a controlled switch (RU 2310836 C1, 2007). However, such flaw detectors are not informative, allowing detection of only a limited number of defects, usually large-sized ones.

Известны и другие дефектоскопы для контроля рельсов (например, SU 1566283 А1, 1990; RU 2227911 С1, 2004; US 4457178 А, 1984; US 4700754 А, 1987; ЕР 978436 А1, 2000; ЕР 3182113 А1, 2017; JP 2006132987 А, 2006). Однако все они в той или иной мере не отвечают требованию высокой эксплуатационной эффективности.Other flaw detectors for rail inspection are also known (for example, SU 1566283 A1, 1990; RU 2227911 C1, 2004; US 4457178 A, 1984; US 4700754 A, 1987; EP 978436 A1, 2000; EP 3182113 A1, 2017; JP 2006132987 A, 2006). However, all of them in one way or another do not meet the requirement of high operational efficiency.

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

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании дефектоскопа для контроля рельсов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эксплуатационной эффективности дефектоскопа, в том числе за счет повышения объективности и достоверности контроля при выявлении дефектов в рельсах, а также повышения производительности контроля.The technical problem solved by the invention is to create a flaw detector to monitor the rails, devoid of the shortcomings of the prototype. The technical result provided by the invention consists in increasing the operational efficiency of the flaw detector, including by increasing the objectivity and reliability of the control when detecting defects in the rails, as well as increasing the productivity of the control.

Это достигается тем, что в дефектоскопе для контроля рельсов, содержащем связанные между собой управляющий процессор и исполнительный блок и соединенный с ними блок питания, при этом управляющий процессор включает блок ввода и корректировки данных и связанные между собой блок формирования градиентного порога, блок управления параметрами ультразвукового контроля, блок формирования развертки по амплитуде, блок формирования развертки по пройденному пути, блок вывода данных и дисплей, а исполнительный блок включает основной ультразвуковой канал, состоящий из усилителя, выполненного с обеспечением возможности его подключения к выходу ультразвукового преобразователя, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя и генератора зондирующих импульсов, выполненного с обеспечением возможности его подключения ко входу ультразвукового преобразователя, в исполнительный блок введены два магнитных канала, каждый из которых состоит из аналого-цифрового преобразователя и соединенного с ним усилителя, выполненного с обеспечением возможности подключения к нему магнитного датчика, выполненные аналогично основному дополнительные ультразвуковые каналы, количество которых выбрано из условия обеспечения возможности полного ультразвукового контроля рельсов по всему их сечению, и последовательно соединенные блок сбора информации, блок обработки команд управления, связанные со всеми ультразвуковыми и магнитными каналами, и контроллер, связанный с блоком ввода и корректировки данных, блоком формирования градиентного порога и блоком управления параметрами ультразвукового контроля, при этом выход каждого из аналого-цифровых преобразователей подключен к соответствующему входу блока сбора информации, а управляющий вход каждого из усилителей и генераторов зондирующих импульсов подключен к соответствующему выходу блока обработки команд управления. Количество дополнительных ультразвуковых каналов может составлять семнадцать. Блок обработки команд управления может быть выполнен с обеспечением возможности его подключения к внешнему блоку синхронизации.This is achieved by the fact that in a flaw detector for control of rails, containing interconnected control processor and executive unit and power supply unit connected to them, the control processor includes a data entry and correction unit and interconnected gradient threshold generation unit, an ultrasonic parameters control unit control unit, the formation of the sweep amplitude, the unit of formation of the sweep along the distance traveled, the data output unit and the display, and the executive unit includes the main ultrasounds the second channel, consisting of an amplifier made with the possibility of its connection to the output of the ultrasonic transducer, an analog-digital converter connected to it and a probe pulse generator made with the possibility of its connection to the input of the ultrasonic converter, two magnetic channels are inserted into the executive unit of which consists of an analog-to-digital converter and an amplifier connected to it, made with the possibility of connecting to it a magnetic sensor, made similar to the main additional ultrasonic channels, the number of which is selected from the condition of providing full ultrasonic control of the rails throughout their cross section, and serially connected information collection unit, control command processing unit associated with all ultrasonic and magnetic channels, and controller associated with a data entry and correction unit, a gradient threshold formation unit and an ultrasound control parameter control unit, with the output of each and analog-to-digital converters connected to the corresponding input information acquisition unit, and the control input of each of the amplifiers and generators probing pulses connected to the output processing unit control commands. The number of additional ultrasonic channels may be seventeen. The control command processing unit can be executed with the possibility of its connection to the external synchronization unit.

Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявленного изобретения, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Дефектоскоп для контроля рельсов представляет собой единое устройство. Его электронные узлы, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивно-функциональном единстве. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом.This technical result is provided by the entire set of essential features of the claimed invention, each feature of which is necessary, and together they are sufficient to solve the specified technical problem and to achieve the specified technical result. Flaw detector for rail inspection is a single device. Its electronic components, characterized by the corresponding essential features, are in a constructive-functional unity. Their sharing led to the creation of a new device with the specified technical result.

На чертеже показана структурная блок-схема дефектоскопа для контроля рельсов. Он содержит управляющий процессор 1, исполнительный блок 2 и соединенный с ними блок 3 питания. Управляющий процессор 1 включает блок 4 ввода и корректировки данных и связанные между собой блок 5 формирования градиентного порога, блок 6 управления параметрами ультразвукового контроля, блок 7 формирования развертки по амплитуде, блок 8 формирования развертки по пройденному пути, блок 9 вывода данных и дисплей 10. Исполнительный блок 2 включает основной ультразвуковой канал 11, который состоит из усилителя 12, соединенного с ним аналого-цифрового преобразователя 13 и генератора 14 зондирующих импульсов. Разрядность аналого-цифрового преобразователя 13 составляет преимущественно двенадцать. Усилитель 12 выполнен с обеспечением возможности его подключения (своим соответствующим входом) к выходу ультразвукового преобразователя (УЗП) 15, а генератор 14 зондирующих импульсов выполнен с обеспечением возможности его подключения (своим выходом) ко входу УЗП 15. В исполнительный блок 2 введены два магнитных канала 16 и 17. Каждый из них состоит из аналого-цифрового преобразователя 18 и соединенного с ним усилителя 19. Разрядность аналого-цифровых преобразователей 18 составляет преимущественно двадцать четыре. Каждый усилитель 19 выполнен с обеспечением возможности подключения к нему (к его входу) магнитного датчика (МД) 20. Количество МД 20 составляет два - по одному на каждую нить рельсового пути. В качестве МД 20 преимущественно служат магнитодинамические пассивные датчики, выполненные на основе катушек индуктивности. В исполнительный блок 2 введены также дополнительные ультразвуковые каналы 21, выполненные аналогично основному ультразвуковому каналу 11 (содержащие аналогичные блоки 12, 13, 14). Их количество выбрано из условия обеспечения возможности полного ультразвукового контроля рельсов (выявлению всех основных видов дефектов в них, определяемых ультразвуковым методом) по всему их сечению и может составлять, например, семнадцать. Соответственно этому выбрано и количество УЗП 15, в качестве которых служат преимущественно пьезоэлектрические преобразователи, при этом все ультразвуковые каналы 11, 21 «обслуживаются» разными УЗП 15, конкретные тип и настройка которых связаны с конкретными типом и местоположением выявляемого (возможного) дефекта по всему сечению рельса. Общее количество УЗП 15 составляет преимущественно восемнадцать - по девять на каждую нить рельсового пути. В случае использования УЗП 15 в виде пьезоэлектрических преобразователей используются, например, их следующие виды: прямой раздельно-совмещенный; совмещенные с углом ввода 40 градусов без азимутального разворота, излучающие как в направлении движения средства контроля, так и против него; совмещенные с углом ввода 70 градусов без азимутального разворота, излучающие как в направлении движения средства контроля, так и против него; совмещенные с углом ввода 70 градусов с азимутальным разворотом в рабочую и нерабочую грань головки рельса, излучающие как в направлении движения средства контроля, так и против него; совмещенные с углом ввода 58 градусов с азимутальным разворотом в рабочую и нерабочую грань головки рельса, излучающие как в направлении движения средства контроля, так и против него. Также в исполнительный блок 2 введены последовательно соединенные между собой блок 22 сбора информации, блок 23 обработки команд управления и контроллер 24. Блок 22 сбора информации и блок 23 обработки команд управления связаны со всеми ультразвуковыми каналами - с основным ультразвуковым каналом 11 и дополнительными ультразвуковыми каналами 21, и с магнитными каналами 16, 17. Контроллер 24 связан с блоком 4 ввода и корректировки данных, блоком 5 формирования градиентного порога и блоком 6 управления параметрами ультразвукового контроля. Выход каждого из аналого-цифровых преобразователей 13, 18 в основном 11 и дополнительных 21 ультразвуковых каналах и магнитных каналах 16, 17 подключен к соответствующему входу блока 22 сбора информации, а управляющий вход каждого из усилителей 12, 19 и генераторов 14 зондирующих импульсов в основном 11 и дополнительных 21 ультразвуковых каналов подключен к соответствующему выходу блока 23 обработки команд управления. Блок 23 обработки команд управления может быть выполнен с обеспечением возможности его подключения к внешнему блоку 25 синхронизации в случае использования режима внешней синхронизации. К внешнему блоку 25 синхронизации или к блоку 23 обработки команд управления могут быть подключены датчик угла поворота (датчик пути и скорости), устанавливаемый в буксовом узле колесной пары, кнопка служебной отметки и пульт дистанционной отметки (на чертеже не показаны). Эти электронные узлы, как и УЗП 15, МД 20 и внешний синхронизатор 25, не входят непосредственно в состав ультразвукового дефектоскопа как такового и являются самостоятельными электронными узлами, работающими совместно с дефектоскопом. Блок 23 обработки команд управления выполнен в виде многофункционального многоканального электронного узла, который может реализовать, в том числе синхронизацию магнитных каналов 16, 17 и ультразвуковых каналов 11, 21.The drawing shows a structural block diagram of a flaw detector for rail inspection. It contains the control processor 1, the executive unit 2 and the power supply unit 3 connected to them. The control processor 1 includes a block 4 for input and correction of data and interconnected block 5 for forming a gradient threshold, block 6 for controlling parameters of ultrasonic monitoring, block 7 for generating a sweep by amplitude, block 8 for generating a sweep for a distance traveled, block 9 for outputting data and display 10. Executive unit 2 includes a main ultrasonic channel 11, which consists of an amplifier 12, an analog-digital converter 13 connected to it, and a probe pulse generator 14. The bit width of the analog-to-digital converter 13 is mainly twelve. The amplifier 12 is made with the possibility of its connection (with its corresponding input) to the output of the ultrasonic transducer (UZP) 15, and the generator 14 probe pulses are made with the possibility of its connection (with its output) to the input of the UZP 15. In the executive unit 2 introduced two magnetic channel 16 and 17. Each of them consists of analog-to-digital converter 18 and an amplifier 19 connected to it. The width of analog-to-digital converters 18 is mainly twenty-four. Each amplifier 19 is made with the possibility of connecting to it (to its input) magnetic sensor (MD) 20. The number of MD 20 is two - one for each strand of the track. Magnetodynamic passive sensors made on the basis of inductors are mainly used as MD 20. In the Executive unit 2 also introduced additional ultrasonic channels 21, made similar to the main ultrasonic channel 11 (containing similar blocks 12, 13, 14). Their number is selected from the condition for ensuring the full ultrasonic control of the rails (identifying all the main types of defects in them determined by the ultrasonic method) throughout their cross section and can be, for example, seventeen. Accordingly, the number of SPDs 15, which mainly serve as piezoelectric transducers, was chosen, while all ultrasonic channels 11, 21 are “serviced” by different SPDs 15, the specific type and setting of which are associated with the specific type and location of the detected (possible) defect throughout the section rail. The total number of SPDs 15 is predominantly eighteen — nine for each strand of the track. In the case of using UZP 15 in the form of piezoelectric transducers, for example, the following types of them are used: straight-line-combined; combined with an input angle of 40 degrees without azimuthal reversal, radiating both in the direction of movement of the control device, and against it; combined with an input angle of 70 degrees without azimuthal reversal, radiating both in the direction of movement of the control device, and against it; combined with an input angle of 70 degrees with an azimuthal reversal into the working and non-working face of the rail head, emitting both in the direction of movement of the control means and against it; combined with an input angle of 58 degrees with an azimuthal turn into the working and non-working face of the rail head, radiating both in the direction of movement of the control means and against it. Also, the information collection unit 22, the control command processing unit 23 and the controller 24 are entered in the executive unit 2, the information collection unit 22 and the control command processing unit 23 are connected to all ultrasonic channels — to the main ultrasonic channel 11 and additional ultrasonic channels 21 , and with magnetic channels 16, 17. The controller 24 is connected with the data input and correction unit 4, the gradient threshold generation unit 5 and the ultrasound monitoring parameters control unit 6. The output of each of the analog-to-digital converters 13, 18 mainly 11 and additional 21 ultrasonic channels and magnetic channels 16, 17 is connected to the corresponding input of the information collection unit 22, and the control input of each of the amplifiers 12, 19 and the generators 14 of the probe pulses is mainly 11 and an additional 21 ultrasonic channels connected to the corresponding output of the block 23 processing control commands. The control command processing unit 23 can be executed so that it can be connected to the external synchronization unit 25 in the case of using the external synchronization mode. To the external synchronization unit 25 or to the control command processing unit 23, a rotation angle sensor (track and speed sensor) installed in the axle box pair, service mark button and remote mark remote control (not shown) can be connected. These electronic components, as well as the SPD 15, MD 20 and external synchronizer 25, are not included directly in the ultrasonic flaw detector as such and are independent electronic nodes that work in conjunction with the flaw detector. The control command processing unit 23 is made in the form of a multifunctional multi-channel electronic unit that can realize, among other things, the synchronization of magnetic channels 16, 17 and ultrasonic channels 11, 21.

Дефектоскоп работает в многоканальном режиме. При включении дефектоскопа в блоке 23 обработки команд управления или во внешнем синхронизаторе 25 начинают вырабатываться синхроимпульсы. Частота синхроимпульсов формируется как произведение двух значений - частоты импульсов с датчика угла поворота и цифрового значения, заданного управляющим процессором 1. При этом частота синхроимпульсов связана со скоростью проведения контроля. Чем выше эта скорость, тем, при условии сохранения неизменного шага контроля, выше требуется частота. Блок 23 обработки команд управления осуществляет передачу данных, прием и обработку команд управления с управляющего процессора 1 через контроллер 24 и обеспечивает синхронизацию работы первого 16, второго 17 магнитного канала, основного 11 и дополнительных 21 ультразвуковых каналов, прием от них данных и трансляцию им упорядоченных команд управления. В каждом из всех ультразвуковых каналах 11, 21 при поступлении синхроимпульсов генератор 14 зондирующих импульсов формирует последовательность импульсов, возбуждающих УЗП 15. Эхо-сигналы, принимаемые УЗП 15, поступают на усилитель 12, с выхода которого сигналы поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 13, где преобразуются в цифровую форму, и далее считываются блоком 22 сбора информации. Динамический диапазон регистрируемых сигналов составляет преимущественно 72 дБ, соответствующий разрядности аналого-цифрового преобразователя 13 - двенадцать, что обусловлено диапазоном значений коэффициентов двойного преобразования УЗП 15 по напряжению и уровнем амплитуд принимаемых эхо-сигналов. Усилители 12 управляются посредством блока 23 обработки команд управления, напряжение с которого подается на их управляющий вход, что позволяет регулировать их коэффициент усиления. Это дает возможность программно задавать необходимое усиление каждому ультразвуковому каналу 11, 21 и управлять временной регулировкой чувствительности. Таким образом, команды управления и настройки, принимаемые блоком 23 обработки команд управления из управляющего процессора 1 через контроллер 24, устанавливают в каждом ультразвуковом канале 11, 21 частоту возбуждения УЗП 15, время мертвой зоны, величину начального и конечного усиления во время приема сигнала и величину уровня порога чувствительности. Контроллер 24 выполняет роль адаптера, обеспечивая согласование магистралей управляющего процессора 1 с блоком 23 обработки команд управления. Для обеспечения полного ультразвукового контроля рельсов с целью выявления всех выявляемых ультразвуковым методом возможных дефектов по всему сечению рельсов количество всех ультразвуковых каналов 11, 21 должно составлять в расчете на каждую нить рельсового пути преимущественно девять. При этом выявляются следующие основные дефекты: поперечные трещины в головке рельса различной ориентации; поперечные дефекты, развивающиеся вниз и вверх от горизонтального расслоения головки; вертикальные расслоения в головке, имеющие выход в подголовочную грань или на поверхность катания; дефекты, расположенные в галтельном переходе поверхности катания в боковую грань, развивающиеся от сетки термических трещин; расслоения и выкрашивания со стороны рабочей и нерабочей грани; расслоения, расположенные в зоне продолжения шейки в головку рельса; имеющие различную ориентацию и различные отражающие свойства поперечные дефекты, расположенные в зоне продолжения шейки в головку рельса или имеющие развитие за ось рельса; трещины в шейке рельса, развивающиеся как от отверстий, так и вне их; расслоения, с выходом на торцевую поверхность рельса в зоне болтовых стыков и др. Первый 16 и второй 17 магнитные каналы принимают и преобразуют сигналы от МД 20. МД 20 фиксируют возмущение магнитного поля по всей поверхности катания головки рельса при перемещении МД 20 вдоль его продольной оси. При этом обеспечивается контроль изломов и сильно развитых дефектов, развивающихся от поверхности рельса или имеющих выход на поверхность рельса в случае проведения контроля способом остаточной намагниченности, а также подповерхностных дефектов в случае проведения контроля способом приложенного поля. Сигналы с МД 20 поступают на вход усилителей 19, где усиливаются, и поступают на вход аналого-цифровых преобразователей 18, имеющих динамический диапазон регистрируемых сигналов преимущественно 144 дБ, соответствующий разрядности двадцать четыре, что позволяет проводить магнитный контроль как способом остаточной намагниченности (низкий уровень амплитуд регистрируемых сигналов), так и способом приложенного поля (высокий уровень амплитуд регистрируемых сигналов). Далее данные с аналого-цифровых преобразователей 18 поступают в блок сбора информации 22, где архивируются, и затем поступают в блок 23 обработки команд управления и через контроллер 24 передаются в управляющий процессор 1. В управляющем процессоре 1 сигналы, инициированные как УЗП 15, так и МД 20, проходят обработку в блоке 5 формирования градиентного порога, где фильтруются по скорости нарастания передних фронтов полученных сигналов, а также по превышению амплитудой эхо-сигналов уровня шумовых сигналов на заданное значение. С блока 5 формирования градиентного порога сигналы с поправками, получаемыми с блока 6 управления параметрами ультразвукового контроля, поступают на блок 7 формирования развертки по амплитуде и блок 8 формирования развертки по пройденному пути. Блок 6 управления параметрами ультразвукового контроля обеспечивает возможность более точной идентификации параметров выявленных дефектов, при этом фиксируются время задержки в УЗП 15, угол ввода, параметры временной регулировки чувствительности, параметры чувствительности в начале и конце зоны временной селекции (для сигналов от МД 20 этого не требуется). После этого посредством блока 9 вывода данных, в котором формируется графическое отображение полученных сигналов, сигналы выводятся на индикаторный узел - дисплей 10. Посредством блока 4 ввода и корректировки данных могут устанавливаться и регулироваться в ручном режиме основные параметры дефектоскопа в ультразвуковых каналах 11,21. При этом связь блока 4 ввода и корректировки данных с усилителями 12 и генераторами 14 зондирующих импульсов не непосредственно, а через контроллер 24 и блок 23 обработки команд управления, позволяет не только обеспечить первичную установку параметров ультразвукового контроля, а и изменять ее в автоматизированном режиме с учетом получаемой информации в процессе контроля. Управление ультразвуковыми каналами 11, 21 посредством блока 23 обработки команд управления с контроллером 24 и блоком 22 сбора информации позволяет программно задавать необходимые параметры по каждому ультразвуковому каналу 11, 21 и управлять ими соответствующими командами управляющего процессора 1 в процессе контроля. В свою очередь, передача в управляющий процессор 1 получаемой с УЗП 15 по всем ультразвуковым каналам 11, 21 и с МД 20 по магнитным каналам 16, 17 пакета информации обо всех основных дефектах рельсов, через блок 22 сбора информации, блок 23 обработки команд управления и контроллер 24 позволяет оптимизировать выработку соответствующих команд управления управляющего процессора 1 и повысить эффективность выявления дефектов различного вида. Это повышает адаптацию дефектоскопа к различным видам дефектов и точность контроля при работе дефектоскопа в многоканальном режиме, обеспечивая достоверную и объективную, максимально приближенную к реальной, картину состояния обеих нитей рельсового пути за один проезд. Все это в целом обеспечивает высокую эффективность дефектоскопа при выявлении дефектов в рельсах. Таким образом, выполнение дефектоскопа для контроля рельсов в соответствии с описанной выше структурой, повышает его эксплуатационную эффективность.The flaw detector works in multi-channel mode. When turning on the flaw detector in the control command processing unit 23 or in the external synchronizer 25, sync pulses are generated. The frequency of the sync pulses is formed as the product of two values - the frequency of the pulses from the angle sensor and the digital value set by the control processor 1. The frequency of the sync pulses is related to the speed of the control. The higher this speed, the moreover, provided that the control step remains unchanged, the higher the frequency required. The control command processing unit 23 transmits data, receives and processes control commands from the control processor 1 through the controller 24 and synchronizes the operation of the first 16, second 17 magnetic channels, the main 11 and additional 21 ultrasonic channels, receiving data from them and transmitting ordered commands from them management. In each of all ultrasonic channels 11, 21, upon receipt of sync pulses, a generator of 14 probe pulses generates a sequence of pulses that excite the UZP 15. The echo signals received by the UZP 15 are fed to the amplifier 12, from the output of which the signals go to the input of the analog-digital converter 13, where are converted into digital form, and then read by the block 22 of the collection of information. The dynamic range of the recorded signals is predominantly 72 dB, the corresponding bit depth of the analog-digital converter 13 is twelve, which is due to the range of values of the double transform coefficients of the UZP 15 voltage and the amplitude level of the received echoes. Amplifiers 12 are controlled by the control command processing unit 23, the voltage from which is supplied to their control input, which allows their gain to be adjusted. This makes it possible to programmatically set the required gain to each ultrasonic channel 11, 21 and control the temporal sensitivity adjustment. Thus, the control commands and settings received by the control command processing unit 23 from the control processor 1 via the controller 24, set in each ultrasonic channel 11, 21 the excitation frequency of the SPD 15, the dead zone time, the initial and final gains during the reception of the signal and the value threshold level of sensitivity. The controller 24 performs the role of the adapter, ensuring the coordination of the lines of the control processor 1 with the control command processing unit 23. To ensure complete ultrasonic testing of the rails in order to identify all possible defects detected by the ultrasonic method over the entire cross section of the rails, the number of all ultrasonic channels 11, 21 should be based on each thread of the track, mainly nine. The following major defects are identified: transverse cracks in the rail head of various orientations; transverse defects developing up and down from the horizontal stratification of the head; vertical stratification in the head, having access to the headrest face or to the rolling surface; defects located in the fillet transition of the rolling surface to the side edge, developing from the grid of thermal cracks; delamination and chipping from the working and non-working face; bundles located in the zone of continuation of the neck in the rail head; having different orientations and different reflecting properties of transverse defects located in the zone of continuation of the neck into the rail head or having development beyond the rail axis; cracks in the neck of the rail, developing both from the holes and outside of them; stratification, with access to the end surface of the rail in the area of bolted joints, etc. The first 16 and second 17 magnetic channels receive and convert signals from the MD 20. The MD 20 records the magnetic field perturbation over the entire rolling surface of the rail head when moving the MD 20 along its longitudinal axis . This ensures the control of kinks and highly developed defects, developing from the rail surface or having access to the rail surface in the case of monitoring by the method of residual magnetization, as well as subsurface defects in the case of monitoring by the method of the applied field. The signals from the MD 20 are fed to the input of amplifiers 19, where they are amplified and fed to the input of analog-digital converters 18, which have a dynamic range of recorded signals of predominantly 144 dB, corresponding to twenty-four digits, which allows magnetic control as a method of residual magnetization (low amplitude registered signals), and the method of the applied field (a high level of amplitudes of the recorded signals). Next, the data from the analog-digital converters 18 are fed to the information collection unit 22, where they are archived, and then fed to the control command processing unit 23, and through the controller 24 are transmitted to the control processor 1. In the control processor 1, signals initiated by the SPD 15 and MD 20, are processed in block 5 of the formation of the gradient threshold, where they are filtered by the slew rate of the leading edges of the received signals, as well as by exceeding the amplitude of the echo signals of the level of noise signals by a predetermined value. From the block 5 of the formation of the gradient threshold, the signals with corrections received from the block 6 of controlling the parameters of the ultrasonic control are fed to the block 7 forming the sweep in amplitude and block 8 forming the sweep along the path traveled. The ultrasound monitoring parameters control unit 6 allows more accurate identification of the parameters of detected defects, while recording the delay time in the UZP 15, the input angle, the parameters of time sensitivity adjustment, the sensitivity parameters at the beginning and end of the time selection zone (for signals from MD 20 this is not required ). After that, through the data output unit 9, in which a graphic display of the received signals is formed, the signals are output to the indicator node - display 10. By means of the data input and correction unit 4, the main parameters of the flaw detector in the ultrasonic channels 11,21 can be adjusted and adjusted. The connection unit 4 input and data correction with amplifiers 12 and oscillators 14 probe pulses not directly, but through the controller 24 and the unit 23 processing control commands, allows not only to ensure the initial setting of the parameters of the ultrasonic control, but also to change it in an automated mode, taking into account received information in the process of control. The control of the ultrasonic channels 11, 21 through the control command processing unit 23 with the controller 24 and the information collection unit 22 allows programmatically setting the necessary parameters for each ultrasonic channel 11, 21 and managing them with the corresponding commands of the control processor 1 in the monitoring process. In turn, the transfer to the control processor 1 received from the SPD 15 on all ultrasonic channels 11, 21 and MD 20 on the magnetic channels 16, 17 of the package of information about all major rail defects, through the information collection unit 22, the control command processing unit 23 and the controller 24 allows you to optimize the development of the corresponding control commands of the control processor 1 and to increase the efficiency of detecting defects of various types. This enhances the flaw detector adaptation to various types of defects and the control accuracy when the flaw detector is operated in multichannel mode, providing a reliable and objective picture of the state of both strands of the track as close as possible to the real one. All this generally ensures the high efficiency of the flaw detector in detecting defects in the rails. Thus, the implementation of a flaw detector to control the rails in accordance with the structure described above, increases its operational efficiency.

Пример реализации. АО «Фирма ТВЕМА» (г.Москва) разработан и испытан дефектоскоп для контроля рельсов «ЭХО-КОМПЛЕКС-2», выполненный в соответствии с изобретением. Дефектоскоп предназначен для выявления в рельсах типов Р50, Р65, Р75 комплекса дефектов, предусмотренных Инструкцией «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов», утвержденных распоряжением ОАО «РЖД» от 23.10.2014 №2499р. Количество ультразвуковых каналов 11. 21 составляет восемнадцать, количество магнитных каналов 16, 17 - два. Частота следования импульсов генераторов зондирующих импульсов 14 ультразвуковых каналов 11, 21 - от 100 до 4800 Гц, динамический диапазон регистрации сигналов ультразвуковых каналов 11, 21 - не менее 48 дБ. Измеряемое значение амплитуды сигнала на входе магнитных каналов 16, 17 - не менее 2,3 В. Обеспечиваются погрешность измерения амплитуд эхо-сигналов на входе ультразвуковых каналов 11, 21 - не более ±1 дБ, погрешность измерения амплитуды сигнала на входе магнитных каналов 16, 17 - не более ±0,2 В. Дефектоскоп в составе вагона-дефектоскопа «СПРИНТЕР» прошел апробацию на ряде железных дорогах Российской Федерации (Свердловской, Юго-восточной, Красноярской и др.) и показал свою высокую эксплуатационную эффективность. Во всех случая дефектоскоп выделял в качестве полезных исключительно сигналы от дефектов в рельсах и конструктивных отражателей, позволяя регистрировать наличие дефектов всех основных видов и определять их величину и распределение по всему объему нитей рельсового пути за один проезд. По результатам испытаний дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС-2» допущен для обслуживания железнодорожной инфраструктуры и метрополитена в Российской Федерации.An example implementation. JSC Firm TVEMA (Moscow) developed and tested a flaw detector for monitoring the rails ECHO-COMPLEX-2, made in accordance with the invention. The flaw detector is designed to detect in the rails of the P50, P65, P75 types of a complex of defects provided for by the Instruction “Defects of rails. Classification, catalog and parameters of defective and sharp-defect rails ", approved by the order of JSC" Russian Railways "dated 10.23.2014 No. 2499r. The number of ultrasonic channels 11. 21 is eighteen, the number of magnetic channels 16, 17 - two. The pulse repetition frequency of the probe pulse generators of 14 ultrasonic channels 11, 21 is from 100 to 4800 Hz, the dynamic range of recording signals of ultrasonic channels 11, 21 is at least 48 dB. The measured value of the amplitude of the signal at the input of the magnetic channels 16, 17 is at least 2.3 V. The measurement error of the amplitudes of the echo signals at the input of the ultrasonic channels 11, 21 is ensured at most ± 1 dB, the measurement error of the amplitude of the signal at the input of magnetic channels 16, 17 - no more than ± 0.2 V. The flaw detector as part of the SPRINTER flaw detector car has been tested on a number of railways of the Russian Federation (Sverdlovsk, Southeast, Krasnoyarsk, etc.) and has shown its high operational efficiency. In all cases, the flaw detector singled out signals from defects in rails and structural reflectors exclusively useful, allowing one to detect the presence of defects of all basic types and determine their size and distribution over the entire volume of the rail track during one passage. According to the test results, the ECHO-COMPLEX-2 flaw detector was approved for servicing the railway infrastructure and the underground in the Russian Federation.

Дефектоскоп для контроля рельсов, выполненный в соответствии с изобретением, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными, в том числе за счет повышения достоверности и объективности контроля, а также повышения производительности, позволяя надежно и с высокой точностью за один проезд выявлять в многоканальном режиме в обеих рельсовых нитях по всему их сечению все виды дефектов, влияющих на безопасность эксплуатации подвижного состава железных дорог и метрополитена.A rake inspection tester, made in accordance with the invention, possesses a higher operational efficiency as compared with the known analogous ones, including by increasing the reliability and objectivity of the control, as well as increasing productivity, making it possible to detect reliably and with high accuracy in a single channel mode in both rail lines throughout their cross section, all types of defects affecting the safety of operation of the rolling stock of railways and the subway.

Claims

1. A flaw detector for controlling rails, containing interconnected control processor and executive unit and power supply unit connected to them, while the control processor includes a data entry and correction unit and interconnected gradient threshold shaping unit, ultrasonic control parameter control unit, shaping unit sweep amplitude, the formation unit sweep the distance traveled, data output unit and display, and the executive unit includes the main ultrasonic channel consisting of usi made with the ability to connect it to the output of the ultrasonic transducer connected to it by an analog-to-digital converter and a probe pulse generator made to enable its connection to the input of the ultrasonic transducer, characterized in that two magnetic channels are inserted into the executive unit, each of which consists of an analog-to-digital converter and an amplifier connected to it, made with the possibility of connecting to it a magnetic date ika, similarly to the main additional ultrasonic channels, the number of which is chosen from the condition of providing full ultrasonic control of the rails throughout their cross section, and the serially connected information collection unit, the control command processing unit associated with all ultrasonic and magnetic channels, and the controller associated with a data entry and correction unit, a gradient threshold formation unit and an ultrasound control parameter control unit, with the output of each ana th-digital converters connected to the corresponding input information acquisition unit, and the control input of each of the amplifiers and generators probing pulses connected to the output processing unit control commands.

2. The flaw detector under item 1, characterized in that the number of additional ultrasonic channels is seventeen.

3. The flaw detector under item 1, characterized in that the processing unit of control commands is made with the possibility of its connection to an external synchronization unit.