RU48171U1

RU48171U1 - DEVICE FOR MEASURING THE RAILWAY WIDTH

Info

Publication number: RU48171U1
Application number: RU2005110745/22U
Authority: RU
Inventors: В.Д. Привалов; А.Ю. Федотов
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2005-09-27

Abstract

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, к устройствам бесконтактного измерения ширины рельсовой колеи и может быть использована в передвижных контрольно-измерительных лабораториях, в компьютеризированных путеизмерительных вагонах-лабораториях при вихретоковой размерометрии. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для измерения ширины рельсовой колеи, включающее генератор высокой частоты, бесконтактный преобразователь, усилитель, блок обработки данных, - содержит два идентичных измерительных канала, каждый из которых содержит генератор высокой частоты, вихретоковый преобразователь, включающий обмотку возбуждения и n измерительных обмоток, n фазовых детекторов и суммирующий усилитель, при этом один выход генератора высокой частоты каждого измерительного канала соединен с обмоткой возбуждения соответствующего вихретокового преобразователя, а другой выход генератора высокой частоты каждого из каналов соединен с одними из входов n фазовых детекторов соответствующего канала, другие входы которых соединены с n измерительными обмотками соответствующего вихретокового преобразователя каждого измерительного канала, выходы фазовых детекторов каждого измерительного канала связаны с входами суммирующих усилителей соответствующего канала, выходы которых соединены с входами блока вычисления, а измерительные обмотки вихретоковых преобразователей обоих измерительных каналов, имеющие вытянутопрямоугольную форму, расположены на плате параллельно друг другу и ориентированы длинными сторонами вдоль плоскости рельса, при этом возбуждающие обмотки вихретоковых преобразователей размещены над соответствующими измерительными обмотками.The utility model relates to control and measuring equipment, to non-contact measuring devices for rail gauge and can be used in mobile control and measuring laboratories, in computerized track-measuring cars-laboratories with eddy current measurement. The essence of the utility model lies in the fact that the device for measuring the rail gauge, including a high-frequency generator, a non-contact converter, an amplifier, a data processing unit, contains two identical measuring channels, each of which contains a high-frequency generator, an eddy current converter, including an excitation winding and n measuring windings, n phase detectors and a summing amplifier, while one output of the high-frequency generator of each measuring channel is connected to the excitation winding of the corresponding eddy current transducer, and the other output of the high-frequency generator of each channel is connected to one of the inputs of n phase detectors of the corresponding channel, the other inputs of which are connected to n measuring windings of the corresponding eddy current transducer of each measuring channel, the outputs of the phase detectors of each measuring channel are connected to the inputs of the summing amplifiers of the corresponding channel, the outputs of which are connected to the inputs of the calculation unit, and the measuring windings are swirling ovyh transducer two measuring channels having vytyanutopryamougolnuyu shape, disposed on the board parallel to each other and oriented along the long sides of the rail plane, the exciting coil eddy current probes are located above the respective measuring windings.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, к устройствам бесконтактного измерения ширины рельсовой колеи и может быть использована в передвижных контрольно-измерительных лабораториях, в компьютеризированных путеизмерительных вагонах-лабораториях при вихретоковой размерометрии. Известно устройство для определения положения колесной пары в рельсовой колее и ширины колеи (Патент РФ №2104198, М.Кл.6: В 61 К 9/00, 9/08; Е 01 В 35/04, G 01 M 17/00, опубликованный в бюл. №4, 1998 г.), состоящее из жесткой рамы, несущей как минимум три емкостных бесконтактных преобразователя и закрепленной на корпусе тягового электродвигателя или осевого редуктора подвижного состава, емкостные пластины бесконтактных преобразователей размещены под углом к вертикальной оси рельса и включены в диодно-емкостные мосты, которые через усилители соединены с компьютером. Две пластины емкостного бесконтактного преобразователя размещены под углом 25-45°.The utility model relates to control and measuring equipment, to non-contact measuring devices for rail gauge and can be used in mobile control and measuring laboratories, in computerized track-measuring cars-laboratories with eddy current measurement. A device is known for determining the position of a wheel pair in a rail track and gauge (RF Patent No. 2104198, M. Cl. 6: B 61 K 9/00, 9/08; E 01 B 35/04, G 01 M 17/00, published in Bulletin No. 4, 1998), consisting of a rigid frame supporting at least three capacitive proximity transducers and mounted on the housing of a traction electric motor or axial gearbox of rolling stock, capacitive plates of proximity transducers are placed at an angle to the vertical axis of the rail and are included in diode-capacitive bridges that are connected through amplifiers to a computer rum. Two plates of a capacitive proximity switch are placed at an angle of 25-45 °.

Недостатком известного устройства является: сильная зависимость выходного сигнала емкостного преобразователя от расстояния жесткой рамы до головки рельса, нечувствительность емкостных преобразователей к боковому износу рельсовой колеи, вследствие чего увеличивается погрешность измерений. На результаты измерений влияют и такие факторы, как дождь, снег, а также лед и грязь, присутствующие на боковых поверхностях рельсов и на самих емкостных преобразователях.A disadvantage of the known device is: a strong dependence of the output signal of the capacitive transducer on the distance of the rigid frame to the rail head, the insensitivity of capacitive transducers to lateral wear of the rail track, which increases the measurement error. Factors such as rain, snow, as well as ice and dirt present on the side surfaces of the rails and on the capacitive converters themselves also influence the measurement results.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является повышение точности измерения ширины рельсовой колеи и достоверности полученных данных измерений. Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для измерения ширины рельсовой колеи, содержащее генератор высокой частоты, бесконтактный преобразователь, усилитель, блок обработки данных, - включает в себя два идентичных измерительных канала «А» и «В», каждый из которых содержит генератор высокой частоты, вихретоковый преобразователь, включающий обмотку возбуждения и n измерительных обмоток, n фазовых детекторов и суммирующий усилитель.The technical result, the achievement of which the creation of this utility model is aimed, is to increase the accuracy of measuring the rail gauge and the reliability of the obtained measurement data. The technical result achieved is achieved by the fact that the device for measuring the rail gauge, comprising a high-frequency generator, a non-contact converter, an amplifier, a data processing unit, includes two identical measuring channels “A” and “B”, each of which contains a high-frequency generator frequency, eddy current Converter, including the field winding and n measuring windings, n phase detectors and a summing amplifier.

При этом один выход генератора высокой частоты соответствующего измерительного канала «А» и «В» соединен с обмоткой возбуждения соответствующего вихретокового преобразователя, а другой выход генератора высокой частоты каждого из каналов соединен с одними из входов n фазовых детекторовIn this case, one output of the high-frequency generator of the corresponding measuring channel “A” and “B” is connected to the excitation winding of the corresponding eddy current transducer, and the other output of the high-frequency generator of each channel is connected to one of the inputs of n phase detectors

соответствующего канала, другие входы которых соединены с n измерительными обмотками соответствующего вихретокового преобразователя каждого измерительного канала. Выходы фазовых детекторов каждого измерительного канала связаны с входами суммирующих усилителей соответствующего канала, выходы которых соединены со входами блока вычисления. Измерительные обмотки вихретоковых преобразователей обоих измерительных каналов имеющие вытянутопрямоугольную форму, расположены на плате параллельно друг другу и ориентированы длинными сторонами вдоль плоскости рельса, при этом возбуждающие обмотки вихретоковых преобразователей размещены над соответствующими измерительными обмотками.the corresponding channel, the other inputs of which are connected to n measuring windings of the corresponding eddy current transducer of each measuring channel. The outputs of the phase detectors of each measuring channel are connected to the inputs of the summing amplifiers of the corresponding channel, the outputs of which are connected to the inputs of the calculation unit. The measuring windings of the eddy current transducers of both measuring channels having an elongated rectangular shape, are located on the board parallel to each other and are oriented with long sides along the plane of the rail, while the exciting windings of the eddy current transducers are placed above the corresponding measuring windings.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения ширины рельсовой колеи; на фиг.2 - схема размещения измерительных обмоток вихретокового преобразователя одного из измерительного канала, например канала «А». Устройство для измерения ширины рельсовой колеи (фиг.1) содержит блок вычисления 1, два идентичных измерительных канала «А» и «В».Figure 1 presents the structural diagram of a device for measuring the width of the rail track; figure 2 - layout of the measuring windings of the eddy current transducer of one of the measuring channel, for example channel "A". A device for measuring the width of the rail track (figure 1) contains a calculation unit 1, two identical measuring channels "A" and "B".

Каждый измерительный канал соответственно включает в себя генератор высокой частоты 2 и 3, вихретоковый преобразователь 4 и 5. Каждый вихретоковый преобразователь 4 и 5 содержит соответственно обмотку возбуждения 6 и 7 и n измерительных обмоток 8₁-8_n измерительного канала «А» и n измерительных обмоток 9₁-9_n измерительного канала В, где n - количество измерительных обмоток вихретокового преобразователя, определяемое в соответствии с требуемой точностью измерения.Each measuring channel, respectively, includes a high-frequency generator 2 and 3, eddy-current transducer 4 and 5. Each eddy-current transducer 4 and 5 respectively contains an excitation winding 6 and 7 and n measuring windings 8 ₁ -8 _{n of} measuring channel “A” and n of measuring windings 9 ₁ -9 _{n of the} measuring channel B, where n is the number of measuring windings of the eddy current transducer, determined in accordance with the required measurement accuracy.

Устройство содержит n фазовых детекторов 10₁-10_n измерительного канала «А» и n фазовых детекторов 11₁-11_n измерительного канала «В», а также соответствующие суммирующие усилители 12, 14 и 13, 15 измерительных каналов «А» и «В».The device contains n phase detectors 10 ₁ -10 _n measuring channel “A” and n phase detectors 11 ₁ -11 _n measuring channel “B”, as well as corresponding summing amplifiers 12, 14 and 13, 15 of measuring channels “A” and “B” ".

При этом один выход генератора 2 и 3 высокой частоты соответствующего измерительного канала «А» и «В» соединен с обмоткой возбуждения 6 и 7 соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5, а другой выход генератора высокой частоты 2 и 3 каждого из каналов соединен с одними из входов n фазовых детекторов 10₁-10_n и 11₁-11_n соответствующего канала, другие входы которых соединены с n измерительными обмотками 8₁-8_n и 9₁-9_n соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5 каждого измерительного канала. Выходы фазовых детекторов 10₁-10_n и 11₁-11_n каждого измерительного канала связаны с входами In this case, one output of the high-frequency generator 2 and 3 of the corresponding measuring channel “A” and “B” is connected to the field winding 6 and 7 of the corresponding eddy current transducer 4 and 5, and the other output of the high-frequency generator 2 and 3 of each channel is connected to one of the inputs of n phase detectors 10 ₁ -10 _n and 11 ₁ -11 _{n of the} corresponding channel, the other inputs of which are connected to n measuring windings 8 ₁ -8 _n and 9 ₁ -9 _{n of the} corresponding eddy current transducer 4 and 5 of each measuring channel. The outputs of the phase detectors 10 ₁ -10 _n and 11 ₁ -11 _{n of} each measuring channel are connected to the inputs

суммирующих усилителей 12, 14 и 13, 15 соответствующего канала, выходы которых соединены с входами блока вычисления 1.summing amplifiers 12, 14 and 13, 15 of the corresponding channel, the outputs of which are connected to the inputs of the computing unit 1.

Измерительные обмотки 8₁-8_n и 9₁-9_n вихретоковых преобразователей 4 и 5 обоих измерительных каналов «А» и «В», имеющие вытянутопрямоугольную форму, расположены на плате параллельно друг другу и ориентированы длинными сторонами вдоль плоскости рельса, при этом обмотки возбуждения 6 и 7 соответствующих вихретоковых преобразователей 4 и 5 размещены над соответствующими измерительными обмотками 8₁-8_n и 9₁-9_n.Measuring windings 8 ₁ -8 _n and 9 ₁ -9 _n eddy-current transducers 4 and 5 of both measuring channels “A” and “B”, having an elongated rectangular shape, are located on the board parallel to each other and are oriented with long sides along the rail plane, while the windings excitations 6 and 7 of the corresponding eddy current transducers 4 and 5 are located above the corresponding measuring windings 8 ₁ -8 _n and 9 ₁ -9 _n .

При этом коэффициенты усиления суммирующих усилителей 12 и 13 установлены по синусоидальному закону, а коэффициенты усиления суммирующих усилителей 14 и 15 установлены по косинусоидальному закону:The amplification factors of the summing amplifiers 12 and 13 are set according to the sinusoidal law, and the amplification factors of the summing amplifiers 14 and 15 are set according to the cosine law:

Кl=sin cl и Sl=cos cl, где Kl - коэффициенты 12 и 13 суммирующего усилителя, Sl - коэффициенты 14 и 15 суммирующего усилителя, с - постоянный коэффициент, 1 - порядковый номер суммирующего усилителя.Kl = sin cl and Sl = cos cl, where Kl are the coefficients 12 and 13 of the summing amplifier, Sl are the coefficients 14 and 15 of the summing amplifier, c is a constant coefficient, 1 is the serial number of the summing amplifier.

Устройство работает следующим образом. Поле, создаваемое возбуждающими катушками 6 и 7 соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5, искажается контролируемыми объектами - рельсами. Распределение индукции магнитного поля при фиксированном расстоянии плоскости расположения измерительных обмоток 81-8n и 91-9n от поверхности рельса зависит лишь от горизонтального смещения центров вихретоковых преобразователей 4 и 5 и рельса. Под действием переменного магнитного поля в каждой измерительной обмотке 81-8n и 91-9n соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5 возникает напряжение, пропорциональное магнитной индукции в зоне расположения данной обмотки. Фазовые детекторы 101-10n и 111-11n преобразуют напряжения измерительных обмоток 81-8n и 91-9n в постоянные напряжения.The device operates as follows. The field created by the exciting coils 6 and 7 of the corresponding eddy current transducer 4 and 5 is distorted by the controlled objects - rails. The distribution of the magnetic field induction at a fixed distance of the plane of the measuring windings 81-8n and 91-9n from the rail surface depends only on the horizontal displacement of the centers of eddy current transducers 4 and 5 and the rail. Under the action of an alternating magnetic field in each measuring winding 81-8n and 91-9n of the corresponding eddy current transducer 4 and 5, a voltage proportional to magnetic induction in the area of the location of this winding occurs. Phase detectors 101-10n and 111-11n convert the voltage of the measuring windings 81-8n and 91-9n into constant voltage.

В результате суммирования напряжений каждого фазового детектора 101-10n и 111-11n с коэффициентами усиления, распределенными по синусоидальному и косинусоидальному закону, на выхде суммирующих усилителей 12, 14 и 13, 15 получают две пары напряжений:As a result of summing the voltages of each phase detector 101-10n and 111-11n with gain factors distributed according to the sinusoidal and cosine law, two pairs of voltages are obtained at the output of the summing amplifiers 12, 14 and 13, 15:

B(l) - индукция магнитного поля в зоне расположения n-й измерительной обмотки. Здесь для упрощения постоянные коэффициенты А и число измерительных катушек каждого вихретокового преобразователя приняты равными.B (l) is the magnetic field induction in the zone of the location of the nth measuring winding. Here, for simplicity, the constant coefficients A and the number of measuring coils of each eddy current transducer are taken equal.

Таким образом, каждому распределению магнитного поля в области расположения вихретокового преобразователя соответствует пара напряжений, которые можно представить в виде вектора с координатами его конца U11, U12 и U21, U22, в полярной системе координат каждый вектор представляется амплитудой напряжения:Thus, each distribution of the magnetic field in the region of the eddy current transducer corresponds to a pair of voltages, which can be represented as a vector with the coordinates of its end U11, U12 and U21, U22, in the polar coordinate system, each vector is represented by the voltage amplitude:

Амплитуды напряжений Al канала «А» и А2 канала «В» определяются множеством факторов: параметрами генераторов, параметрами возбуждающих обмоток, расстоянием от вихретоковых преобразователей до рельса и т.д. Фазы φ₁ канал «А» и φ₂ канал «В», в основном, зависят от величины смещения вихретоковых преобразователей относительно центров рельсов, а также от линейных размеров вихретоковых преобразователей. Значения углов φ₁ и φ₂ определяются блоком вычисления 1. Ширина колеи Ш определяется разностью фаз φ₁ и φ₂ и базой Ш₀ по формуле:The voltage amplitudes Al of the channel “A” and A2 of the channel “B” are determined by many factors: the parameters of the generators, the parameters of the exciting windings, the distance from the eddy current transducers to the rail, etc. The phases φ ₁ channel “A” and φ ₂ channel “B” mainly depend on the displacement of the eddy current transducers relative to the centers of the rails, as well as on the linear dimensions of the eddy current transducers. The values of the angles φ ₁ and φ _{2 are} determined by the calculation unit 1. The track gauge Ш is determined by the phase difference φ ₁ and φ ₂ and the base Ш ₀ by the formula:

где Ш0 - расстояние между центрами вихретоковых преобразователей 4 и 5, L - постоянная величина, U11, U12 - выходные сигналы суммирующих усилителей 12 и 13 канала «А», U21, U22 - выходные сигналы суммирующих усилителей 14 и 15 канала «В».where Ш0 is the distance between the centers of eddy current transducers 4 and 5, L is a constant value, U11, U12 are the output signals of summing amplifiers 12 and 13 of channel “A”, U21, U22 are the output signals of summing amplifiers 14 and 15 of channel “B”.

Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано в компьютеризированных вагонах-лабораториях путеизмерительных для измерения ширины рельсовой колеи с учетом износов головки рельсов.The proposed device can be effectively used in computerized track-measuring laboratories to measure the width of the rail track taking into account the wear of the rail head.

Claims

A device for measuring the rail gauge, including a high-frequency generator, a non-contact converter, an amplifier, a data processing unit, characterized in that it contains two identical measuring channels, each of which contains a high-frequency generator, an eddy current converter, including an excitation winding and n measuring windings , n phase detectors and a summing amplifier, while one output of the high-frequency generator of the corresponding measuring channel is connected to the field winding eddy current transducer, and the other output of the high frequency generator of each channel is connected to one of the inputs of n phase detectors of the corresponding channel, the other inputs of which are connected to n measuring windings of the corresponding eddy current transducer of each measuring channel, the outputs of the phase detectors of each measuring channel are connected to the inputs of summing amplifiers the corresponding channel, the outputs of which are connected to the inputs of the calculation unit, and the measuring windings of the eddy current transformers teley two measuring channels having vytyanutopryamougolnuyu shape, disposed on the board parallel to each other and oriented along the long sides of the rail plane, the exciting coil eddy current probes are located above the respective measuring windings.