RU81210U1

RU81210U1 - INERTIAL RAILWAY MONITORING SYSTEM BASED ON MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS

Info

Publication number: RU81210U1
Application number: RU2008122888/22U
Authority: RU
Inventors: Вадим Михайлович Агафонов; Алексей Васильевич Бабанин; Александр Вячеславович Вишняков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АТИКСО"
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-03-10

Abstract

Инерциальная система мониторинга состояния рельсового пути на основе молекулярно-электронных датчиков движения. Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, к малогабаритным и экономичным системам (устройствам) мониторинга состояния рельсового пути, в частности, к системам, основанным на инерционных измерениях, и может найти применение для измерения параметров рельсового пути и выявления участков с потенциальными дефектами. Система мониторинга состояния рельсового пути, состоящая из измерительного блока, содержащего три ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных датчика линейных движений и три ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных датчика угловых движений, закрепленного на колесной паре локомотива; блока приема спутникового сигнала точного времени и пространственного местоположения; блока цифровой электроники, преобразующего сигналы датчиков в цифровую форму и синхронизирующего их со спутниковыми сигналами точного времени и пространственного местоположения, с носителем информации для записи и хранения цифровых данных, отличающаяся тем, что датчики линейных и угловых движений выполнены с использованием жидкостной инерционной массы и молекулярно-электронного чувствительного элемента, преобразующего движение жидкости в электрический сигнал, обеспечивающий возможность обнаружения прогиба рельсового пути на уровне 0,25 мм и 1,00 мм, на длинах участков 10 и 40 метров, соответственно, при скорости движения локомотива 60 км/ч. Предлагаемая полезная модель может найти широкое применение в системах непрерывного мониторинга состояния рельсового пути как мобильная, малогабаритная и недорогая система быстрого развертывания. Она позволяет обнаруживать дефекты рельсового пути, охарактеризовать дефект количественно и сравнить его с допустимым для данного участка значением. Непрерывный характер мониторинга позволяет отслеживать развитие имеющихся дефектов и появление новых. Выходной сигнал инерциальных датчиков синхронизован со спутниковым сигналом точного времени и пространственного местоположения, что обеспечивает привязку обнаруженных дефектов ко времени и к географическим координатам участка рельсового пути.Inertial system for monitoring the state of the rail track based on molecular-electronic motion sensors. The utility model relates to the field of railway transport, to small-sized and economical systems (devices) for monitoring the state of the rail track, in particular, to systems based on inertial measurements, and can be used to measure rail track parameters and identify areas with potential defects. A system for monitoring the condition of a rail track, consisting of a measuring unit comprising three orthogonally oriented highly sensitive broadband linear motion sensors and three orthogonally oriented highly sensitive wideband linear motion sensors mounted on a locomotive wheel pair; a unit for receiving a satellite signal of accurate time and spatial location; a digital electronics unit that converts the sensor signals into digital form and synchronizes them with satellite signals of accurate time and spatial location, with a data carrier for recording and storing digital data, characterized in that the linear and angular motion sensors are made using a liquid inertial mass and molecular electronic sensing element that converts the movement of fluid into an electrical signal, providing the possibility of detecting deflection of the rail track in no 0.25 mm and 1.00 mm, on lengths portions 10 and 40 meters, respectively, when the locomotive speed of 60 km / h. The proposed utility model can be widely used in systems for continuous monitoring of the state of the rail track as a mobile, small-sized and inexpensive system for rapid deployment. It allows you to detect defects in the rail track, characterize the defect quantitatively and compare it with a value acceptable for this section. The continuous nature of monitoring allows you to track the development of existing defects and the appearance of new ones. The output signal of inertial sensors is synchronized with a satellite signal of exact time and spatial location, which ensures that the detected defects are linked to time and to the geographical coordinates of the rail track section.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, к малогабаритным и экономичным системам (устройствам) мониторинга состояния рельсового пути, в частности, к системам, основанным на инерционных измерениях, и может найти применение для измерения параметров рельсового пути и выявления участков с потенциальными дефектами.The utility model relates to the field of railway transport, to small-sized and economical systems (devices) for monitoring the state of the rail track, in particular, to systems based on inertial measurements, and can be used to measure rail track parameters and identify areas with potential defects.

Уровень техникиState of the art

Известны изобретения и полезные модели, относящиеся к измерительным приборам (устройствам), предназначенным для контроля состояния рельсовых путей.Known inventions and utility models related to measuring instruments (devices) designed to monitor the condition of rail tracks.

В настоящее время разработкой такой контрольно-измерительной аппаратуры занимаются многие организации и предприятия: Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, Москва), Государственное унитарное предприятие Центр внедрения новой техники и технологий «Транспорт» (г.Омск), Сибирский государственный университет путей сообщения (г.Новосибирск), ЗАО Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения «Спектр», Научно-исследовательский институт тепловозов и путевых машин (Москва), ЗАО Завод «Измерен» (Санкт-Петербург).Currently, many organizations and enterprises are engaged in the development of such instrumentation: the All-Russian Scientific Research Institute of Railway Transport (VNIIZhT, Moscow), the State Unitary Enterprise Center for the Implementation of New Technique and Technologies "Transport" (Omsk), and the Siberian State University of Railways Communications (Novosibirsk), ZAO Research Institute of Introscopy of the Moscow Research and Production Association "Spectrum", Research Institute of Heat carts and track machines (Moscow), ZAO Zavod "Measure" (St. Petersburg).

Известно устройство для контроля состояния рельсового пути по авторскому свидетельству СССР на изобретение 1671756 А1, Е01В 35/00, В61К 9/08, опубл. 23.08.91. Бюл. №31. Изобретение относится к устройствам для определения неисправностей рельсовых путей, а именно отклонений их в продольном профиле, плане или по уровню. Цель изобретения повышение надежности. Устройство имеет датчики 1-3, соответственно, вертикальных, горизонтальных и угловых ускорений, выходы которых связаны с пороговыми блоками 7-9, которые выходами подключены к регистратору 11, а уплотняющими входами соединены с датчиком 10 скорости. При наезде рельсового транспортного средства на опасное отклонение пути, кузов (тележка) совершает резкое колебательное движение, соответственно, по вертикали, горизонтали или угловое, величины ускорений которых зависят как от величины отклонения пути и коэффициента передачи рессорной подвески, так и от скорости движения. Значение ускорений в виде электрических сигналов от датчиков 1-3 A device for monitoring the state of the rail track according to the copyright certificate of the USSR for the invention 1671756 A1, EB 35/00, B61K 9/08, publ. 08/23/91. Bull. No. 31. The invention relates to devices for determining rail track malfunctions, namely, their deviations in a longitudinal profile, plan or level. The purpose of the invention is to increase reliability. The device has sensors 1-3, respectively, of vertical, horizontal and angular accelerations, the outputs of which are connected with threshold blocks 7-9, which are connected to the recorder 11 by outputs and connected to the speed sensor 10 by sealing inputs. When a rail vehicle is hit by a dangerous path deviation, the body (trolley) makes a sharp oscillating movement, respectively, vertically, horizontally or angularly, the acceleration values of which depend both on the deviation of the path and the gear ratio of the spring suspension, and on the speed of movement. The value of accelerations in the form of electrical signals from sensors 1-3

через фильтры 4-6, где выделяются полезные низкочастотные составляющие сигналов, соответствующие отклонениям пути, поступают на входы пороговых блоков 7-9. Резистор 17 определяет порог срабатывания порогового блока и настраивается на величину сигнала ускорения, соответствующего опасному отклонению пути в продольном профиле, плане или по уровню с учетом коэффициента передачи рессорной подвески. При поступлении сигнала опасного отклонения, превышающего порог срабатывания пороговых блоков 7-9, транзистор 14 отпирается и реле 15 своими контактами дает сигнал на регистратор 11.through filters 4-6, where the useful low-frequency components of the signals corresponding to the deviations of the path are allocated, they are fed to the inputs of threshold blocks 7-9. The resistor 17 determines the threshold threshold block and adjusts to the value of the acceleration signal corresponding to the dangerous deviation of the path in the longitudinal profile, plan or level, taking into account the transfer coefficient of the spring suspension. When a dangerous deviation signal exceeds the threshold threshold threshold blocks 7-9, the transistor 14 is unlocked and the relay 15 with its contacts gives a signal to the recorder 11.

Известно устройство для многопараметрового контроля объектов путей сообщения по патенту РФ на изобретение 2082640 С1, В61К 9/00, 9/10, 9/12, опубл. 27.06.97. Бюл. №18. Устройство содержит генератор, матричный вихретоковый преобразователь параметра объекта контроля в электрический сигнал, электрический калибратор, процессорный узел обработки и регистрации информации и формирователь сигналов имитации взаимодействия матричного преобразователя и объекта контроля с нормируемыми параметрами, выполненный в виде включенных параллельно имитационных цепей, каждая из которых включает в себя выполненный на полевом транзисторе усилительный элемент, в выходную цепь которого включен конденсатор, при этом входами усилительных элементов образованы входы, а их объединенными выходами - выход упомянутого формирователя, число имитационных цепей выбрано не меньшим числа параметров контролируемых объектов, а в матричном преобразователе обе катушки индуктивности совмещены своими геометрическими центрами с осью симметрии, перпендикулярной плоскости преобразователя, и повернуты вокруг этой оси относительно друг друга на 90°, при этом каждая секция восьмеркообразных катушек выполнена с автономными входами и выходами. Изобретение относится к системам измерения, контроля и диагностики, и может быть использовано в устройствах для бесконтактного контроля геометрических параметров верхнего строения пути и ходовых частей подвижного состава.A device for multi-parameter control of objects of communication lines according to the patent of the Russian Federation for the invention 2082640 C1, B61K 9/00, 9/10, 9/12, publ. 06/27/97. Bull. Number 18. The device comprises a generator, an eddy current matrix converter of the parameter of the control object into an electrical signal, an electric calibrator, a processor unit for processing and recording information and a signal generator simulating the interaction of the matrix converter and the control object with normalized parameters, made in the form of simulation circuits connected in parallel, each of which includes an amplifying element made on a field-effect transistor, in the output circuit of which a capacitor is connected, while inputs of the amplifying elements are formed, and their combined outputs are the output of the former shaper, the number of simulation circuits is chosen not less than the number of parameters of the monitored objects, and in the matrix converter, both inductors are aligned with their geometric centers with the axis of symmetry perpendicular to the plane of the converter and rotated around this axis 90 ° relative to each other, with each section of eight-shaped coils made with autonomous inputs and outputs. The invention relates to measurement systems, control and diagnostics, and can be used in devices for non-contact control of geometric parameters of the track’s upper structure and rolling stock chassis.

Известен способ контроля состояния рельсового пути и устройство для его осуществления по патенту РФ на изобретение 2114950 С1, Е01В 35/00, В61К 9/08, опубл. 10.07.98 Бюл. №19. Изобретение предназначено для контроля и оценки состояния рельсовых путей. Способ контроля состояния рельсового пути заключается в том, что определяют географические координаты места старта вагона-путеизмерителя по данным спутниковой навигационной системы и запоминают их совместно с априорным значением. В процессе движения вагона-путеизмерителя циклически и асинхронно измеряют значения пройденного пути, силовых факторов динамического взаимодействия подвижного состава и рельсового пути, высоты неровностей на поверхности катания рельсов, углов ориентации вагона-путеизмерителя в географической системе координат и ускорений в направлении A known method of monitoring the condition of the rail track and a device for its implementation according to the patent of the Russian Federation for the invention 2114950 C1, EB 35/00, B61K 9/08, publ. 07/10/98 Bul. No. 19. The invention is intended for monitoring and evaluating the condition of rail tracks. The method of monitoring the state of the rail track is that they determine the geographical coordinates of the start location of the tracker car according to the satellite navigation system and store them together with an a priori value. During the movement of the tracker car, cyclically and asynchronously measure the values of the distance traveled, the force factors of the dynamic interaction of the rolling stock and the rail track, the height of the bumps on the track surface of the rails, the orientation angles of the tracker car in a geographical coordinate system and accelerations in the direction

осей связанной системы координат этого вагона. Устройство для контроля состояния рельсового пути размещено на вагоне-путеизмерителе и содержит датчики измерения вертикальных и горизонтальных перемещений головок рельсов относительно кузова, датчики измерения ширины колеи, датчик пройденного пути, ПЭВМ, бесплатформенную навигационную систему, спутниковую навигационную систему, радиолокатор. Изобретение позволяет измерять истинные геометрические параметры рельсового пути с высокой точностью и достоверностью при движении вагона-путеизмерителя со скоростью 250 км/ч. the axes of the associated coordinate system of this car. A device for monitoring the condition of the rail track is located on the track car and contains sensors for measuring the vertical and horizontal movements of the rail heads relative to the body, gauges for measuring the gauge, track sensor, PC, strap-on navigation system, satellite navigation system, radar. The invention allows to measure the true geometric parameters of the rail track with high accuracy and reliability when moving the track car with a speed of 250 km / h.

Известно устройство для контроля неровностей рельсового пути по патенту РФ на изобретение 2134319 С1, Е01В 35/06, опубл. 10.08.99. Бюл. №22. Устройство содержит для каждой рельсовой нити последовательно соединенные блок датчиков - датчик ускорений и датчик перемещений, масштабные усилители, блок вычисления вертикальных траекторий буксы, блок вычисления вертикальных неровностей рельсового пути, а также датчик скорости, последовательно связанный с цифровым скоростемером. Блок вычисления вертикальных траекторий буксы содержит последовательно соединенные двухвходовой интегратор, трехвходовой интегратор, двухвходовой сумматор и фильтр верхних частот, выходы и входы которых соединены определенным образом. Изобретение решает задачу по созданию устройства, позволяющего определять неровности в широком диапазоне длин.A device for monitoring the unevenness of the rail track according to the patent of the Russian Federation for the invention 2134319 C1, EB 35/06, publ. 08/10/99. Bull. Number 22. The device contains for each rail thread a series of sensors connected in series — an acceleration sensor and a displacement sensor, scale amplifiers, a unit for calculating the vertical axial trajectories of the axle box, a unit for calculating the vertical irregularities of the rail track, and a speed sensor in series with a digital speed meter. The axle box vertical trajectory calculation unit contains a two-input integrator, a three-input integrator, a two-input adder and a high-pass filter in series, the outputs and inputs of which are connected in a certain way. The invention solves the problem of creating a device that allows to determine bumps in a wide range of lengths.

Известен измеритель износа рельса по патенту РФ на изобретение 2195524 С2, Е01В 35/04, 35/00, опубл. 27.12.2002. Бюл. №36. Изобретение предназначено для получения информации о процессе износа рельса преимущественно при эксплуатации пути. Суть изобретения заключается в выполнении колесного шасси из двух составных частей и дополнении их поворотными каретками, снабженными базовыми дисками, на которых установлены измерительные рычаги, сочлененные с электрическими датчиками. Конструкция позволяет проводить измерения относительно поверхности рельсов, не подвергающейся износу в эксплуатации. Технический результат: повышение точности измерений.Known gauge of wear of the rail according to the patent of the Russian Federation for the invention 2195524 C2, EB 35/04, 35/00, publ. 12/27/2002. Bull. Number 36. The invention is intended to obtain information about the process of wear of the rail mainly during the operation of the track. The essence of the invention lies in the implementation of a wheeled chassis of two components and the addition of their rotary carriages, equipped with basic disks, on which are mounted measuring levers, articulated with electrical sensors. The design allows measurements to be made relative to the surface of the rails, which are not subject to wear and tear in operation. Effect: improving the accuracy of measurements.

Известен мобильный контрольно-вычислительный комплекс для измерения параметров износа головки рельса по патенту РФ на изобретение 2209865 С1, Е01В 35/00, В61К 9/08, опубл. 10.08.2003. Бюл. №22. Комплекс содержит матричный вихретоковый преобразователь, жесткую технологическую базу подвижного средства, схему обработки, которая входом связана с выходом матричного преобразователя, манипулятор с силовым блоком и охватом, пульт управления, который выходом соединен с входом силового блока манипулятора, и устройство запоминания и представления информации матричного преобразователя, которое подключено входом к выходу схемы обработки. Корпус матричного преобразователя шарнирно прикреплен к технологической базе через кронштейны и Known mobile control complex for measuring the parameters of wear of the rail head according to the patent of the Russian Federation for the invention 2209865 C1, EB 35/00, B61K 9/08, publ. 08/10/2003. Bull. Number 22. The complex contains a matrix eddy current transducer, a rigid technological base of a mobile vehicle, a processing circuit that is connected with the output of the matrix transducer, a manipulator with a power unit and coverage, a control panel that is connected to the input of the manipulator power block, and a device for storing and presenting information of the matrix transducer which is connected by the input to the output of the processing circuit. The housing of the matrix converter is pivotally attached to the technological base via brackets and

шарнирно к схвату манипулятора через тяги. Схема обработки снабжена вторым и третьим входами, а пульт управления - вторым и третьим выходами, при этом в комплекс введены дополнительно второй и третий манипуляторы со схватами и силовыми блоками, соединенными своими входами с вторым и третьим выходами пульта управления, а также второй и третий вихретоковые преобразователи зазоров, связанные своими выходами с вторым и третьим входами схемы обработки и размещенные в том же поперечном сечении рельса как и первый матричный преобразователь. Корпус второго и третьего преобразователей зазоров шарнирно прикреплены к технологической базе через автономные кронштейны и шарнирно к схватам второго и третьего манипуляторов. Достигаемый технический результат: повышение достоверности контроля параметров бокового износа головки рельса.pivotally to the grip of the manipulator through the rods. The processing circuit is equipped with second and third inputs, and the control panel with second and third outputs, while the complex includes an additional second and third manipulators with grips and power blocks connected by their inputs to the second and third outputs of the control panel, as well as the second and third eddy current gap converters connected by their outputs to the second and third inputs of the processing circuit and placed in the same rail cross section as the first matrix transducer. The housing of the second and third gap converters are pivotally attached to the technological base through autonomous brackets and pivotally to the grips of the second and third manipulators. Technical result achieved: increased reliability of control of the parameters of lateral wear of the rail head.

Известно устройство для технического контроля рельсового пути при движении транспортного средства по патенту РФ на изобретение 2242553 С2, Е01В 35/00, опубл. 20.12.2004. Бюл. №35. Изобретение относится к измерительным устройствам для контроля основных дефектов отклонения от номинального значения ширины колеи рельсового пути. Устройство содержит формирователь импульса мерного отрезка пути и соединенный с ним датчик ширины колеи. Формирователь импульса выполнен в виде рамы, опирающейся на опорные ролики, образованной из двух равновеликих двуплечих рычагов, соединенных между собой шарниром, выполненным в виде пальца, с возможностью свободного вращения. Верхние части рычагов, расположенные до шарнира, расположены относительно друг друга параллельно на определенном расстоянии. Между нижними частями рычагов, расположенными по отношению друг к другу под определенным углом, установлена пружина, при этом концы нижних частей рычагов снабжены обоймами, в которых расположены оси с роликами, торцы окружностей которых имеют остроконечную форму. Концы верхних частей рычагов снабжены кронштейнами, расположенными перпендикулярно верхним частям рычагов, причем на одном конце кронштейна одного из рычагов закреплен датчик ширины колеи, выполненный в виде индикатора часового типа, наконечник которого соединен с торцом второго кронштейна с возможностью контакта. При этом устройство закреплено на стенке транспортного средства посредством цапфы, соединенной с шарниром равновеликих двуплечих рычагов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения ширины рельсовой колеи.A device for the technical control of the rail track when driving a vehicle according to the patent of the Russian Federation for the invention 2242553 C2, EB 35/00, publ. 12/20/2004. Bull. Number 35. The invention relates to measuring devices for monitoring major defects of deviations from the nominal value of the track gauge of the rail track. The device comprises a pulse shaper of a measured section of the path and a gauge of gauge connected to it. The pulse shaper is made in the form of a frame resting on support rollers formed of two equal two-arm levers connected by a hinge made in the form of a finger, with the possibility of free rotation. The upper parts of the levers located to the hinge are located relative to each other in parallel at a certain distance. A spring is installed between the lower parts of the levers, which are located relative to each other at a certain angle, while the ends of the lower parts of the levers are provided with cages in which there are axles with rollers, the ends of the circles of which have a pointed shape. The ends of the upper parts of the levers are equipped with brackets perpendicular to the upper parts of the levers, and a gauge of the gauge, made in the form of a dial gauge, the tip of which is connected to the end of the second bracket with the possibility of contact, is fixed at one end of the bracket of one of the levers. In this case, the device is mounted on the wall of the vehicle by means of a trunnion connected to the hinge of equal-sized two-arm levers. The technical result of the invention is to simplify the design and improve the accuracy of measuring the width of the rail track.

Известен способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления по патенту РФ на изобретение 2261302 С2, Е01В 35/00, опубл. 27.09.2005 Бюл. №27. Изобретение относится к методам непрерывной регистрации A known method for determining the spatial parameters of the rail track and a device for its implementation according to the patent of the Russian Federation for the invention 2261302 C2, EB 35/00, publ. 09/27/2005 Bull. Number 27. The invention relates to continuous registration methods

пространственного положения рельсовой колеи. Способ определения пространственного положения рельсовой колеи включает регистрацию информации с датчиков межрельсового расстояния, пройденного пути, текущего курсового угла, продольного и поперечного уклона при движении транспортного средства и вычисление по этим данным текущих координат рельсовой колеи. Регистрация курсового угла и продольного уклона с указанных датчиков и определение текущих координат (X, Y, Н) осуществляют по одной из рельсовых ниток относительно любого исходного направления в горизонтальной плоскости, с шагом измерения 1. Устройство для определения пространственных параметров рельсовых путей содержит ходовую тележку, включающую опорное колесо и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо. Опорное колесо связано с измерительными колесами установленной под углом 90° относительно направления движения штангой, на которой установлен датчик ширины колеи. На мерном колесе смонтирован датчик пути. На оси, связывающей измерительные колеса, установлен курсокреноуказатель. Выходы датчика пути, датчика ширины колеи и курсокреноуказателя связаны через контроллер с компьютером. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, позволяющих одновременно с определением пространственных координат определять взаимное положение отрезков пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рихтовку и просадку).spatial position of the rail track. The method for determining the spatial position of the rail track includes recording information from the gauges of the rail track, the distance traveled, the current heading angle, the longitudinal and transverse slopes when the vehicle is moving, and the current coordinates of the rail track are calculated from this data. The registration of the heading angle and the longitudinal slope from these sensors and the determination of the current coordinates (X, Y, H) are carried out on one of the rail threads relative to any initial direction in the horizontal plane, with a measurement step 1. A device for determining the spatial parameters of rail tracks contains a running carriage, comprising a support wheel and located on the same axis above one of the rail threads, the first and second measuring wheels and a measuring wheel. The support wheel is connected to the measuring wheels installed at an angle of 90 ° relative to the direction of movement of the rod, on which the gauge is mounted. A track sensor is mounted on the measuring wheel. On the axis connecting the measuring wheels, a heading indicator is installed. The outputs of the track sensor, track gauge and heading indicator are connected through a controller to a computer. The technical result of the invention is the expansion of functionality, allowing simultaneously with the determination of spatial coordinates to determine the relative position of the segments of the path in the vertical and horizontal planes (straightening and subsidence).

Существующие в настоящее время системы мониторинга состояния рельсового пути требуют использования крупногабаритного высокоточного дорогостоящего оборудования: ультразвукового дефектоскопа или высокоточных гироскопических инерциальных систем. Такие системы устанавливаются в специальных путеизмерительных вагонах или тележках. Учитывая дороговизну и, как следствие, ограниченность количества указанных систем, а также высокую интенсивность движения по железным дорогам, работы по проведению мониторинга состояния рельсового пути для каждого отдельно выбранного участка производятся периодически с достаточно большими интервалами времени между отдельными измерениями.Current rail monitoring systems require the use of large-sized, high-precision and expensive equipment: an ultrasonic flaw detector or high-precision gyroscopic inertial systems. Such systems are installed in special track-measuring cars or carts. Considering the high cost and, as a consequence, the limited number of these systems, as well as the high intensity of movement on railways, work on monitoring the state of the rail track for each selected section is carried out periodically with sufficiently large time intervals between individual measurements.

Из вышерассмотренных устройств, являющихся наиболее близкими аналогами заявляемой полезной модели, в качестве прототипа принято устройство контроля состояния рельсового пути по патенту РФ на изобретение 2114950 С1, Е01В 35/00, В61К 9/08, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков предлагаемой полезной модели.Of the above devices, which are the closest analogs of the claimed utility model, the device for monitoring the state of the rail track according to the RF patent for invention 2114950 C1, ЕВВ 35/00, В61К 9/08, which has a set of features that is closest to the set of essential features, is adopted as a prototype proposed utility model.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.

Увеличение числа скоростных участков с особенно жесткими требованиями по надежности и безопасности движения вызывает острую необходимость создания массовых и недорогих малогабаритных систем контроля состояния рельсового пути, пригодных к размещению на любых локомотивах с целью проведения непрерывного контроля состояния рельсового пути.The increase in the number of high-speed sections with particularly stringent requirements for reliability and traffic safety makes it urgent to create massive and inexpensive small-sized rail track condition monitoring systems suitable for placement on any locomotive in order to continuously monitor the state of the rail track.

В предлагаемой полезной модели указанную задачу предполагается решить за счет использования в качестве измерительного элемента малогабаритного инерциального комплекса, содержащего по три малогабаритных датчика линейных и угловых (вращательных) движений, основанных на молекулярно-электронной технологии измерения параметров движения. Указанные датчики имеют характерные размеры в пределах нескольких кубических сантиметров, не содержат движущихся механических деталей, что обуславливает их высокую надежность, и не дороги в изготовлении.In the proposed utility model, this problem is supposed to be solved by using a small inertial complex as a measuring element, containing three small-sized sensors of linear and angular (rotational) movements, based on molecular-electronic technology for measuring motion parameters. These sensors have characteristic dimensions within a few cubic centimeters, do not contain moving mechanical parts, which leads to their high reliability, and are not expensive to manufacture.

Датчик, предназначенный для измерения вращательных движений, представляет собой герметичный тороид, полностью заполненный электролитом. В канале тороида расположен молекулярно-электронный элемент, чувствительный к движению жидкости.The sensor, designed to measure rotational movements, is a sealed toroid, completely filled with electrolyte. In the channel of the toroid is a molecular-electronic element that is sensitive to fluid motion.

Датчик, предназначенный для измерения линейных движений, представляет собой герметичный корпус произвольной формы, полностью заполненный рабочей жидкостью. Необходимым элементом описываемого датчика линейных движений является канал, содержащий две пары электродов, причем расстояние между парами электродов должно быть намного больше расстояния между электродами в каждой отдельной паре. После приложения разности потенциалов между электродами в канале, в пространстве между электродными парами, формируется область электролита, характеризующаяся более высокой или, в зависимости от знака приложенного потенциала, более низкой концентрацией рабочей жидкости. Одновременно, в силу зависимости плотности от концентрации электролита, указанная область отличается по своей плотности от электролита в остальной части объема. Под действием линейного ускорения, действующего вдоль оси канала, возникает поток жидкости через канал, преобразуемый молекулярно-электронным чувствительным элементом в выходной электрический сигнал.The sensor, designed to measure linear movements, is a sealed enclosure of arbitrary shape, completely filled with working fluid. A necessary element of the described linear motion sensor is a channel containing two pairs of electrodes, and the distance between the pairs of electrodes should be much greater than the distance between the electrodes in each individual pair. After applying the potential difference between the electrodes in the channel, in the space between the electrode pairs, an electrolyte region is formed, characterized by a higher or, depending on the sign of the applied potential, lower concentration of the working fluid. At the same time, due to the dependence of the density on the concentration of the electrolyte, this region differs in its density from the electrolyte in the rest of the volume. Under the action of linear acceleration acting along the axis of the channel, there is a fluid flow through the channel, which is converted by a molecular-electronic sensitive element into an output electrical signal.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в возможности проведения измерений, достаточно точных для определения параметров рельсового пути с использованием, по сравнению с имеющимися аналогами, недорогих, малогабаритных, высоконадежных технических средств измерения.The technical result achieved by the proposed utility model consists in the possibility of carrying out measurements sufficiently accurate to determine the parameters of the rail track using, in comparison with existing analogues, inexpensive, small-sized, highly reliable measuring instruments.

Краткое описание графических материалов, поясняющих сущность полезной моделиA brief description of the graphic materials explaining the essence of the utility model

Фиг.1. Блок-схема полезной модели. Фиг.2. Фотография (пример реализации) общего вида полезной модели.Figure 1. Block diagram of a utility model. Figure 2. Photograph (implementation example) of a general view of a utility model.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Принцип работы системы основан на регистрации движений (скоростей или ускорений) по всем трем линейным и трем угловым координатам. При этом каждый тип дефекта рельсового пути характеризуется уникальным «паттерном», а амплитуда сигнала, вызванного тем или иным дефектом рельсового пути, позволяет охарактеризовать дефект количественно и сравнить его с допустимым для данного участка значением. Непрерывный характер мониторинга позволяет отслеживать развитие имеющихся дефектов и появление новых. Выходной сигнал инерциальных датчиков синхронизован с точным временем, для чего в состав комплекса входит спутниковый приемник сигналов точного времени. Кроме выходных сигналов инерциальных датчиков в файл записываются показания спутниковой навигационной системы, обеспечивающие привязку обнаруженных дефектов к географическим координатам участка рельсового пути. На конечной станции записанные данные переписываются с носителя информации, входящего в состав блока цифровой электроники, в центральную базу данных для последующего анализа результатов. Блок-схема, иллюстрирующая работу системы, показана на фиг 1.The principle of operation of the system is based on the registration of movements (speeds or accelerations) in all three linear and three angular coordinates. Moreover, each type of rail track defect is characterized by a unique “pattern”, and the amplitude of the signal caused by one or another rail track defect allows quantifying the defect and comparing it with a value acceptable for a given section. The continuous nature of monitoring allows you to track the development of existing defects and the appearance of new ones. The output signal of inertial sensors is synchronized with the exact time, for which the complex includes a satellite receiver of accurate time signals. In addition to the output signals of inertial sensors, the readings of the satellite navigation system are recorded in the file, which provide the binding of the detected defects to the geographical coordinates of the rail track section. At the end station, the recorded data is transferred from the information carrier, which is part of the digital electronics unit, to a central database for subsequent analysis of the results. A flowchart illustrating the operation of the system is shown in FIG. 1.

Пример реализации полезной модели.An example implementation of a utility model.

Практическим примером реализации предлагаемой полезной модели является система мониторинга состояния рельсового пути, состоящая из измерительного блока, приспособленного для крепления на колесной паре локомотива, и цифрового блока, размещаемого в кабине локомотива, соединенных экранированным кабелем.A practical example of the implementation of the proposed utility model is a system for monitoring the condition of the rail track, consisting of a measuring unit adapted for mounting on a locomotive’s wheel pair and a digital unit located in the locomotive’s cab connected by a shielded cable.

Внешний вид разработанной системы показан на фиг.2.The appearance of the developed system is shown in figure 2.

Измерительный блок включает в себя три ортогонально ориентированных датчика угловых движений и три ортогонально ориентированных датчика линейных движений, размещенные в герметичном металлическом защитном корпусе. Полоса пропускания датчиков выбрана из соображений, что при скорости движения локомотива 20 км/ч, 40-метровый участок, прогиб которого предполагается обнаружить, проходится локомотивом за 7-8 секунд, что соответствует, примерно 0,1 Гц.The measuring unit includes three orthogonally oriented sensors of angular movements and three orthogonally oriented sensors of linear movements placed in a sealed metal protective case. The bandwidth of the sensors was chosen for reasons that at a locomotive speed of 20 km / h, the 40-meter section, the deflection of which is supposed to be detected, is covered by the locomotive in 7-8 seconds, which corresponds to approximately 0.1 Hz.

С другой стороны, при высокой скорости (100 км/ч) 10-метровый участок проходится локомотивом за 0,3 секунды, что соответствует, примерно, 3 Гц. Установлен двукратный запас, как со стороны низких, так и высоких частот.On the other hand, at high speed (100 km / h), a 10-meter section is covered by a locomotive in 0.3 seconds, which corresponds to approximately 3 Hz. A twofold margin has been established, both from the low and high frequencies.

Основные технические характеристики датчиков, входящих в состав измерительного блока, приведены в табл.1-2.The main technical characteristics of the sensors included in the measuring unit are given in Table 1-2.

Таблица 1.Table 1. Технические характеристики датчика угловых движенийAngular encoder specifications ПараметрParameter ЗначениеValue Рабочая полоса частотWorking frequency band 0,05-6,00 Гц0.05-6.00 Hz Собственный шум, в полосеOwn noise in the strip 10^-4рад/с²/ 10 ^-4 rad / s ² / Максимальный регистрируемый сигналMaximum Recorded Signal 4 рад/сек4 rad / s Диапазон рабочих температурOperating temperature range -40+65°С-40 + 65 ° С Таблица 2.Table 2. Технические характеристики датчика линейных движений.Technical characteristics of the linear motion sensor. ПараметрParameter ЗначениеValue Рабочая полоса частотWorking frequency band 0,05-6,00 Гц0.05-6.00 Hz Собственный шум, в полосеOwn noise in the strip 10^{-5 м}/с²/ 10 ^{-5 m} / s ² / Максимальный регистрируемый сигналMaximum Recorded Signal 1 м/с1 m / s Диапазон рабочих температурOperating temperature range -40+65°С-40 + 65 ° С

Цифровой блок содержит: два четырехканальных аналого-цифровых преобразователя (АЦП) - АЦП L-card E-24, плату GPS - плату синхронизации отсчетов АЦП с системой точного времени и пространственного местоположения, носитель информации. Весь цифровой блок помещен в защитный высокопрочный пластиковый кейс, на корпусе которого размещены разъемы для подключения измерительного блока и антенны GPS, тумблер включения и разъем для подключения устройства подзарядки аккумулятора, размещенного в том же корпусе.The digital unit contains: two four-channel analog-to-digital converters (ADCs) - an L-card E-24 ADC, a GPS board - an ADC samples synchronization board with an accurate time and spatial location system, and an information carrier. The entire digital unit is placed in a protective high-strength plastic case, on the housing of which there are connectors for connecting the measuring unit and the GPS antenna, a toggle switch and a connector for connecting the battery charger placed in the same case.

По своим техническим характеристикам разработанная система обеспечивает возможность обнаружения прогиба рельсового пути на уровне 0,25 мм и 1,00 мм, на длинах участков 10 и 40 метров, соответственно, при скорости движения локомотива 60 км/ч.According to its technical characteristics, the developed system provides the ability to detect rail deflection at the level of 0.25 mm and 1.00 mm, at lengths of sections 10 and 40 meters, respectively, at a locomotive speed of 60 km / h.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предлагаемая полезная модель может найти широкое применение в системах непрерывного мониторинга состояния рельсового пути железных дорог.The proposed utility model can be widely used in systems for continuous monitoring of the state of the rail track of railways.

Claims

1. The system of monitoring the condition of the rail track, consisting of:

a measuring unit comprising three orthogonally oriented highly sensitive broadband linear motion sensors and three orthogonally oriented highly sensitive broadband linear motion sensors mounted on a locomotive wheel pair;

a unit for receiving a satellite signal of accurate time and spatial location;

a digital electronics unit that converts the signals of the sensors of the measuring unit into digital form and synchronizes them with satellite signals of accurate time and spatial location, with a storage medium for recording and storing digital data;

characterized in that the sensors of linear and angular movements are made using a liquid inertial mass and a molecular-electronic sensitive element that converts the movement of liquid into an electrical signal.

2. The system according to claim 1, in which the sensor of angular movements is a sealed toroid, completely filled with electrolyte, in the channel of the toroid is a molecular-electronic element that is sensitive to fluid motion.

3. The system according to claim 1, in which the linear motion sensor is a sealed enclosure of arbitrary shape, completely filled with working fluid, two pairs of electrodes are located in the channel of the housing, and the distance between the pairs of electrodes should be much greater than the distance between the electrodes in a separate pair.

4. The system according to claim 3, in which between the electrodes located in the channel of the casing, a potential difference is applied, which ensures the formation of a region of increased or decreased concentration of electrolyte between the pairs of electrodes, which also differs in specific gravity from the rest of the electrolyte.

5. The system according to claim 1, in which the output signal of the sensors is pre-filtered in a narrow frequency band of 0.05-3.00 Hz, containing a useful signal, to achieve maximum signal to noise ratio.