Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов

Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов относится к области измерений и предназначено для контроля объектов, состоящих из электропроводящих материалов. Цель полезной модели - расширение эксплуатационных и функциональных возможностей устройства. Сущность полезной модели состоит в том, что в устройстве формируются цифровые сигналы и применяется цифровая обработка этих сигналов, что позволит получать более стабильное и точное определение параметров выявленных дефектов. Устройство дополнительно снабжено n-канальным индикаторным блоком, где формируется, обрабатывается, и автоматически индицируются дефекты и их параметры по всей зоне контроля. Диэлектрическая подложка многоэлементного преобразователя выполнена из независимых секторов, на каждом из которых находится одноэлементный преобразователь.Многоэлементный преобразователь, состоящий из совокупности одноэлементных, имеет систему пространственной стабилизации относительно рабочей поверхности головки рельсов.

Полезная модель относится к области измерений и предназначена для использования в устройствах контроля объектов, состоящих из электропроводящих материалов, как при их изготовлении, так и в процессе эксплуатации.

Известен многоэлементный вихретоковый преобразователь, описанный в патенте РФ на полезную модель 51748, МПК⁷ G01N 27/90, опубл. 27.02.2006 г., содержащий генератор и n идентичных каналов. Каждый канал представляет собой одноэлементный преобразователь, выполненный из одной или двух катушек индуктивности, и блок обработки сигнала. Блок обработки сигнала состоит из входного усилителя, компаратора напряжений и n-входного логического элемента ИЛИ. При появлении несплошности (дефекта) в электропроводящем материале преобразователь выдает сигнал, превышающий порог компаратора, и на выходе компаратора формируется сигнал, соответствующий логической «единице». Этот сигнал подается на вход n-входного логического элемента ИЛИ, на выходе которого появляется сигнал, индицирующий наличие дефекта.

Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что при такой обработке сигнала невозможно определять параметры дефекта.

Наиболее близким по технической сущности является устройство вихретокового контроля, описанное в патенте РФ на полезную модель 62246, МПК⁷ G01N 27/90, опубл. 24.11.2006 г., которое состоит из генератора переменного напряжения и n идентично выполненных каналов. Каждый из каналов содержит одноэлементный преобразователь, выполненный из одной или двух катушек индуктивности, и блок обработки сигнала. Все n одноэлементных преобразователей расположены на монолитной диэлектрической подложке, и этот многоэлементный преобразователь представляет собой единое целое. Блок обработки сигнала состоит из входного усилителя и двух цепочек. Первая цепочка включает в себя соединенные последовательно амплитудный детектор, компенсатор начальной амплитуды и усилитель рассогласования по амплитуде. Вторая цепочка включает в себя соединенные последовательно фазовый детектор, компенсатор начальной фазы и усилитель рассогласования по фазе. Выходами устройства являются амплитуда и фаза сигнала от дефекта.

Недостатком этого устройства являются:

- применение аналоговой обработки сигналов, которая подвержена воздействию шумов, помех и климатических условий, что приводит к ошибкам в определении параметров дефектов, превышающим допустимую величину, и невозможности получения идентичности каналов;

- невозможно индицировать наличие дефекта и его параметров непосредственно на месте проведения контроля без применения дополнительного оборудования;

- наличие ложных индикаций дефекта при изменении зазора между преобразователем и контролируемой поверхностью объекта контроля;

- не ремонтопригодность монолитного многоэлементного преобразователя, когда при выходе из строя только одного элемента, приходится заменять все n одноэлементных преобразователей.

Технической задачей полезной модели является расширение эксплуатационных и функциональных возможностей устройства.

Эта задача достигается тем, что известное устройство вихретокового контроля, содержащее генератор с подключенными к его первому выходу n идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные одноэлементный преобразователь, выполненный из одной или двух катушек индуктивности и расположенный на диэлектрической подложке многоэлементного преобразователя, и блок обработки сигнала с входным усилителем, снабжено аналого-цифровым преобразователем для формирования цифрового сигнала, вход которого подключен к выходу усилителя, микроконтроллером цифровой обработки сигнала, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход подключен ко второму выходу генератора для синхронизации работы микроконтроллера. Введен дополнительно n-канальный индикаторный блок, к входам которого подключен выход каждого блока обработки сигнала, таким образом, цифровой сигнал с блока обработки сигнала поступает на один из входов n-канального индикаторного блока, где формируется, обрабатывается, и автоматически индицируются дефекты по всей зоне контроля и информация о параметрах этих дефектов. Диэлектрическая подложка многоэлементного преобразователя, на которой располагаются одноэлементные преобразователи, выполнена из m независимых секторов, m равно n, на каждом из которых находится одноэлементный преобразователь. Ширина каждого сектора равна или больше двум диаметрам катушки индуктивности одноэлементного преобразователя. Многоэлементный преобразователь, состоящий из совокупности n одноэлементных преобразователей, снабжен системой пространственной стабилизации относительно рабочей поверхности головки рельсов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов и на фиг.2 представлена кинематическая схема одного из возможных вариантов системы пространственной стабилизации многоэлементного преобразователя относительно поверхности объекта контроля.

Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов содержит генератор переменного напряжения 1, n идентично выполненных каналов 2 (2.1÷2.n), где n>1 и целое число, каждый из которых содержит одноэлементный преобразователь 3, вход которого соединен с первым выходом генератора переменного напряжения 1 и блок обработки сигнала 4. Блок обработки сигнала 4 содержит усилитель 5, вход которого соединен с выходом одноэлементного преобразователя 3, второй вход блока обработки сигнала 4 (вход синхронизации) подключен ко второму выходу генератора переменного напряжения 1. Выход усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 6. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с первым входом микроконтроллера цифровой обработки сигнала 7. Второй вход микроконтроллера цифровой обработки сигнала 7 является вторым входом блока обработки сигнала 4 (вход синхронизации), который подключен ко второму выходу генератора переменного напряжения 1. Выход блока обработки сигнала 4, который представляет собой выход микроконтроллера цифровой обработки сигнала 7, соединен с одним из входов n-канального индикаторного блока 8. Система стабилизации состоит из кронштейна 9, при помощи которого устройство вихретокового контроля может крепиться к любой железнодорожной платформе. Блок вертикальной стабилизации 10 через подвижные и подпружиненные штоки 15 соединен с кронштейном 9. Блок вертикальной стабилизации 10 осью подсоединен к блоку горизонтальной стабилизации 11. К блоку горизонтальной стабилизации 11 прикреплены корпус многоэлементного преобразователя 12 и упорные колесики горизонтальной стабилизации 13. На корпусе многоэлементного преобразователя 12 установлены упорные колесики вертикальной стабилизации 14.

Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов работает следующим образом.

Устройство устанавливается на любую платформу, которая может перемещаться по железнодорожному пути, при этом к платформе жестко крепится система пространственной стабилизации многоэлементного преобразователя относительно рабочей поверхности головки рельсов при помощи кронштейна 9. При установке платформы на железнодорожный путь многоэлементный преобразователь 12 автоматически, например, с помощью пружин, плотно прижимается к головке рельса, а при помощи упорных колесиков как горизонтальной стабилизации 13, так и вертикальной стабилизации 14, перемещается вместе с платформой вдоль рельса. При перемещении платформы вдоль железнодорожного пути многоэлементный преобразователь 12, содержащий n одноэлементных преобразователей 3, перемещается вдоль рельса и на бездефектных участках сигнал рассогласования на выходе преобразователей 3 постоянен (мал по величине или равен нулю). Как только хотя бы один из n преобразователей 3 (например, первого канала) смещается на дефектный участок рабочей поверхности головки рельсов, его напряжение меняет свою величину и фазу. Тогда на выходе усилителя 5 напряжение так же меняет свою величину и фазу относительно переменного напряжения генератора 1. Аналого-цифровой преобразователь 6 переводит выходное напряжение усилителя 5 в цифровую форму и передает его на первый вход микроконтроллера цифровой обработки сигнала 7. На второй вход микроконтроллера цифровой обработки сигнала 7 поступает переменное напряжение генератора 1. При обработки сигнала первого входа микроконтроллер цифровой обработки сигнала 7 вычисляет действительную и мнимую компоненты этого сигнала с учетом фазового сдвига относительно переменного напряжения генератора 1. Полученный результат в цифровой форме передается на один из входов (для данного случая на первый вход) n-канального индикаторного блока 8. Аналогичным образом работают и другие каналы. В индикаторном блоке 8 формируется сигналы от всех n входов, обрабатываются и автоматически индицируются дефекты по всей зоне контроля. При этом вычисляются и выводятся на экран значения их координат, протяженность, ориентация, глубина и другие возможные параметры.

Использование полезной модели дает возможность более объективно выявить дефекты, одновременно индицируя их на экране блока индикации. При этом повышается достоверность выявления дефектов (позволяет избавиться от ложных) как за счет цифровой обработки, так и за счет пространственной стабилизации преобразователя относительно рабочей поверхности головки рельсов.

1. Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов, содержащее генератор с подключенными к его первому выходу n идентичными каналами, n>1 и целое число, каждый из которых содержит последовательно включенные одноэлементный преобразователь, выполненный из одной или двух катушек индуктивности и расположенный на диэлектрической подложке многоэлементного преобразователя, и блок обработки сигнала с усилителем, отличающееся тем, что блок обработки сигнала с усилителем выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу усилителя блока обработки сигнала, микроконтроллера цифровой обработки сигнала, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход подключен ко второму выходу генератора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диэлектрическая подложка многоэлементного преобразователя выполнена из m независимых секторов, m равно n, на каждом из которых находится одноэлементный преобразователь, и ширина каждого сектора равна или больше двух диаметров катушки индуктивности одноэлементного преобразователя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что многоэлементный преобразователь дополнительно снабжен системой пространственной стабилизации относительно рабочей поверхности головки рельсов.

4. Устройство вихретокового контроля рабочей поверхности головки рельсов, содержащее генератор с подключенными к его первому выходу n идентичными каналами, n>1 и целое число, каждый из которых содержит последовательно включенные одноэлементный преобразователь и блок обработки сигнала, отличающееся тем, что дополнительно снабжен n-канальным индикаторным блоком, к входам которого подключен выход блока обработки сигнала каждого канала.