Устройство для определения местоположения дефектов рельсового пути
Устройство для определения местоположения дефектов рельсового пути относится к области диагностики железнодорожного пути и может быть использовано для установления координат дефектов рельсового пути. Устройство состоит из четырех акселерометров 1-4 с вертикально ориентированной измерительной осью, предназначенных для установки на каждом колесе тележки вагона, одометра 5, приемника спутниковой навигационной системы 6, электронной карты пути 7 и блока обработки БО с интерфейсом И. Достигаемым техническим результатом является увеличение точности определения местоположения дефектов рельсового пути.
Полезная модель относится к области диагностики железнодорожного пути и может быть использована для установления координат дефектов рельсового пути.
Известно устройство для оценки и индикации скорости движения и пройденного пути, - «электронный спидометр» [Патент РФ 
2183836, МПК G01P 1/08, G01P 3/10, G01C 22/00], содержащий датчик импульсов, схему формирования управляющих сигналов и указатель скорости, а также делитель частоты с регулируемым коэффициентом, счетчик пути и индикатор. Показания прибора пропорциональны числу импульсов с момента начала регистрации и номинальному значению цены деления, определяющемуся как отношение длины обода колеса к количеству импульсов на один оборот колеса. Известна модификация устройства для контроля пройденного пути, посредством ручной коррекции его показаний, осуществляемой путем своевременного нажатия кнопки синхронизации при прохождении вагоном мимо километрового столба, указывающего расстояние (в км).
К недостаткам известного аналога относится невозможность точной локализации обнаруженных дефектов из-за его погрешностей, вызванных различными факторами (скорость движения, проскальзывание колеса, погодные условия), и могущих составлять до 5 м на 1 км. К недостаткам вышеизложенной модификации известного аналога относятся: сложность для оператора выполнения процедуры коррекции при высоких скоростях движения вагона, в ночное время и в условиях плохой видимости путевой инфраструктуры (туман, дождь, снег).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является изобретение, описанное в патенте «способ коррекции датчика пройденной дистанции» [Патент РФ 2243505, МПК G01C 22/00, E01B 35/00]. На основе цифровой фильтрации производят интегрирование изменений географических координат и скорости объекта, полученных при обработке информации, поступающей из канала спутниковой навигационной системы (СНС) и каналов системы навигации и ориентации и одометра. Далее получают уточненные оценки погрешности одометра, по которым корректируют номинальное значение его шага.
К недостаткам изобретения относится невысокая точность локализации дефекта: погрешность определения пройденной дистанции - десятые доли метра.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является разработка устройства, позволяющего точно определять местоположение дефектов рельсового пути (на уровне единиц сантиметров).
Поставленная задача решается за счет того, что предложенное устройство, также как и известные, содержит одометр, приемник СНС и блок обработки информации с интерфейсом. Но, в отличие от известных устройств, дополнительно введена электронная карта пути, связанная с выходами приемника СНС и одометра, четыре акселерометра с вертикально ориентированной измерительной осью, предназначенные для установки на каждом колесе тележки вагона, выходы которых соединены с входами блока обработки, а пятый вход блока обработки связан с электронной картой пути.
Достигаемый технический результат - увеличение точности определения местоположения дефектов рельсового пути. Это достигается двухуровневым уточнением местоположения дефекта рельсового пути. На первом этапе данные от одометра и приемника СНС поступают в электронную карту пути, осуществляется их аппроксимация кривой, соответствующей положению рельсовой колеи, что обеспечивает возможность локализации области, в которой расположен дефект пути. Для определения точного местоположения дефекта на втором этапе используется процедура корреляционного анализа пространственного рассогласования реакций акселерометров следом идущих колесных пар тележки на одну и ту же серию стыков. Отличие найденной величины рассогласования от известной базы тележки (расстояние между осями ее колесных пар) позволяет оценить погрешность определения скорости движения, а значит, и уточнить пройденную дистанцию (местоположение дефекта).
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства. Устройство для определения местоположения дефектов пути содержит четыре акселерометра 1-4 с вертикально ориентированной измерительной осью, которые крепятся на четырех буксах колесных пар одной тележки вагона, причем акселерометры 1 и 2 устанавливают с одной стороны, 3 и 4 - с другой, одометр 5, приемник СНС 6, электронную карту пути 7 и блок обработки БО с интерфейсом И.
Устройство работает следующим образом.
При качении тележки вагона по рельсовому пути одометр 5 вырабатывает сигнал, соответствующий пройденной дистанции. Приемник СНС 6 формирует сигналы пропорциональные широте и долготе места. Сигналы пройденной дистанции, широты и долготы вводятся в электронную карту пути 7. В электронной карте пути 7, с использованием метода наименьших квадратов, осуществляется аппроксимация траектории движения тележки вагона кривой, соответствующей положению рельсовой колеи. Таким образом, по местоположению тележки вагона на электронной карте пути 7 в момент обнаружения дефекта, осуществляется первичная локализация области, в которой расположен этот дефект пути.
Информация из электронной карты пути 7 поступает на вход блока обработки БО. Акселерометры 1-4 с измерительными осями, направленными вертикально, вырабатывают сигнал, пропорциональный действующим по вертикальной оси ускорениям и также передают его в блок обработки БО.
В блоке обработке БО, по информации, поступающей от электронной карты пути 7, происходит вычисление скорости движения тележки, определяющееся как отношение приращения пройденной дистанции ко времени, затраченному на ее прохождение. Каждый из четырех акселерометров 1-4 нормируется за счет деления на коэффициент, пропорциональный скорости движения тележки, исключается зависимость величины коэффициента взаимной корреляции от скорости движения. Нормированные таким образом сигналы подвергаются корреляционному анализу (сигнал акселерометра 1 анализируется совместно с показаниями акселерометра 2, а 3 - с 4), при этом ширина окна корреляционного анализа определяется исходя из времени прохождения акселерометрами 2 и 4 второй по ходу движения колесной пары междуосевого расстояния, то есть базы тележки. В случае превышения коэффициентом корреляции порогового значения, определяющегося исходя из норм безопасности на железной дороге, делается вывод о наличии неровности на поверхности катания рельса и оценивается задержка в сигналах ускорений, действующих на акселерометры 2 и 4 второй по ходу движения колесной пары. Погрешность в определении времени задержки зависит от частоты опроса акселерометров и при частоте дискретизации порядка 500 кГц составляет 2 мкс. Отличие этой задержки от времени, необходимого для прохождения междуосевого расстояния (базы тележки), исходя из скорости движения тележки, ранее рассчитанной по информации, поступающей от электронной карты пути 7, определяет погрешность в вычислении скорости, а значит и ошибку в определении пройденной с этой скоростью дистанции. Скорректированное на рассчитанную величину местоположение дефекта рельсового пути поступает в интерфейс И устройства.
Описание предложенного устройства доказывает возможность достижения технического результата - увеличение точности определения местоположения дефектов рельсового пути. Погрешность дискретизации одометра составляет величину порядка 1 м/км, что за время прохождения 2,4 м (базы тележки) со скоростью движения 60 км/ч даст погрешность по времени порядка 150 мкс, что в 75 раз больше погрешности определения времени задержки между сигналами ускорений предлагаемым устройством. Погрешность в определении местоположения дефектов рельсового пути, в этом случае (скорость движения 60 км/ч), составит порядка 1,5 см и может быть оценена в пределах 1-6 см для скоростей движения 40-200 км/ч.
Устройство для определения местоположения дефектов рельсового пути, содержащее одометр, приемник спутниковой навигационной системы, блок обработки с интерфейсом, отличающееся тем, что введена электронная карта пути, связанная с выходами приемника спутниковой навигационной системы и одометра, четыре акселерометра с вертикально ориентированной измерительной осью, предназначенные для установки на каждом колесе тележки вагона, выходы которых соединены с входами блока обработки, а пятый вход блока обработки связан с электронной картой пути.
