Лазерный триангуляционный датчик положения рельсов и шпал

 

Полезная модель обеспечивает возможность повышения надежности работы и упрощения конструкции лазерного триангуляционного датчика. Датчик содержит источник излучения и приемную систему, включающую объектив и приемную матрицу, которая электрически связана с контроллером. Объектив фотоприемного устройства снабжен узкополосным интерференционным фильтром, спектр пропускания которого совпадает со спектром лазерного излучения, что обеспечивает возможность пропускания лазерного излучения и исключения прохождения широкополосных паразитных солнечных бликов. В качестве лазерного источника излучения датчик содержит лазер непрерывного действия. Все элементы лазерного триангуляционного датчика смонтированы в общем корпусе. В варианте выполнения интерференционный фильтр выполнен сменным. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к путеизмерительным устройствам железнодорожной диагностической техники и может быть использована для определения величин упругой осадки рельсового и подшпального оснований и упругой деформации рельсошпальных скреплений непрерывно по длине пути в составе нагрузочного диагностического комплекса.

Известны устройства для проведения измерений, включающие источник излучения и приемную систему, включающую фотоприемник с объективом. На работу известных устройств негативно влияют паразитные, например, солнечные блики, попадающие в поле зрения объектива фотоприемника. Солнечная засветка искажает форму измеряемого сигнала, в результате чего снижается точность измерений.

Известно лазерное устройство для проведения измерений по патенту RU 45520 U1 (G01B 11/00, 2005) лазерный триангуляционный измеритель. Известное устройство содержит источник излучения и приемную систему, включающую первую апертурную диафрагму и фотоприемное устройство с объективом. Приемная система снабжена второй апертурной диафрагмой, расположенной между первой диафрагмой и измеряемым объектом. Известное устройство обеспечивает возможность уменьшения искажения сигнала, что позволяет повысить точность измерения лазерного триангуляционного измерителя.

Однако известное устройство не решает задачу исключения влияния паразитных бликов.

Известно лазерное устройство для проведения измерений по патенту RU 2506538 С1 (G01B 11/24, 2014). Известное устройство содержит лазер, который работает в импульсном режиме; триангуляционные датчики, один из которых является основным и управляет лазером и остальными датчиками; устройство для обеспечения сетевого взаимодействия. Импульсный лазер позволяет увеличить свою мощность до уровня, достаточного, чтобы освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами, не влияло на точность измерений и сохраняло безопасность устройства, путем сокращения времени излучения, при этом управление временем и количеством импульсов осуществляется триангуляционными датчиками с помощью синхронизированных импульсов.

К недостаткам известного устройства можно отнести то, что решение задачи уменьшения влияния солнечной засветки производится достаточно сложным способом, а именно за счет замены лазера непрерывного действия на импульсный лазер, что влечет за собой усложнение схемы управления, как самим лазером, так и приемным устройством. К тому же известное устройство позволяет лишь частично снизить влияние солнечной засветки.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемой полезной моделью является лазерный триангуляционный датчик положения рельсов, раскрытый в описании изобретения, касающегося лазерной триангуляционной системы по патенту US 7460250 В2 (G01B 11/24, 2008). Известная лазерная система содержит, по меньшей мере, два одинаковых лазерных триангуляционных датчика, которые установлены на едином основании в виде бруса. Каждый лазерный триангуляционный датчик содержит узкополосный лазерный источник излучения и приемную систему, включающую объектив и приемную матрицу, связанную с контроллером, причем объектив фотоприемного устройства снабжен узкополосным интерференционным фильтром, спектр пропускания которого совпадает со спектром лазерного излучения. Для обеспечения точности измерений используется калибровочная пластина, которая располагается между датчиком и измеряемым объектом (рельсом).

Однако в известном лазерном триангуляционном датчике, как и в вышеприведенном устройстве по патенту RU 2506538 С1, в качестве лазерного источника излучения используется импульсный лазер, что влечет за собой усложнение схемы управления, как самим лазером, так и приемным устройством. Кроме того, решение задачи измерения положения рельса обеспечивается посредством одновременного использования, по меньшей мере, двух лазерных триангуляционных датчиков, что усложняет процесс измерений и снижает надежность. К недостаткам известного датчика также можно отнести то, что для обеспечения точности измерений он предполагает использование калибровочной пластины.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении возможности повышения надежности работы и упрощения конструкции лазерного триангуляционного датчика положения рельсов и шпал.

Указанная задача решается тем, что предложен лазерный триангуляционный датчик положения рельсов и шпал, содержащий узкополосный лазерный источник излучения и приемную систему, включающую объектив и приемную матрицу, которая электрически связана с контроллером, причем объектив фотоприемного устройства снабжен узкополосным интерференционным фильтром, спектр пропускания которого совпадает со спектром лазерного излучения. При этом в качестве лазерного источника излучения лазерный триангуляционный датчик содержит лазер непрерывного действия. Элементы лазерного триангуляционного датчика смонтированы в общем корпусе.

Вместе с этим интерференционный фильтр может быть выполнен сменным.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема расположения элементов лазерного триангуляционного датчика, функционально оптически связанных между собой.

В варианте осуществления полезной модели лазерный триангуляционный датчик содержит источник излучения 1 с объективом 2 и приемную систему, включающую фотоприемное устройство с объективом 3 и приемной матрицей 4, которая электрически связана с контроллером 5. Объектив 3 фотоприемного устройства снабжен интерференционным фильтром 6, спектр пропускания которого совпадает со спектром лазерного излучения, что обеспечивает возможность пропускания лазерного излучения и исключения прохождения широкополосных паразитных (например, солнечных) бликов. В качестве источника излучения 1 лазерный триангуляционный датчик содержит лазер непрерывного действия, который в варианте выполнения представляет собой, например, полупроводниковый лазер. Элементы лазерного триангуляционного измерителя смонтированы в общем корпусе (на чертеже не показано).

Устройство работает следующим образом. Излучение полупроводникового лазера 1 фокусируется объективом 2 на объекте 7. Рассеянное на объекте 7 излучение проходит через интерференционный фильтр 6, входящий в объектив 3 фотоприемного устройства, и собирается на приемной матрице 4. Контроллер 5 производит цифровую обработку сигналов и рассчитывает расстояние до объекта по положению центра изображения светового пятна на матрице 4.

На поверхность объекта 7 в область фокусировки лазерного излучения может попадать и паразитное солнечное излучение, которое отразившись, попадает в объектив фотоприемника на интерференционный фильтр 6. Фотоприемное устройство имеет широкий спектральный диапазон чувствительности. Солнечное излучение, которое также имеет широкополосную характеристику, в случае попадания на приемное устройство вызовет появление паразитного сигнала.

Интерференционный фильтр имеет узкополосную спектральную характеристику пропускания света, совпадающую с узкополосной спектральной характеристикой лазерного излучения. Поэтому широкополосное солнечное излучение подавляется при попадании на интерференционный фильтр, а узкополосное лазерное излучение проходит через фильтр. Как правило, для полного исключения влияния солнечной засветки отношение величины полезного сигнала от лазерного излучения к сигналу шума от солнечного излучения должно быть не менее 1000.

Таким образом, интерференционный фильтр 6 полностью препятствует прохождению паразитных бликов через объектив фотоприемника, которые искажают форму полезного сигнала.

Применение лазера непрерывного действия для засветки рельсов и шпал существенно упрощает электронную схему управления (контроллер), поскольку отсутствует блок синхронизации между лазерным излучателем и фотоприемной матрицей и не применяется импульсный генератор управления лазером, что в свою очередь повышает надежность работы датчика.

Таким образом, благодаря особенности исполнения лазерного триангуляционного датчика, полезная модель позволяет упростить устройство и обеспечивает возможность повышения надежности.

Заявленная полезная модель может быть осуществлена использованием в системе измерений нагрузочных диагностических комплексов. В частности заявленное устройство применено на действующем диагностическом нагрузочном комплексе СПМ-18.

1. Лазерный триангуляционный датчик положения рельсов и шпал, содержащий узкополосный лазерный источник излучения и приемную систему, включающую объектив и приемную матрицу, которая электрически связана с контроллером, причем объектив фотоприемного устройства снабжен узкополосным интерференционным фильтром, спектр пропускания которого совпадает со спектром лазерного излучения, отличающийся тем, что в качестве лазерного источника излучения используется лазер непрерывного действия, при этом элементы лазерного триангуляционного датчика смонтированы в общем корпусе.

2. Лазерный триангуляционный датчик по п. 1, отличающийся тем, что интерференционный фильтр выполнен сменным.

РИСУНКИ



 

Наверх