Устройство для измерения ширины рельсовой колеи

 

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.

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°.

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.

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.

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 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 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.

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».

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 81-8n измерительного канала «А» и n измерительных обмоток 91 -9n измерительного канала В, где n - количество измерительных обмоток вихретокового преобразователя, определяемое в соответствии с требуемой точностью измерения.

Устройство содержит n фазовых детекторов 101-10 n измерительного канала «А» и n фазовых детекторов 11 1-11n измерительного канала «В», а также соответствующие суммирующие усилители 12, 14 и 13, 15 измерительных каналов «А» и «В».

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 111-11n соответствующего канала, другие входы которых соединены с n измерительными обмотками 81-8 n и 91-9n соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5 каждого измерительного канала. Выходы фазовых детекторов 101-10 n и 111-11n каждого измерительного канала связаны с входами

суммирующих усилителей 12, 14 и 13, 15 соответствующего канала, выходы которых соединены с входами блока вычисления 1.

Измерительные обмотки 81-8n и 9 1-9n 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 8 1-8n и 91-9 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:

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.

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.

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:

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.

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:

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 1 канал «А» и 2 канал «В», в основном, зависят от величины смещения вихретоковых преобразователей относительно центров рельсов, а также от линейных размеров вихретоковых преобразователей. Значения углов 1 и 2 определяются блоком вычисления 1. Ширина колеи Ш определяется разностью фаз 1 и 2 и базой Ш0 по формуле:

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».

Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано в компьютеризированных вагонах-лабораториях путеизмерительных для измерения ширины рельсовой колеи с учетом износов головки рельсов.

Устройство для измерения ширины рельсовой колеи, включающие генератор высокой частоты, бесконтактный преобразователь, усилитель, блок обработки данных, отличающееся тем, что 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 соответствующего 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.



 

Наверх