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. 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».
1
n
1
n
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 8-8 измерительного канала «А» и n измерительных обмоток 9-9 измерительного канала В, где n - количество измерительных обмоток вихретокового преобразователя, определяемое в соответствии с требуемой точностью измерения.
1
n
1
n
Устройство содержит n фазовых детекторов 10-10 измерительного канала «А» и n фазовых детекторов 11-11 измерительного канала «В», а также соответствующие суммирующие усилители 12, 14 и 13, 15 измерительных каналов «А» и «В».
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
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 10-10 и 11-11 соответствующего канала, другие входы которых соединены с n измерительными обмотками 8-8 и 9-9 соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5 каждого измерительного канала. Выходы фазовых детекторов 10-10 и 11-11 каждого измерительного канала связаны с входами
суммирующих усилителей 12, 14 и 13, 15 соответствующего канала, выходы которых соединены с входами блока вычисления 1.
1
n
1
n
1
n
1
n
Измерительные обмотки 8-8 и 9-9 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 8-8 и 9-9.
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:
1
2
1
2
1
2
0
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 φ канал «А» и φ канал «В», в основном, зависят от величины смещения вихретоковых преобразователей относительно центров рельсов, а также от линейных размеров вихретоковых преобразователей. Значения углов φ и φ определяются блоком вычисления 1. Ширина колеи Ш определяется разностью фаз φ и φ и базой Ш 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.