УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ И ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к устройствам для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути: рельсовых переводов, переездов, пересечений, съездов, тоннелей и мостов, и может быть использована в компьютеризированных путеизмерительных вагонах-лабораториях.
Известно устройство для технической диагностики рельсового пути (патент РФ №2066646, М. КЛ. 6: В 61 К 9/08; Е 01 В 35/00, 35/04, опубликованный в бюл. №26, 1996 г), содержащее генератор высокой частоты, вихретоковый преобразователь, выполненный в виде пары идентичных катушек индуктивности, размещенных в единой плоскости, первый и второй амплитудные детекторы, подключенные к катушкам индуктивности, соответственно первый и второй компенсаторы напряжений, связанные входами с выходами первого и второго амплитудных детекторов, сумматор, вычитатель, масштабный усилитель, вновь введенные коммутатор, третий и четвертый амплитудные детекторы, третий и четвертый компенсаторы напряжений, два сумматора, пять вычитателей, шесть масштабных усилителей, биполярный детектор, два блока памяти, компаратор, формирователь импульса обнуления. Все блоки соответственно связаны друг с другом. Данное устройство принято за прототип.
При всех достоинствах известного устройства следует отметить его ограниченные функциональные возможности в части определения бесконтактным методом рельсовых пересечений, переводов, переездов, съездов, тоннелей, мостов и объектов железнодорожного пути.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является расширение функциональных возможностей путем получения достоверной информации, идентифицирующей различные объекты и искусственные сооружения железнодорожного пути такие, как: рельсовые пересечения, переводы, переезды, съезды, мосты и тоннели и др.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути, содержащее автогенератор, вихретоковый преобразователь, включает в себя блок обработки данных, два идентичных измерительных канала «х» и «у», каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой блок согласования, смеситель,
операционный усилитель, при этом один выход автогенератора связан с обмоткой возбуждения первичного вихретокового преобразователя, а другой выход автогенератора подключен к одному их входов смесителей измерительных каналов «х» и «у», выходы измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя связаны с выходами соответствующих блоков согласования каждого измерительного канала, а выходы блоков согласования соединены с входами соответствующих смесителей, выходы которых соединены с соответствующими входами операционных усилителей каждого измерительного канала, выходы последних связаны с соответствующими входами блока обработки данных.
Обмотка возбуждения и две измерительные обмотки первичного вихретокового преобразователя размещены на обеих сторонах фольгированной текстолитовой платы прямоугольной формы и выполнены, например, фотолитографическим способом. При этом обмотка возбуждения первичного вихретокового преобразователя в виде двух, последовательно включенных между собой витков прямоугольной формы, каждый из которых расположен по периметру прямой и обратной стороны фольгированной текстолитовой платы.
Одна измерительная обмотка первичного вихретокового преобразователя размещена на прямой стороне фольгированной текстолитовой платы и ыполнена фотолитографическим способом в виде пары витков прямоугольной формы, включенных между собой встречно и расположенных вдоль противоположных сторон обмотки возбуждения первичного вихретокового преобразователя.
Другая измерительная обмотка первичного вихретокового преобразователя размещена на обратной стороне фольгированной текстолитовой платы и выполнена в виде пары витков прямоугольной формы, включенных между собой встречно и расположенных вдоль сторон обмотки возбуждения, ортогональных ее сторонам, вдоль которых ориентированы витки первой измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;
На фиг.2 - топология выполнения обмотки возбуждения и измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя на прямой стороне фольгированной текстолитовой платы;
На фиг.3 - топология обмотки возбуждения и измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя на обратной стороне фольгированной текстолитовой платы;
На фиг.4 представлено расположение первичного вихретокового преобразователя относительно рельсового полотна в процессе прохождения вагоном-путеизмерителем обыкновенного одиночного стрелочного перевода железнодорожного пути.
На фиг.5 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый одиночный стрелочный перевод по прямому участку железнодорожного пути (маршрут 1, фиг.4);
На фиг.6 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый одиночный стрелочный перевод по боковому участку пути (маршрут 2, фиг.4);
На фиг.7 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый одиночный стрелочный перевод с бокового пути;
На фиг.8 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый одиночный стрелочный перевод по прямолинейному участку пути;
На фиг.9 представлена схема устройства глухого косоугольного пересечения;
На фиг.10 представлена схема устройства глухого прямоугольного пересечения;
На фиг.11 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное пересечение по маршруту 1, фиг.9;
На фиг.12 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное пересечение по маршруту 2, фиг.9;
На фиг.13 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое прямоугольное пересечение;
На фиг.14 показаны записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через железнодорожный переезд с металлическим покрытием;
На фиг.15 показаны записи сигналов на выходе измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через железнодорожный мост длиной 250 м.
Устройство для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути содержит автогенератор 1 (фиг.1), первичный вихретоковый преобразователь 2, два измерительных канала «х» и «у»,каждый из которых соответственно содержит последовательно соединенные между собой блоки согласования
3 и 4, смесители 5 и 6, операционные усилители 7 и 8, подключенные к входам блока обработки данных 9.
При этом один из выходов автогенератора 1 подключен к одному из входов смесителей 5 и 6.
Выходы измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя 2 связаны с входами блоков согласования 3 и 4, в качестве которых могут быть использованы, например, трансформаторы.
Выходы блоков согласования 3 и 4 соответствующих измерительных каналов «х» и «у» соединены с другими входами соответствующих смесителей 5 и 6, выходы последних связаны с входами соответствующих операционных усилителей 7 и 8, выходы которых соответственно соединены с входами блока обработки данных 9.
Первичный вихретоковый преобразователь 2 содержит обмотку возбуждения 10, две измерительные обмотки 11 и 12 (фиг.2, 3), нанесенные, например, фотолитографическим способом на обе стороны фольгированной текстолитовой платы 13 прямоугольной формы.
Обмотка возбуждения 10 первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.2, 3) выполнена в виде двух витков прямоугольной формы, каждый из которых расположен по периметру прямой и обратной стороны фольгированной текстолитовой платы 13, и включены последовательно между собой.
Одна измерительная обмотка 11 первичного вихретокового преобразователя 2 расположена на одной из сторон фольгированной текстолитовой платы 13 и выполнена (фиг.2) в виде пары витков 14 и 15 прямоугольной формы, включенных между собой встречно и расположенных вдоль противоположных сторон обмотки возбуждения 10 первичного вихретокового преобразователя 2.
Другая измерительная обмотка 12 первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.3) размещена на обратной стороне фольгированной текстолитовой платы 13 и выполнена так же в виде пары витков прямоугольной формы 16 и 17 (фиг.3), включенных встречно между собой и расположенных вдоль сторон обмотки возбуждения 10, ортогональных ее сторонам, вдоль которых ориентированы витки измерительной обмотки 11 первичного вихретокового преобразователя 2.
Обмотка возбуждения 10 первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.2, 3) своими выходными концами «А» и «В» подключена к выходу автогенератора 1.
Выходные концы пары встречно включенных обмоток 14 и 15 первичного вихретокового преобразователя 2 подключена к входу блока согласования 3 измерительного канала «у», а выходные концы другой пары измерительных обмоток (16 и
17) первичного вихретокового преобразователя подключены к выходу блока согласования 4 измерительного канала «х».
Корпус первичного вихретокового преобразователя установлен в подвагонной части железнодорожного вагона, например, в окрестности некотловой вагонной тележки путеизмерителя, по его центральной оси, симметрично относительно рельсовых плетей таким образом что измерительные обмотки 14 и 15 первичного вихретокового преобразователя 2 ориентированы вдоль оси движения вагона-путеизмерителя (фиг.4).
Работает устройство следующим образом.
Автогенератор 1 (фиг.1) питает обмотку возбуждения 10 первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.2, 3) током высокой частоты, порядка 200 кГц.
Поскольку пары витков 14 и 15 измерительной обмотки 11 первичного вихретокового преобразователя 2 и пары витков 16 и 17 измерительной обмотки 12 (фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2 включены между собой встречно, то при движении вагона-путеизмерителя по участку железнодорожного пути, на котором отсутствуют объекты и искусственные сооружения железнодорожного пути, такие как: рельсовые переводы, пересечения, переезды, съезды, тоннели и мосты, сигналы на входах блоков 3 и 4, т.е. на выходных концах измерительных обмоток 11, 12 (см. фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2 близки к нулевому значению. Соответственно, на выходах блоков согласования 3, 4 (фиг.1), выходах смесителей 5, б (фиг.1) и выходах операционных усилителей 7 и 8 (фиг.1) соответствующих измерительных каналов «х» и «у», выходные сигналы также близки к нулевому значению.
Соответственно измерительные обмотки 16 и 17 первичного преобразователя 2 ориентированы вдоль оси ортогональной движению вагона-путеизмерителя (фиг.4).
При прохождении вагоном-путеизмерителем участка железнодорожного пути, имеющего в своем составе такие объекты, как переводы, пересечения, переезды, съезды, мосты, тоннели, металлические элементы конструкций этих объектов, попадая в зону действия электромагнитного поля обмотки возбуждения 10 (фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2, изменяют картину ее электромагнитного поля.
При этом на выходных концах измерительных катушек 11 и 12 (см. фиг.2, 3) появляются сигналы рассогласования, величина и фаза которых отражают изменения поля, вызванные металлическими элементами конструкций указанных выше объектов. Эти сигналы через блоки согласования 3 и 4 (см. фиг.1) поступают на вход смесителей 5, 6, где преобразуются в сигналы постоянного тока, полярность и величина которых отражают изменения картины электромагнитного поля при прохождении вагона-путеизмерителя через указанные объекты. Операционные усилители 7 и 8 (фиг.1)
усиливают сигналы с выхода смесителей 5 и б соответственно. Эти сигналы поступают в блок обработки данных 9 (фиг.1).
Две пары ортогонально расположенных друг относительно друга измерительных обмоток (11 и 12, фиг.2, 3) необходимы для фиксации отдельных металлических элементов объектов железнодорожного пути, определенным образом ориентированных относительно колеи движения, чтобы по совокупности признаков сигналов, получаемых на выходе каналов «х» и «у» идентифицировать указанные выше объекты и искуственные сооружения. Пара измерительных обмоток, расположенных вдоль оси движения (обмотки 14 и 15, фиг.2, 3), реагирует на металлические элементы объектов железнодорожного пути, расположенных внутри колеи и ориентированных вдоль оси движения или под некоторым углом к этой оси. Другая пара измерительных обмоток (обмотки 16 и 17, фиг.2, 3), ориентированная ортогонально оси движения, реагирует на металлические элементы объектов железнодорожного пути, расположенные внутри колеи в направлении ортогональном оси движения вагона-путеизмерителя.
Если такие элементы оказывают преимущественное влияние на первую по ходу движения половину поперечной обмотки (половину 17, фиг.4), то на выходе канала «х» формируется сигнал положительной полярности, величина которого определяется степенью этого преимущественного влияния. Если же такие металлические элементы создают преимущественное влияние на вторую по ходу движения половину поперечной обмотки (половину 16, фиг.4), то на выходе канала «х» формируется сигнал отрицательной полярности, величина которого определяется степенью этого преимущественного влияния. В случае симметричного (одинакового) влияния металлических элементов конструкции объекта контроля как на первую, так и на вторую поперечные половины, выходной сигнал канала «х» оказывается близким к нулевому значению.
Если продольно ориентированный или расположенный под некоторым углом к оси движения вагона-путеизмерителя металлический элемент конструкции объекта железнодорожного пути, например, рельс оказывает преимущественное влияние на левую по ходу движения половину продольной обмотки (на обмотку 14, фиг.4), то на выходе канал «у» формируется сигнал положительной полярности, величина которого определяется степенью этого преимущественного влияния. Если в процессе движения вагона-путеизмерителя преимущественное влияние металлических элементов объекта железнодорожного пути оказывается на правую относительно направления движения половину продольной измерительной обмотки (на обмотку 15, фиг.4), то на выходе канала «у» формируется сигнал отрицательной полярности, величина которого
определяется степенью этого преимущественного влияния. В случае симметричного (одинакового) влияния металлических элементов как на левую (14), так и на правую (15) половины продольной измерительной обмотки, выходной сигнал канала «у» оказывается близким к нулевому значению.
Принципиальную возможность идентификации объектов железнодорожного пути и искусственных сооружений покажем на примере основных объектов, которыми являются одиночные стрелочные переводы и рельсовые пересечения. На фиг.4 представлена схема устройства одиночного обыкновенного правого стрелочного перевода.
На фиг.5 представлены экспериментально полученные записи выходных сигналов каналов «х» и «у» при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через стрелочный перевод указанного типа оп маршруту 1, фиг.4, т.е. по прямолинейному участку пути. Короткие по пути знакопеременные выходные сигналы по измерительному каналу «х» обусловлены влиянием на первичный вихретоковый преобразователь основной и дополнительной тяг стрелочного перевода. Знакопеременный и протяженный по пути сигнал на выходе канала «у» определяется влиянием пересекаемой нити бокового пути на продольно расположенные левую и правую половины обмотки 11 фиг.2 измерительного канала «у».
На фиг.6 представлены записи выходных сигналов каналов «х» и «у» при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через стрелочный перевод фиг.4 по маршруту 2, фиг.4, т.е. оп боковому пути.
На фиг.7 и фиг.8 представлены записи выходных сигналов каналов «х» и «у» при пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через стрелочный перевод фиг.4 с бокового пути и с прямолинейного участка пути соответственно.
Анализ сигналов, представленных на фиг.5, 6, 7, 8 позволяет заключить, что совокупность сигналов по измерительным каналам «х» и «у» однозначно характеризует не только факт прохождения вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод, но и направление такого прохождения и маршрут движения. Действительно, в процессе прохождения одиночного стрелочного перевода любого типа и по любому маршруту движения первичный преобразователь 2 (фиг.1) пересекает одну рельсовую плеть, поэтому на выходе измерительного канала «у» формируется один достаточно протяженный по пути s (≈10-15 м) непрерывный двуполярный сигнал. Наличие двуполярных коротких по пути s сигналов на выходе измерительного канала «х», предваряющих появление двуполярного выходного сигнала на канале «у» свидетельствует о противошерстном прохождении через одиночный стрелочный перевод (см. фиг.5, 6). Полярность первой полуволны выходного сигнала по каналу «у» характеризует маршрут
движения. Так, при противошерстном прохождении через одиночный обыкновенный правый стрелочный перевод положительная полярность первой полуволны выходного сигнала канала «у» (см. фиг.5) соответствует прохождению вагона-путеизмерителя по прямому пути (см. фиг.4). Отрицательная полярность первой полуволны выходного сигнала канала «у» соответствует движению через одиночный обыкновенный стрелочный перевод по боковому пути (см. фиг.6).
Наличие коротких по пути s двуполярных на выходе измерительного канала «х», соответствующих дополнительным и основной тягам и следующих в конце двуполярного выходного сигнала измерительного канала «у», свидетельствует о пошерстном прохождении вагоном-путеизмерителем через одиночный обыкновенный перевод (см. фиг.7, 8). При этом положительная полярность первой полуволны выходного сигнала на измерительном канале «у» свидетельствует о пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый стрелочный перевод с бокового пути (см. фиг.7). При отрицательной полярности первой полуволны сигнала на измерительном канале «у» свидетельствует о пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через обыкновенный правый стрелочный перевод по прямому пути (см. фиг.8).
На фиг.9, 10 представлены схемы глухих рельсовых пересечений косоугольного (фиг.9) и прямоугольного (фиг.10). При движении через эти пересечения первичный вихретоковый преобразователь проходит над двумя рельсовыми нитями. На фиг.11 показаны записи выходных сигналов измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное пересечение по маршруту 1 (см. фиг.9). На фиг.12 представлены записи тех же выходных сигналов при прохождении вагона-путеизмерителя по маршруту 3 (см. фиг.9). Признаком прохождения косоугольного пересечения является наличие двух следующих друг за другом знакопеременных сигналов на выходе измерительного канала «у». Признаком движения по маршруту 1 (см. фиг.9) является тот факт, что серия из двух следующих друг за другом знакопеременных сигналов на выходе канала «у» начинается с положительной полуволны. Признаком движения по маршруту 3 (см. фиг.9) является тот факт, что указанная выше серия начинается с отрицательной полуволны.
Двойные стрелочные переводы, в том числе и перекрестные, съезды, в том числе и перекрестные, представляют собой комбинацию из одиночных стрелочных переводов и косоугольных пересечений. Их идентификация основывается на идентификации составляющих объектов, т.е. одиночных стрелочных переводов и косоугольных пересечений.
На фиг.13 представлены записи выходных сигналов измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое прямоугольное пересечение. Признаком прохождения через такое пересечение является наличие двух следующих друг за другом с некоторым интервалом знакопеременных сигналов на выходе канала «х». При этом на выходе канала «у» сигнал близок к нулевому значению. Интервал между знакопеременными сигналами на выходе канала «х» не превылает 1,5 м (см. фиг.13).
При прохождении вагона-путеизмерителя через такие искусственные сооружения, как железнодорожные переезды, мосты, тоннели, выходные сигналы на измерительных каналах «х» и «у» принципиально не отличаются от соответствующих сигналов, которые показаны на фиг.13. на этом основании можно заключить, что идентификационный признак для глухих прямоугольных пересечений, переездов, мостов и тоннелей один и тот же - это факт появления двуполярного выходного сигнала на измерительном канале «х» в начале и в конце объекта идентификации. Отличие состоит в протяженности объекта. Если для глухих прямоугольных пересечений интервал между указанными выше сигналами составляет 1,5 м, то для переездов он может составлять величину 6-15 м, а для мостов и тоннелей не менее 25 м. На фиг.14 представлены записи сигналов на выходах измерительных каналов «х» и «у» при прохождении вагона-путеизмерителя через железнодорожный переезд, покрытый металлическими плитами, а на фиг.15 записи тех же сигналов при прохождении железнодорожного моста длиной 250 м.