СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРОСЛЕДОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR REMOTE DETECTION OF PASSAGE OF ROLLING STOCK WHEEL PAIRS AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам регистрации колесных пар подвижного состава.
Прототипом является путевой датчик, включающий подключенную к измерительной схеме катушку индуктивности с магнитопроводом, который выполнен прямоугольным и размещен параллельно оси головки рельса, при этом длина прямоугольного магнитопровода П-образной формы определяется функциональной зависимостью, а его ширина должна быть больше ширины реборды колеса подвижного состава, катушка индуктивности связана магнитным полем с ребордой колеса и через токовый резистор подключена к генератору переменного напряжения измерительной схемы, причем параллельно токовому резистору подключен преобразователь аналогового сигнала в логический, с которого сигнал поступает в систему счета осей [патент РФ 2372232, МПК B61L 1/08, 2009].
Недостатками прототипа являются:
- неудобство в эксплуатации, вызванное необходимостью подвода к датчику большого числа проводов для подключения питания и съема информации;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью подсчета колесных пар высокоскоростных поездов, так как самоиндукция в катушке обуславливает медленное нарастание тока при изменении магнитного потока, в результате чего проходящее через датчик второе колесо тележки может быть не зарегистрировано датчиком. Кроме того, датчик не позволяет определить направление движения подвижного состава;
- сложность конструкции, обусловленная наличием разнообразной аппаратуры.
Задачей изобретения является устранение этих недостатков, а именно упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава, включающем изменение в магнитопроводе посредством колеса магнитного потока, трансформацию последним информационного сигнала и восприятие ее фактом регистрации, в качестве информационного сигнала используют поток излучения, который трансформируют изменением величины рассеяния его в окружающую среду.
Величину рассеяния меняют изменением показателя преломления окружающей среды. Информационный сигнал пропускают через световод. Часть магнитопровода выполняют из магнитной жидкости. Рассеивание потока излучения производят путем удаления оболочки световода. В качестве основы магнитной жидкости используют керосин. Магнитную жидкость помещают в прозрачный корпус.
Устройство для осуществления способа дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава, содержащее преобразователь аналогового сигнала в логический, постоянный магнит и магнитопровод с чувствительным элементом, дополнительно снабжено усилителем, источником излучения, фотоприемником и световодом, при этом чувствительный элемент выполнен в виде трубки с магнитной жидкостью, в которой с сердцевиной, очищенной от оболочки, размещен световод, один конец которого оптически соединен с источником излучения, а другой - с фотоприемником, выход которого через усилитель подключен к преобразователю аналогового сигнала в логический.
Сердцевина, очищенная от оболочки, уложена в виде петли.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Использование в качестве информационного сигнала потока излучения, который трансформируют изменением величины его рассеяния в окружающую среду, позволяет упростить конструкцию исключением электрических проводов питания и улучшить эксплуатационные характеристики, убрав температурную погрешность.
Изменение величины рассеяния посредством показателя преломления окружающей среды повышает надежность конструкции устройства при изменении температуры, так как показатель преломления мало зависит от температуры и в небольших температурных интервалах даже может считаться постоянным. Температурный коэффициент показателя преломления пропорционален температурному коэффициенту плотности жидкости, который для подавляющего большинства жидкостей лежит в узких пределах от 0,0004 до 0,0006 1/град.
Пропускание информационного сигнала через световод повышает эксплуатационные характеристики, так как значительно уменьшается затухание сигнала по сравнению с передачей его по электрическим проводам на большие расстояния. Кроме того, по световоду при необходимости можно передавать значительно больше информации, чем по электрическому кабелю.
Выполнение части магнитопровода из магнитной жидкости позволяет относительно легко изменять показатель преломления, что упрощает конструкцию устройства, а также повышает быстродействие за счет высокой скорости перемещения жидкости в магнитном поле.
Проведение рассеивания потока излучения путем удаления оболочки световода позволяет также относительно легко конструктивно изменять показатель преломления среды и при необходимости выпускать устройства с различной чувствительностью, что улучшает эксплуатационные характеристики.
Использование в качестве основы магнитной жидкости керосина улучшает эксплуатационные характеристики. Керосин имеет низкую температуру замерзания и высокую температуру кипения, что позволяет использовать устройства с его применением в широком температурном диапазоне. Кроме того, керосин является маслянистой жидкостью, обладающей антифрикционными свойствами, что уменьшает износ поверхности, по которой он движется (течет) и, следовательно, увеличивает срок службы устройства.
Помещение магнитной жидкости в прозрачный корпус позволяет визуально проконтролировать работу устройства (чувствительного элемента) без специальной аппаратуры, что повышает эксплуатационные характеристики.
Снабжение устройства для осуществления способа дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава усилителем, источником излучения, фотоприемником и световодом и выполнение чувствительного элемента в виде трубки с магнитной жидкостью, в которой с сердцевиной, очищенной от оболочки, размещен световод, один конец которого оптически соединен с источником излучения, а другой - с фотоприемником, выход которого через усилитель подключен к преобразователю аналогового сигнала в логический, дает возможность упростить конструкцию устройства, повысить его быстродействие, расширить функциональные возможности и улучшить эксплуатационные характеристики за счет повышения стабильности параметров и уменьшения затухания сигнала при передаче его на расстояние.
Укладка сердцевины, очищенной от оболочки, в виде петли повышает восприимчивость чувствительного элемента.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема устройства дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава. На фиг. 2 изображен вариант выполнения чувствительного элемента устройства. На фиг. 3 изображен вариант чувствительного элемента в корпусе, выполненном в виде сообщающихся сосудов.
Устройство дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава содержит размещенные около рельса 1 с колесной парой 2 постоянный магнит 3 и выполненный из магнитомягкого материала магнитопровод 4 с чувствительным элементом, исполненным в виде трубки 5 с магнитной жидкостью 6, в которой с сердцевиной 7, очищенной от оболочки 8, размещен световод 9, который на расстоянии может быть оптически подключен одним концом к источнику 10 излучения, а другим - к фотоприемнику 11, выход которого через усилитель 12 соединен с преобразователем 13 аналогового сигнала в логический.
Способ реализуют следующим образом.
Для дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава заводят поток излучения от источника 10, например светодиода, в световод 9. Движение колесной пары 2 мимо магнита 3 и магнитопровода 4 вызывает увеличение магнитного потока у торца трубки 5 чувствительного элемента (фиг. 1). В результате этого магнитная жидкость 6 устремляется из нижней части трубки в верхнюю, притягиваясь к магнитопроводу 4. Поскольку на участке L с сердцевины 7 световода удалена оболочка 8, то происходит контакт поверхности сердцевины 7 с окружающей ее в трубке 5 средой, и закрывание сердцевины жидкостью уменьшает рассеяния идущего по световоду потока излучения, который раньше рассевался через разреженный в трубке воздух (вакуум). Причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины 7 и окружающей среды (см., например, Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические световоды. - М.: Мир, 1980). Основное затухание происходит на участке L, при закрывании (заливании, погружении в жидкость) которого жидкостью 6 на величину H при ее перемещении на выходе световода поток может быть найден по формуле
0
в
в
ж
Ф=Фexp(-αL)exp[H(α-α)],
0
ж
в
где Φ, Ф - соответственно поток на выходе и входе световода; α, α - соответственно коэффициент затухания в жидкости и в воздухе (вакууме).
Изменение расстояния Η от первоначального значения вызывает соответствующее изменение потока излучения, которое преобразуется фотоприемником 11, например фотодиодом, в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем 12 и подают на преобразователь 13 аналогового сигнала в логический, т.е. трансформируют тем самым сигнал на выходе фотоприемника в логический. Полученный логический сигнал записывают, например, в счетчик, подсчитывая число импульсов, которое будет соответствовать количеству колесных пар подвижного состава, проследовавших через чувствительный элемент.
После прохода колесной пары 2 через чувствительный элемент магнитный поток ослабевает и жидкость 6 за счет силы гравитации опускается вниз, в исходное состояние, обнажая при этом сердцевину 7 световода 9 и увеличивая при этом рассеяние потока излучения. Поскольку магнитная жидкость не проявляет ферромагнитных свойств и не сохраняет остаточной намагниченности после исчезновения магнитного поля, являясь парамагнетиком, то возврат ее в исходное положение будет происходить очень быстро.
Если очищенную сердцевину 7 световода уложить петлей (или несколькими петлями), то чувствительность такого элемента возрастет (фиг. 2).
Для определения направления движения подвижного состава корпус чувствительного элемента выполняют в виде сообщающегося сосуда (фиг. 3). В этом случае перекрывание колесной парой первого по ходу движения зазора магнитопровода, например левого, вызовет подъем магнитной жидкости в левой трубке и опускание ее в правой. При дальнейшем продвижении колесной пары, наоборот, жидкость опустится в левой и поднимется в правой трубке, что позволяет легко распознать направление движения подвижного состава. Кроме того, по времени между подъемом и опусканием магнитной жидкости в трубке или по интервалу времени между подъемами (опусканиями) жидкости в трубках можно оценивать величину скорости движения подвижного состава.
Внедрение изобретения позволит создать простое устройство для дистанционной регистрации проследования колесных пар подвижного состава.