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: стрелочных переводов, пересечений, переездов, съездов, мостов и тоннелей и может быть использована в компьютерных путеизмерительных вагонах-лабораториях.
Известно устройство для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути (патент РФ №44624, опубликовано: 27.03.2005 Бюл. №9), 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 из входов смесителей измерительных каналов «х» и «у», выходы измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя связаны с входами 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 выполнена 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.
Размещение двух пар ортогонально расположенных измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя в известном устройстве, принятом за прототип, снижает коэффициент использования площади контура обмотки возбуждения первичного вихретокового преобразователя, что приводит к необходимости существенного усиления сигналов, полученных с выходов измерительных обмоток первичного вихретокового преобразователя.
Недостатком известного устройства является также сложность его конструкции, низкое соотношение «сигнал-шум».
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является упрощение структуры устройства, увеличение коэффициента использования площади контура обмотки возбуждения первичного вихретокового преобразователя и увеличение соотношения «сигнал-шум».
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути, содержащем автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, выполненный в виде фольгированной текстолитовой платы прямоугольной формы с размещенными на обеих ее сторонах обмотки возбуждения и измерительной обмотки, блок обработки данных и измерительный канал, включающий последовательно соединенные между собой блок согласования, смеситель, операционный усилитель. При этом один из выходов автогенератора связан с обмоткой возбуждения первичного вихретокового преобразователя, а другой выход автогенератора подключен к одному из входов смесителя, а выход измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя связан с входом блока согласования, при этом обмотка возбуждения первичного вихретокового преобразователя выполнена в виде двух, последовательно включенных между собой витков прямоугольной формы, каждый из которых размещен по периметру прямой и обратной стороны фольгированной текстолитовой платы.
Измерительная обмотка первичного вихретокового преобразователя состоит из двух частей, включенных встречно последовательно друг относительно друга, каждая из которых состоит из двух витков, имеющих треугольную форму, расположенных кососимметрично относительно одной из диагоналей прямоугольного витка обмотки возбуждения и включенных последовательно согласно друг относительно друга.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;
На фиг.2 показана топология выполнения обмотки возбуждения и витков измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя на прямой стороне фольгированной текстолитовой платы;
На фиг.3 показана топология выполнения обмотки возбуждения и витков измерительной обмотки на обратной стороне фольгированной текстолитовой платы;
На фиг.4 представлена схема устройства одиночного обыкновенного правого стрелочного перевода и расположение первичного вихретокового преобразователя относительно оси движения вагона-путеизмерителя;
На фиг.5 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг.1) при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод по прямолинейному участку пути маршрут 1 (фиг.4);
На фиг.6 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 при противошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод по боковому пути маршрут 2 (фиг.4);
На фиг.7 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 при пошерстном прохождении вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод с бокового пути;
На фиг.8 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 при пошерстном прохождений вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод по прямолинейному участку пути;
На фиг.9 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное рельсовое пересечение по одному из маршрутов;
На фиг.10 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное пересечение, что и на фиг.9, но по другому маршруту;
На фиг.11 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг.1) при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое прямоугольное пересечение;
На фиг.12 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг.1) при прохождении вагона-путеизмерителя через железнодорожный мост длиной 67 м.
Устройство для идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути содержит автогенератор 1 (фиг.1), первичный вихретоковый преобразователь 2, измерительный канал, содержащий последовательно соединенные между собой блок согласования 3, смеситель 4, операционный усилитель 5, подключенный к блоку обработки данных 6. При этом один из выходов автогенератора 1 подключен к обмотке возбуждения 7 (фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1), а второй выход автогенератора 1 (фиг.1) подключен к одному из входов смесителя 4. Выход измерительной обмотки вихретокового преобразователя 2 связан с блоком согласования 3, в качестве которого может быть использован повышающий трансформатор. Выход блока согласования 3 соединен со вторым входом смесителя 4, выход которого связан с входом операционного усилителя 5, выход последнего соединен с входом блока обработки данных 6.
Первичный вихретоковый преобразователь 2 (фиг.1) содержит обмотку возбуждения 7 (фиг.2, 3), составленную из двух последовательно согласно включенных витков, проходящих вдоль периметра прямоугольной фольгированной текстолитовой платы, имеющей прямоугольную форму. Выходные концы этой обмотки подключены к выходу автогенератора 2 (фиг.1). На той же плате, где расположена обмотка возбуждения первичного вихретокового преобразователя, размещена измерительная обмотка, состоящая из двух частей, включенных последовательно встречно друг относительно друга. При этом каждая из частей состоит из двух витков, включенных последовательно согласно. Одну часть измерительной обмотки образуют витки 8, 10 (фиг.2, 3), а другую часть измерительной обмотки образуют витки 9, 11 (фиг.2, 3).
Витки измерительной обмотки 8 и 9 (фиг.2), расположенные на прямой стороне фольгированной текстолитовой платы, имеющей прямоугольную форму, и витки 10, 11 (фиг.3), расположенные на обратной стороне текстолитовой платы, представляют собой треугольную конфигурацию и расположены кососимметрично относительно одной из диагоналей платы (относительно диагонали a, b на фиг.2).
Таким образом виток измерительной обмотки 8 (фиг.2) расположен на прямой стороне непосредственно над витком измерительной обмотки 10 (фиг.3), расположенным на обратной стороне текстолитовой платы. При этом витки 8 и 10 включены последовательно согласно друг относительно друга и образуют одну из двух частей измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1). соответственно виток 9 прямой стороны платы (фиг.2) расположен непосредственно над витком 11, расположенным на обратной стороне текстолитовой платы. Витки 9 и 11 включены согласно последовательно друг относительно друга и образуют вторую часть измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1). Указанные части измерительной обмотки включены последовательно встречно друг относительно друга. Выходные концы измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя соединены с входными концами блока согласования 3 (фиг.1).
Корпус первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1) установлен в подвагонной части вагона-путеизмерителя, например, в окрестности некотловой вагонной тележки симметрично относительно его центральной оси. Вариант установки корпуса первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1) в подвагонной части путеизмерителя показан на фиг.4. При такой установке части измерительной обмотки вихретокового преобразователя 2 расположены кососимметрично относительно оси движения вагона.
Работает устройство следующим образом.
Автогенератор 1 (фиг.1) питает обмотку возбуждения 7 (фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1) током высокой частоты (порядка 200 кГц). Поскольку части измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя 2 включены встречно последовательно друг относительно друга, то при движении вагона-путеизмерителя по участку железнодорожного пути, на котором отсутствуют объекты и искусственные сооружения такие, как стрелочные переводы, переезды, съезды, мосты и тоннели, сигнал на выходных концах измерительной обмотки первичного вихретокового
преобразователя 2 (фиг.1) близок к нулевому значению. Соответственно, на выходе операционного усилителя 5 сигнал близок к нулевому уровню.
При прохождении вагоном-путеизмерителем участка железнодорожного пути, имеющего в своем составе такие объекты, как стрелочные переводы, пересечения, съезды, мосты и тоннели, металлические элементы конструкций этих объектов, попадая в зону действия электромагнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения 7 (фиг.2, 3) первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.1), изменяют картину ее электромагнитного поля. При этом на выходных концах измерительной обмотки вихретокового преобразователя появляется сигнал рассогласования, величина и форма которого отражает степень изменения картины поля, вызванные металлическими элементами конструкций указанных выше объектов. Разностный сигнал на выходе измерительной обмотки через блок согласования 3 (фиг.1) поступает на вход смесителя 4, где преобразуется в сигнал постоянного тока, полярность и величина которого отражает степень изменения картины электромагнитного поля при прохождении вагона-путеизмерителя через указанные выше объекты и искусственные сооружения железнодорожного пути. Операционный усилитель 5 нормализует сигнал смесителя 4 и подает его на вход блока обработки 6.
Кососимметричное расположение частей измерительной обмотки первичного вихретокового преобразователя 2 (фиг.4) относительно оси движения вагона-путеизмерителя обеспечивает возможность получения сигналов на выходе измерительного канала, т.е. на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1), обусловленных воздействием металлических элементов конструкции объектов железнодорожного пути, расположенных внутри колеи и ориентированных как вдоль оси движения так и вдоль плоскости, ортогональной оси движения. Однозначно идентифицировать объекты и искусственные сооружения железнодорожного пути позволяет тот факт, что протяженность объектов железнодорожного пути, металлические конструкции которых ориентированы
в плоскости, ортогональной оси движения и фиксируемых устройством идентификации, существенно меньше, чем протяженность металлических элементов конструкций объектов, ориентированных вдоль оси движения вагона-путеизмерителя и фиксируемых устройством идентификации. Так, протяженность стрелочных переводов рельсовых косоугольных пересечений, металлические элементы конструкций которых ориентированы вдоль оси движения, составляет порядок десятков метров. Протяженность фиксированных металлических элементов конструкций объектов железнодорожного пути, ориентированных в плоскости ортогональной оси движения не превышает 1÷2 м.
При условии, что металлические элементы конструкции объекта железнодорожного пути или искусственного сооружения оказывают преимущественное воздействие на витки 8, 10 (фиг.4) измерительной катушки первичного вихретокового преобразователя по отношению к воздействию на витки 9, 11 (фиг.4) этой катушки, на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1) формируется сигнал положительной полярности. При условии, что металлические элементы конструкции объекта железнодорожного пути или искусственного сооружения оказывают преимущественное воздействие на витки 9, 11 (фиг.4) измерительной катушки по отношению к воздействию на витки 8, 10 (фиг.4) этой катушки на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1) формируется сигнал отрицательной полярности. В случае одинакового воздействия на половины 8, 10 и 9, 11 (фиг.4) на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1) формируется сигнал близкий к нулевому значению.
Принципиальную возможность идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути покажем на примере основных объектов, которыми являются одиночные стрелочные переводы, рельсовые пересечения и мосты.
Анализ сигналов, представленных на фиг.5, 6, 7, 8 позволяет заключить, что выходные сигналы операционного усилителя 5 (фиг.1) однозначно характеризуют не только факт прохождения вагоном-путеизмерителем одиночного
обыкновенного стрелочного перевода (фиг.4), но и направление такого прохождения и маршрут движения. Действительно, в процессе прохождения одиночного стрелочного перевода любого типа и по любому маршруту первичный вихретоковый преобразователь 2 (фиг.1) проходит только над одной рельсовой нитью, пересекая ее. В результате на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1) формируется один, достаточно протяженный по пути (≈10÷15 м) двуполярный сигнал. Наличие коротких по протяженности двуполярных сигналов на выходе усилителя 5, предваряющих появление протяженного двуполярного сигнала, указывают на факт противошерстного прохождения вагоном-путеизмерителем одиночного стрелочного перевода (см. фиг.5, 6). При этом полярность первой полуволны протяженного знакопеременного выходного сигнала операционного усилителя 5 характеризует маршрут движения. Так, при противошерстном прохождении вагоном-путеизмерителем через одиночный обыкновенный правый стрелочный перевод положительная полярность первой полуволны протяженного выходного сигнала (см. фиг.5) соответствует маршруту прохождения вагоном-путеизмерителем по прямому участку пути стрелочного перевода. Отрицательная полярность первой полуволны протяженного знакопеременного сигнала на выходе операционного усилителя 5 (фиг.1) соответствует маршруту движения вагона-путеизмерителя через указанный выше перевод по боковому пути (см. фиг.6).
Наличие коротких по пути s двуполярных сигналов на выходе операционного усилителя 5 следующих вслед за окончанием протяженного знакопеременного сигнала свидетельствует о пошерстном прохождении вагоном-путеизмерителем через одиночный обыкновенный стрелочный перевод (см. фиг.7, 8). При этом положительная полярность первой полуволны протяженного выходного сигнала свидетельствует о маршруте прохождения вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод с бокового пути (см. фиг.7). Отрицательная полярность первой полуволны протяженного знакопеременного выходного сигнала операционного усилителя
5 (фиг.1) соответствует маршруту пошерстного прохождения вагона-путеизмерителя через обыкновенный одиночный стрелочный перевод по его прямолинейному участку.
На фиг.9 и фиг.10 представлены записи выходных сигналов операционного усилителя 5 (фиг.1), полученные при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое косоугольное пересечение по двум возможным маршрутам. Признаком прохождения косоугольного пересечения является наличие двух, следующих друг за другом двуполярных сигналов, протяженность которых составляет порядок 10 м. Признаком движения по соответствующему маршруту также является полярность полуволны, с которой начинается серия сигналов. Так, для одного из маршрутов серия сигналов начинается с положительной полуволны (см. фиг.9), а для другого маршрута прохождения того же пересечения серия сигналов начинается с отрицательной полуволны (см. фиг.10).
На фиг.11 представлена запись выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг.1), полученная при прохождении вагона-путеизмерителя через глухое прямоугольное пересечение. Признаком прохождения вагоном-путеизмерителем через такое пересечение является наличие двух следующих друг за другом с некоторым интервалом знакопеременных сигналов малой протяженности (≈0,4 м). интервал между знакопеременными сигналами, следующими друг за другом не превышает 1,5 м.
При прохождении вагона-путеизмерителя через такие искусственные сооружения железнодорожного пути, как переезды, мосты, тоннели, выходные сигналы операционного усилителя 5 (фиг.1) принципиально имеют те же идентификационные признаки, что и указанные на фиг.11. Отличительным свойством при этом может служить протяженность между началом и концом объекта идентификации. Если для глухих прямоугольных пересечений интервал между началом и концом объекта не превышает 1,5 м, то для переездов этот интервал может составлять величину 5÷15 м, а для мостов и тоннелей этот интервал составляет не менее 25 м. На фиг.12 представлен фрагмент
записи выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг.1) при прохождении вагона-путеизмерителя через железнодорожный мост длиной 67 метров.