УСТАНОВКА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МЕТАЛЛОЛОМА В ДВИЖУЩИХСЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНАХ

Полезная модель относится к системам мониторинга металлолома в движущихся железнодорожных вагонах, а именно к системам определения степени его засоренности немагнитными материалами путем дистанционного измерения массы ферромагнитного груза («магнитной» массы) и сопоставления ее с данными вагон-весов.
Известны рентгенотелевизионные установки, предлагаемые некоторыми компаниями, как средство экспресс-контроля автомобильных грузов (http://www.medimportag.ru/?action=3&sub=5&prod=15, http://www.bezopasnost.ru/upload/iblock/f2e/HCVC%20250250n-2isa.pdf http://www.bnti.ru/des.asp?itm=4399&tbl=04.06.01.)
Однако применение источников ионизирующего излучения высокой мощности для экспресс-контроля движущихся вагонов, помимо высокой стоимости установок, значительных технических и эксплуатационных затрат, имеет также ряд ограничений, связанных с нормативами охраны труда. Помимо этого, рентгеновский принцип измерения представляется слабо защищенным от возможностей искажения видеосигнала путем использования специальных приемов укладки груза и различных способов экранирования рентгеновского излучения, в том числе и металлическими листами. Причем рентгеновский принцип измерений не позволяет определить массу засора, а только фиксирует факт его наличия.
Известна полезная модель для автоматического анализа и сигнализации о наличии немагнитных грузов в железнодорожных вагонах, включающая измерительную рамку для создания магнитного поля в виде катушки индуктивности, установленной с возможностью проезда через нее ж/д вагона, к которой подсоединены линии питания, блок обработки данных, блок автоматического анализа и сигнализации (патент РФ №120778, G01R 33/00, опубл. 27.09.2012).
В известной полезной модели направление вектора напряженности магнитного поля совпадает с направлением движения вагона, что не позволяет учесть степень анизотропии груза, т.е. укладку длинномерных ферромагнитных фрагментов металлолома и его сортность, а это увеличивает погрешность измерений «магнитной» массы.
С целью повышения точности определения веса металлолома и информативности о его сортности в предлагаемой полезной модели измерительная рамка выполнена в виде двух одинаковых плоских скрещенных катушек, магнитное поле в которых создается по заданному алгоритму.
Это достигается тем, что в установке автоматического мониторинга металлолома в движущихся железнодорожных вагонах, включающей измерительную рамку для создания магнитного поля, блок питания, блок обработки данных, блок автоматического анализа и сигнализации, измерительная рамка выполнена в виде двух одинаковых плоских скрещенных катушек, ориентированных своими плоскостями взаимно перпендикулярно друг к другу и расположенных с возможностью прохождения сквозь них вагонов. При этом намагничивающие токи в катушках могут задаваться разными по амплитуде, частоте и фазе, либо равными по амплитуде и частоте, но сдвинуты по фазе на 90°, обеспечивая этим самым вращение магнитного поля в горизонтальной плоскости измерительной зоны рамки. Это позволяет уменьшить погрешность при измерениях массы металлолома за счет учета степени его анизотропии и определить сортность металлолома.
Полезная модель поясняется с помощью фиг.1-5. На фиг.1 представлена блок-схема установки. Она содержит две измерительные катушки 2, установленные под углом 90 градусов друг к другу, через которые проходит вагон (1), формирователь сигнала 2, усилитель мощности 1, усилитель сигнала 3, блок АЦП 4 и компьютер 5.
Результаты измерений (Фиг.2-5) получены на примере конкретного выполнения установки в масштабном исполнении 1:3. Для обеспечения приблизительной однородности магнитного поля в рабочей зоне, т.е. в зоне прохождения вагонов через систему скрещенных катушек, соотношение их геометрических размеров и электрических характеристик выбирались с учетом компьютерных расчетов распределения магнитной индукции в пространстве.
Особый интерес представляет собой реализация подачи на скрещенные катушки переменных напряжений с одинаковой амплитудой и частотой, но со сдвигом по фазе на 90°. В этом случае в рабочей зоне получаем вращающееся магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по величине, вращается с постоянной угловой скоростью в горизонтальной плоскости.
Кривые изменения токов (1 и 2 - токи в катушках, 3 - сумма токов) в такой двухфазной системе обмоток во времени показаны на фиг.2 и 3 (в режиме ожидания, т.е. без вагона, и с вагоном, находящимся в рабочей зоне катушек).
Основная идея этого варианта состоит в осуществлении кругового сканирования содержимого вагона вращающимся вектором магнитной индукции с целью получения более точных данных по анизотропии укладки металлолома и в последующем учете этого при определении веса металлолома. На фиг.4 показано изменение токов в катушках индуктивности в полярной системе координат при внесении в систему катушек стержня под разными углами относительно движения вагона (1 - угол 70°, 2 - угол 10°). На фиг.5 приведено изменение токов в скрещенных катушках индуктивности от количества (массы), внесенных в систему катушек стержней (1-4 - количество стержней). Таким образом, макетный вариант с вращающимся магнитным полем обеспечивает определение доминирующего направления укладки металлолома в случае существенной его анизотропии.
При прохождении вагона (1) через рамку (2) в катушках, подсоединенных к источнику переменного тока (3, 4) изменяется индуцируемая ЭДС, токи, сдвиг фаз между ними. Эти параметры измеряются (5, 6) и передаются в компьютер (5), где обрабатываются. Каждая из катушек по-разному фиксирует изменения этих параметров в зависимости от анизотропии фрагментов металлолома и его укладки. При этом такое устройство катушек обеспечивает возможность осуществления различных алгоритмов изменения магнитного поля в зоне катушек с помощью соответствующего программного обеспечения, т.е. вектор магнитного поля может изменяться как по величине, так и по направлению, а также вращаться с заданной частотой. Выбранная частота определяет разрешающую способность измерительной установки.
Таким образом, предлагаемое полезное устройство фактически является техническим осуществлением двухкоординатного измерителя характеристик металлолома.
Для проведения измерений с помощью предлагаемой полезной модели не требуется использование электромагнитных полей высокой частоты и напряженности, подпадающих под действие санитарных и иных норм безопасности. При правильно разработанной конструкции системы практически исключена возможность фальсификации результатов измерений, за исключением применения автономных источников электромагнитных полей, что является проблематичным в условиях грузового вагона.
Такая система мониторинга представляется значительно более функциональной, селективной и чувствительной к сортности и укладке по сравнению с известной полезной моделью.