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 измерения ширины рельсовой колеи (Патент на полезную модель РФ №48171, М. Кл.6: В 61 К 9/08; Е 01 В 35/04. опубликованный в бюл. №27, 27.09.2005 г.) включающие генератор высокой частоты, бесконтактный преобразователь, усилитель, блок обработки данных, отличающееся тем, что содержит два идентичных, измерительных канала, 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 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 функциональных преобразователей соответствующего канала, выходы которых соединены с входами блока вычисления, а измерительные обмотки вихретоковых преобразователей обоих измерительных каналов, выполнены в виде витков синусоидальной и косинусоидальной формы и размещены на параллельно расположенных платах и ориентированы горизонтальными осями перпендикулярно продольной оси рельса, при этом возбуждающие обмотки вихретоковых преобразователей размещены над соответствующими измерительными обмотками.
Недостатком известного устройства является: большой объем вычислений сложная настройка, необходима высокая точность изготовления первичных преобразователей.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является повышение точности измерения ширины рельсовой колеи, достоверности полученных данных измерений и сокращение объема вычислений.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения ширины рельсовой колеи, содержащее генератор высокой частоты, бесконтактный преобразователь синусоидальной и косинусоидальной формы, блок обработки данных, 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 введены  функциональных преобразователей, где n - количество фазовых детекторов и измерительных обмоток вихретокового преобразователя.
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 функциональных преобразователей соответствующего канала, выходы которых соединены со входами блока вычисления. Измерительные обмотки вихретоковых преобразователей обоих измерительных каналов выполнены в виде витков синусоидальной и косинусоидальной формы, размещены на параллельно расположенных платах и ориентированы горизонтальными осями перпендикулярно продольной оси 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».
Каждый измерительный канал соответственно включает в себя генератор высокой частоты 2 и 3, вихретоковый преобразователь 4 и 5.
1
n
1
n
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 функциональные преобразователи 12, 14, 16 и 13, 15, 17 соответствующих 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 функциональных преобразователей 12, 14, 16 и 13, 15, 17 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», имеют синусоидальную и косинусоидальную форму, расположены на платах друг под другом и ориентированы горизонтальными осями перпендикулярно продольной оси рельса, при этом обмотки возбуждения 6 и 7 соответствующих вихретоковых преобразователей 4 и 5 размещены над соответствующими измерительными обмотками 8÷8 и 9÷9.
1
n
1
n
1
2
n
1
2
n
При этом функциональные преобразователи 12, 14, 16 и 13, 15, 17 соответствующих измерительных каналов «А» и «В» осуществляют преобразование сигналов получаемых с соответствующих фазовых детекторов 10÷10 и 11÷11 из прямоугольной системы координат в полярную. В результате этих преобразований  получаем - значений амплитуд сигналов А, А, ..., А и  значении фаз φ, φ, ..., φ.
1
1
Устройство работает следующим образом. Поле, создаваемое возбуждающими обмотками 6 и 7 соответствующего вихретокового преобразователя 4 и 5, искажается контролируемыми объектами - рельсами. Распределение индукции магнитного поля при фиксированном расстоянии плоскости расположения измерительных обмоток 8÷8n и 9÷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
1
1
1
1
магнитной индукции в зоне расположения данной обмотки. Фазовые детекторы 10÷10n и 11÷11n преобразуют напряжения измерительных обмоток 8÷8n и 9÷9n в постоянные напряжения.
1
n
1
n
1
2
3
1
2
3
В результате преобразования функциональными преобразователями 12, 14, 16 и 13, 15, 17 сигналов получаемых с соответствующих фазовых детекторов 10÷10 и 11÷11 получаем значений амплитуд сигналов А, А, А и значений фаз φ, φ, φ.
1A
1B
0
Ширина колеи определяется блоком вычисления 1. Ширина колеи Ш определяется суммой фаз φ, φ и базой Ш по формуле:
1A
1B
1
2
3
1
2
3
где Ш0 - расстояние между центрами вихретоковых преобразователей 4 и 5, T - период синусоидальных и косинусоидальных обмоток, φ, φ - выходные сигналы функциональных преобразователей 12 канала «А» и 13 канала «В», ΔА, ΔB - поправочные коэффициенты зависящие от типа рельса и его износа, вычисляются блоком вычисления 1 по значениям амплитуд сигналов А, А, А и значениям фаз сигналов φ, φ, φ каналов «А» и «В».
Применение фазовых соотношений для вычисления ширины рельсовой колеи, позволяет отстроится от некоторых мешающих факторов: расстояния от вихретокового преобразователя до головки рельса, изменения коэффициента усиления, и других.
Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано в компьютеризированных вагонах-лабораториях путеизмерительных для измерения ширины рельсовой колеи с учетом износов головки рельсов.