Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса

Авторы патента:


Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса
Способ и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса

 


Владельцы патента RU 2400743:

СОНИМЕКС Б.В. (NL)

Использование: для обнаружения дефектов в головке рельса. Сущность изобретения заключается в том, что, по меньшей мере, один первый сигнал (10) ультразвукового диапазона передается в головку (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки и распространяется по такой траектории распространения (9), что сигнал (10) только один раз отражается от нижней стороны (В) головки рельса, но не от продольной стороны (S) головки рельса, сигнал (10) достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части (С) головки рельса, и сигнал (10) выходит из головки (1) рельса через верхнюю сторону головки (Т), при этом траектория (9) распространения, по меньшей мере, первого сигнала (10) проходит в эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению (L) рельса, после чего регистрируют сигналы ультразвукового диапазона, выходящие из верхней стороны (Т) головки рельса. Технический результат: повышение надежности и точности обнаружения дефектов в головке рельса. 9 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Один аспект изобретения относится к способу обнаружения дефектов в головке рельса, причем головка рельса имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону, и продольные стороны, проходящие между верхней стороной и нижней стороной, в котором, по меньшей мере, один первый сигнал ультразвукового диапазона передается в головку рельса через верхнюю сторону головки и распространяется по такой траектории распространения, что:

сигнал только один раз отражается от нижней стороны головки рельса, но не от вышеупомянутой продольной стороны головки рельса;

сигнал достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части головки рельса; и

сигнал может выходить из головки рельса через верхнюю сторону головки;

в котором регистрируют первые сигналы ультразвукового диапазона, выходящие из верхней стороны головки.

Такой способ, который, в частности, содержит способ измерения в режиме пропускания, известен из WO82/03920. Таким образом, на фиг.1-3 этой международной публикации показано, как ультразвуковое излучение передается в головку рельса преобразователями 751c и 752c и вновь принимается вне головки рельса после отражения в головке рельса. Здесь излучение распространяется по траектории 40 распространения, которая проходит в продольном направлении рельса.

Кроме того, в WO 82/03920 описано, что можно обеспечить первую совокупность преобразователей в первом колесе для передачи ультразвуковой энергии в головку рельса по параллельным траекториям под первым углом, и вторую совокупность преобразователей, которая, при продольном измерении располагается вдоль рельса на расстоянии от первой совокупности во втором колесе для приема энергии.

Преимущество этого способа в том, что головку рельса можно обследовать на предмет дефектов, например каверн и/или трещин в неразрушающем режиме.

Недостаток известного способа состоит в том, что траектории распространения сравнительно длинны. В результате известный способ достаточно сильно подвержен помехам. Таким образом, во многих случаях нельзя точно определить, вызвано ли обнаруженное изменение ультразвукового излучения, передаваемого в рельс, дефектом или помехой, или, например, какой тип дефекта обнаружен посредством излучения. Кроме того, известный способ, в частности, не полностью пригоден для обнаружения, по существу, вертикальных продольных дефектов в головке рельса.

В WO 82/03920 предложено обнаруживать вертикальные продольные дефекты рельса (именуемые "вертикально расщепленные головки") посредством преобразователей, передающих ультразвуковое излучение по "зигзагообразной траектории" через головку рельса. Задачей, решаемой согласно WO82/03920, является обнаружение таких дефектов фактически в каждой вертикальной плоскости головки рельса. Недостаток таких зигзагообразных траекторий распространения в том, что они также сравнительно длинны, в результате чего измерение с их помощью сравнительно подвержено помехе. Дополнительно, при распространении по зигзагообразной траектории излучение отражается в головке рельса несколько раз, на продольных сторонах и нижней стороне головки рельса, что может вызывать дополнительные помехи и рассеяние сигнала.

Дополнительно, в патенте US 3215220 предлагается обнаруживать поперечные дефекты головки рельса с использованием волн сдвига. Этот способ особенно чувствителен к поверхностным повреждениям головки рельса и поэтому непригоден для обнаружения дефектов непосредственно под поверхностью рельса, в головке рельса.

Патент US 4700574 также относится к обнаружению поперечных дефектов с помощью преобразователей, размещенных по центру рельса и передающих ультразвуковые сигналы в рельс с наклоном вниз и в продольном направлении рельса. Здесь угол между продольной центральной плоскостью рельса и горизонтальной проекцией пучка равен α1=20° и угол между вертикальной центральной плоскостью рельса и вертикальный проекцией пучка равен α2=70°. Этот способ предусматривает использование измерений в режиме отражения. Недостаток этого способа в его непригодности для обнаружения, по существу, вертикальных продольных дефектов в головке рельса.

Настоящее изобретение предусматривает усовершенствование способа обнаружения дефектов в головке рельса. Согласно одному аспекту изобретение предусматривает способ, позволяющий сравнительно надежно обнаруживать, по существу, вертикальные продольные дефекты в головке рельса.

Для этого способ согласно изобретению отличается тем, что траектория распространения, по меньшей мере, первого сигнала проходит в эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса.

Следовательно, вышеупомянутый первый ультразвуковой сигнал не распространяется по зигзагообразной траектории. Таким образом, первому сигналу нужно пройти только сравнительно короткое расстояние через головку рельса, кроме того, сигнал только один раз отражается от стороны головки рельса. Таким образом, было обнаружено, что можно получить необычайно надежный и точный способ обнаружения дефектов, который, в частности, позволяет эффективно обнаруживать большинство, по существу, вертикальных продольных дефектов в головке рельса. Заметим, что, здесь, термин "вертикальный" можно понимать как вертикальный относительно головки рельса, или, по существу, под прямыми углами относительно верхней стороны головки рельса. Дополнительно специалисту в данной области очевидно, что в данной заявке термин "отражение от стороны" имеет тот же смысл, что и "отражение на стороне".

Кроме того, обнаружено, что большинство вертикальных продольных дефектов в головке рельса находятся непосредственно в центральной части головки рельса или вблизи нее. Соответственно, согласно изобретению головку рельса предпочтительно обследовать на предмет этих, в основном центральных, вертикальных продольных дефектов рельса, тогда как обнаружение вертикальных продольных дефектов, расположенных вблизи обеих сторон головки рельса (для обнаружения которых используется зигзагообразная траектория), стоит на втором месте по важности.

Различные этапы изобретения можно осуществлять в разном порядке. Таким образом, по меньшей мере, один первый сигнал ультразвукового диапазона можно сначала передавать в головку рельса через вышеупомянутую верхнюю сторону головки, для распространения по вышеупомянутой траектории распространения. Траектория распространения проходит, например, по существу, перпендикулярно головке рельса. Затем первый сигнал может отражаться на нижней стороне головки рельса, после чего сигнал может достигать, по меньшей мере, по существу, центральной части головки рельса. В отсутствие вертикальных продольных дефектов в центральной части головки рельса первый сигнал или, по меньшей мере, существенная его часть может выходить из головки рельса опять же через верхнюю сторону головки для регистрации соответствующим средством регистрации, например ультразвуковым преобразователем или другим подходящим детектором. В случае наличия вертикального продольного дефекта в центральной части головки рельса этот дефект может вносить помеху в распространение первого сигнала. Такую помеху также можно регистрировать вышеупомянутым средством регистрации, например, для сохранения совместно с соответствующей позицией на головке рельса.

В обратном порядке первый сигнал можно, например, передавать в головку рельса через вышеупомянутую верхнюю сторону головки для распространения по вышеупомянутой траектории распространения. Затем сигнал может достигать, по меньшей мере, по существу, центральной части головки рельса, чтобы затем отражаться нижней стороной головки рельса обратно к верхней стороне головки рельса. Таким образом, центральную часть головки рельса также можно эффективно обследовать на предмет вертикальных продольных дефектов.

Кроме того, разные первые сигналы, согласно объему изобретения, можно, например, передавать последовательно в противоположных направлениях прямо через головку рельса для тестирования головки на наличие вышеупомянутых вертикальных продольных дефектов.

Согласно одному аспекту изобретения способ обнаружения дефектов в головке рельса, где головка рельса имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону, характеризуется тем, что, по меньшей мере, один продольный звуковой сигнал ультразвукового диапазона сначала передают от верхней стороны головки рельса к центральной части головки рельса, чтобы затем он мог достигнуть нижней стороны головки рельса, причем траектория распространения продольного звукового сигнала проходит в эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса, причем ультразвуковые сигналы, выходящие из верхней стороны, регистрируют с помощью, по меньшей мере, одного детектора.

Обнаружение ультразвукового сигнала, выходящего из верхней стороны головки рельса, может свидетельствовать о наличии продольного дефекта в центральной части головки рельса. При наличии вертикального продольного дефекта в центральной части головки рельса вышеупомянутый продольный звуковой сигнал может, например, преобразовываться и/или отражаться под действием этого дефекта, вследствие чего преобразованный и/или отраженный сигнал может выходить через вышеупомянутую верхнюю сторону рельса, например, вблизи центральной части головки рельса и может быть зарегистрирован детектором. Таким образом, можно также добиться надежного обнаружения продольных дефектов в головке рельса. Кроме того, было обнаружено, что продольно распространяющийся звук более пригоден для пропускания через центральную часть головки рельса, от верхней стороны головки рельса и в вышеупомянутой плоскости распространения, под надлежащим углом в целях обнаружения дефектов, чем поперечно распространяющийся звук.

Здесь следует заметить, что термин «продольный» в выражении "продольно распространяющийся звук" относится не к продольному направлению рельса, а к моде звуковой волны. Продольно распространяющийся звук - это звуковой сигнал, звуковая волна которого является продольной волной; здесь сигнал распространяется посредством колебаний, совершающихся продольно направлению движения волны. Другой модой звука является, например, поперечная мода, в которой звук образован волнами сдвига.

Преимущество достигается за счет того, что вышеупомянутый продольно распространяющийся звуковой сигнал, например, отражается вышеупомянутой нижней стороной головки рельса, в результате чего отраженная часть сигнала выходит из головки рельса на расстоянии от центральной части рельса, в результате чего, например, этот сигнал, по существу, не принимается вышеупомянутым детектором. В этом случае с помощью детектора можно эффективно проводить различие между обнаружением дефекта, когда сигнал, отраженный или преобразованный дефектом, принимается детектором, и отсутствием обнаружения дефекта, когда сигнал, по существу, не принимается детектором.

Согласно одному аспекту изобретения способ обнаружения дефектов в головке рельса, где головка рельса имеет верхнюю сторону, характеризуется тем, что, по меньшей мере, один продольный звуковой сигнал ультразвукового диапазона передается в головку рельса через эту верхнюю сторону головки, вследствие чего, по меньшей мере, часть продольного звукового сигнала может распространяться через головку рельса как бегущая волна вблизи верхней стороны головки, при этом регистрируют, по меньшей мере, части бегущей волны, отраженные обратно от головки рельса и выходящие на верхней стороне головки.

Таким образом, выяснилось, что можно эффективно обнаруживать поперечные дефекты, расположенные вблизи верхней поверхности рельса в головке рельса. Бегущая волна может распространяться в направлении, по существу, параллельном продольному направлению рельса и, по существу, параллельном вышеупомянутой верхней стороне головки. В частности, эта бегущая волна может автоматически распространяться параллельно поверхности рельса и, как оказалось, испытывает чрезвычайно малые искажения, например, при наличии зазубрин и иных повреждений поверхности рельса. Бегущая волна распространяется непосредственно под поверхностью рельса. Поэтому бегущую волну не следует путать с поверхностной волной, которая присутствует только на поверхности. Помимо бегущей волны в целях обнаружения поперечных дефектов через головку рельса также можно передавать другие продольные звуковые сигналы, под разными углами. Для этого, например, можно использовать различные источники звука. Дополнительно, сигнал от одного источника звука может, например, быть расходящимся, в частности, когда источник звука содержит преобразователь со сравнительно малым кристаллом. В этом случае часть расходящегося звука может образовывать вышеупомянутую бегущую волну, которая распространяется параллельно верхней стороне головки рельса, тогда как другая часть звука не распространяется от верхней стороны головки рельса. Данный способ может предусматривать использование, например, одного или нескольких преобразователей, которые, например, действуют в симплексном режиме и/или дуплексном режиме (т.е. в режиме пропускания).

Дополнительно, изобретение предусматривает устройство для обнаружения дефектов в головке рельса. Такое устройство, как таковое, известно из WO 82/03920. Согласно изобретению предусмотрено надежное устройство обнаружения, то есть устройство, непосредственно предназначенное для осуществления способа по изобретению.

Один аспект изобретения относится к агрегату, содержащему рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, при этом головка рельса имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону. Преимущество изобретения заключается в том, что устройство способно перемещаться по верхней стороне головки рельса, в конкретном направлении движения, параллельном продольному направлению рельса, причем, по меньшей мере, один первый источник звука устройства может в ходе работы занимать такую позицию, что первый ультразвуковой сигнал, передаваемый первым источником звука:

входит в головку рельса через верхнюю сторону головки;

только один раз отражается от нижней стороны головки рельса, а не от продольной стороны головки рельса;

достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части головки рельса; и

может выходить из головки рельса через верхнюю сторону головки;

при этом, по меньшей мере, один первый детектор устройства предназначен для регистрации первых сигналов ультразвукового диапазона, выходящих на верхней стороне головки.

Вышеупомянутые первый источник звука и первый детектор могут, например, располагаться в одной и той же плоскости, по существу, перпендикулярной вышеупомянутому направлению движения. Каждый вышеупомянутый источник звука может, например, содержать ультразвуковой преобразователь, или ультразвуковой лазерный источник, или другой подходящий источник звука ультразвукового диапазона. Каждый детектор звука также может иметь ту или иную конструкцию и содержать, например, подходящий преобразователь или другой подходящий детектор звука ультразвукового диапазона.

Первый источник звука ультразвукового диапазона может, например, в ходе работы иметь возможность занимать соответствующую позицию передачи, в которой соответствующее направление передачи проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса и немного в сторону от центральной части головки рельса. Первый детектор может, например, в ходе работы иметь возможность занимать соответствующую позицию приема, причем соответствующее направление приема проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса и немного к центральной части головки рельса.

Каждый вышеупомянутый источник звука может в ходе работы передавать первые сигналы, распространяющиеся по сравнительно коротким траекториям распространения, причем первые сигналы только один раз отражаются от стороны головки рельса, а именно от ее нижней стороны. Поэтому устройство сравнительно нечувствительно к помехам и, например, менее восприимчиво к загрязнению внешней поверхности рельса. Устройство позволяет, в частности, эффективно обнаруживать вертикальные продольные дефекты в головке рельса.

Согласно одному аспекту изобретения агрегат содержит рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, например вышеупомянутый агрегат, причем головка рельса имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону, а устройство способно перемещаться по верхней стороне головки рельса в конкретном направлении движения, параллельном продольному направлению рельса, причем устройство снабжено, по меньшей мере, одним источником звука, предназначенным для передачи продольного звука ультразвукового диапазона, при этом устройство снабжено, по меньшей мере, одним приемником, предназначенным, по меньшей мере, для регистрации звука ультразвукового диапазона, причем источник продольного звука и детектор могут в ходе работы занимать соответствующие позицию передачи и позицию приема, в которых соответствующее направление передачи и соответствующее направление приема проходят, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса и направлены к центральной части головки рельса.

Источник и детектор продольного звука можно, например, использовать независимо или совместно с вышеупомянутыми первым источником звука и первым детектором. Использование продольного звука ультразвукового диапазона в, по существу, поперечных направлениях относительно продольного направления рельса имеет вышеупомянутые преимущества и может обеспечивать надежное обнаружение вертикальных продольных дефектов в рельсе. Агрегат может, например, быть снабжен одним или несколькими преобразователями, которые, например, действуют в симплексном режиме и/или в дуплексном режиме.

Согласно одному аспекту изобретения агрегат содержит рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса и характеризуется тем, что устройство имеет, по меньшей мере, один источник звука, предназначенный для передачи, по меньшей мере, одного продольного звукового сигнала ультразвукового диапазона в головку рельса через вышеупомянутую верхнюю сторону головки, в результате чего, по меньшей мере, часть продольного звукового сигнала распространяется через головку рельса как бегущая волна вблизи верхней стороны головки.

Таким образом, по существу, обеспечивается весьма надежный способ обнаружения вертикальных поперечных дефектов в головке рельса, проходящих, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса.

Кроме того, изобретение предусматривает устройство, характеризующееся мерами по п.28. Устройство по изобретению может быть снабжено сравнительно небольшим количеством источников и детекторов звука, например преобразователей, и иметь компактную конструкцию, причем устройство может точно и надежно обнаруживать различные типы дефектов в головке рельса. Таким образом, дополнительно устройство может содержать сравнительно малое количество преобразователей.

Кроме того, изобретение относится к способу позиционирования устройства относительно рельса. Подобный способ описан в WO 82/03920, на стр.7, в последнем абзаце, и предусматривает передачу сигналов через шейку рельса к нижней стороне рельса. Здесь отражение на «утолщении рельса» свидетельствует о неверном позиционировании. Если сигналы проходят через шейку, устройство позиционировано верно.

Согласно настоящему изобретению преимущество способа позиционирования обеспечивается мерами по п.33.

Первый передатчик передает, по меньшей мере, один первый сигнал позиционирования в головку рельса через верхнюю сторону головки рельса, в результате чего этот первый сигнал позиционирования отражается через одну часть нижней стороны головки рельса к первому приемнику. Первый приемник принимает первый сигнал позиционирования. Второй передатчик передает, по меньшей мере, один второй сигнал позиционирования в головку рельса через верхнюю сторону головки рельса, в результате чего этот второй сигнал позиционирования отражается через другую часть нижней стороны головки рельса ко второму приемнику, причем второй сигнал позиционирования принимается вторым приемником. В частности, время распространения первого и второго сигналов позиционирования измеряют и сравнивают друг с другом для позиционирования, по меньшей мере, части устройства относительно головки рельса и/или для определения позиции центральной продольной плоскости головки рельса.

Таким образом, например, ультразвуковые источники и детекторы, например первый и второй преобразователи, могут просто и точно позиционироваться относительно головки рельса, например, для дальнейшего осуществления обнаружения дефектов. Способ позиционирования можно, например, повторять при осуществлении вышеупомянутого способа обнаружения дефектов или осуществлять только один раз в начале такого обнаружения дефектов. Дополнительно, позиционирование можно, например, осуществлять, по существу, непрерывно.

Кроме того, дополнительные подробности изобретения описаны в зависимых пунктах. Теперь перейдем к более подробному описанию изобретения на основании иллюстративного варианта осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых показано:

фиг.1 - схематический плоский вид сбоку иллюстративного варианта осуществления изобретения, где схематически показаны траектории распространения ультразвуковых сигналов;

фиг.2 - схематический плоский вид сверху, соответствующий плоскому виду сбоку, показанному на фиг.1;

фиг.3 - схематический вид в разрезе по линии III-III на фиг.1;

фиг.4 - схематический вид в разрезе по линии IV-IV на фиг.1;

фиг.5 - схематический вид в разрезе по линии V-V на фиг.1;

фиг.6 - схематический вид в разрезе по линии VI-VI на фиг.1, где пятый преобразователь действует как передатчик, а шестой преобразователь - как приемник;

фиг.7 - вид, аналогичный показанному на фиг.6, где шестой преобразователь действует как передатчик, а пятый преобразователь - как приемник;

фиг.8 - плоский вид сверху, аналогичный показанному на фиг.2, иллюстративного варианта осуществления, где предусмотрен агрегат для позиционирования; и

фиг.9A и 9B - виды в разрезе по линиям IXA и IXB соответственно на фиг.8.

Если явно не указано обратное, в данной заявке термины "около", "приблизительно", "по существу" и так далее означают, по меньшей мере, значение, отклоняющееся в пределах от плюс 20% до минус 20% от соответствующего данного значения. В частности, если явно не указано обратное, в данной заявке, термины "около", "приблизительно", "по существу" и так далее означают, по меньшей мере, значение, отклоняющееся в пределах плюс/минус 10% от соответствующего данного значения. Конкретнее, если явно не указано обратное, в данной заявке термины "около", "приблизительно", "по существу" и так далее означают, по меньшей мере, значение, отклоняющееся в пределах плюс/минус 1% от соответствующего данного значения. В данной заявке одинаковые или соответствующие меры обозначаются одинаковыми или соответствующими позициями.

На фиг.1 и 2 схематически показан иллюстративный вариант осуществления устройства по изобретению. Иллюстративный вариант осуществления содержит измерительное устройство U, схематически показанное пунктирными линиями, которое способно перемещаться над верхней стороной T головки рельса 1 рельса R. Рельс R является, в частности, железнодорожным рельсом. Направление движения измерительного устройства U, одно направление которого обозначено стрелкой K, параллельно продольному направлению L рельса R.

Измерительное устройство U само по себе может иметь различные конструкции, известные из практики, и может быть реализовано, например, как измерительный состав или как его часть, как устройство, которое можно вручную перемещать по рельсу, и/или как подобное устройство. Устройство U может, например, содержать один или несколько роликовых зондов (известных из WO 82/03920), но это не обязательно.

Измерительное устройство U снабжено несколькими преобразователями 31, 32, 31′, 32′, 33, 34, 35, 36, 37, 38, предназначенными для ввода ультразвуковых сигналов в головку 1 рельса и восприятия эхо и/или отраженных сигналов, обусловленных этими сигналами. Альтернативно, например, другие источники звука и/или детекторы звука можно использовать для генерации и/или регистрации ультразвуковых сигналов. Таким образом, для генерации ультразвуковых сигналов можно использовать, например, лазерные источники.

В ходе использования преобразователи 31-38 контактируют с верхней стороной T головки 1 рельса надлежащим образом, например прямо или косвенно, через жидкость, через воздух или иным образом. Преобразователи, например, подключены к блоку 8 управления (который схематически изображен на фиг.1). Блок 8 управления, например, предназначен для управления преобразователями и/или обработки сигналов, принимаемых преобразователями. Блок 8 управления может, например, быть предназначен для того, чтобы отличать поперечные звуковые сигналы, зарегистрированные преобразователями, от зарегистрированных продольных звуковых сигналов. Блок 8 управления, например, предназначен для определения на основании ультразвуковых сигналов, зарегистрированных преобразователями, наличия и местоположения в объекте дефектов, трещин, каверн или других нарушений, и для определения типов этих дефектов. Иллюстративный вариант осуществления может, например, предусматривать одну или несколько программ управления, которые содержат программные коды, которые делают блок 8 управления, по меньшей мере, пригодным для осуществления способа, отвечающего изобретению, по меньшей мере, после загрузки программы управления в блок 8 управления.

Как схематически показано на фиг.1-3, головка 1 рельса имеет верхнюю сторону T, нижнюю сторону B и продольные стороны S, проходящие между верхней стороной T и нижней стороной B. Под центральной частью C головки 1 рельса проходит вертикальный фланец F (также именуемый шейкой) рельса R, причем шейка F имеет участок, соединяемый с рельсом G на конце, удаленном от головки 1 рельса. Вышеупомянутая нижняя сторона B головки делится на две части B(1), B(2) нижней стороны вертикальной шейкой F (см. фиг.3). В частности, рельс R имеет стандартное, симметричное сечение рельса, причем продолжение нижней стороны B головки рельса и продолжение верхней стороны T головки рельса, если смотреть в направлении от центральной части C головки рельса, образуют угол φ, равный приблизительно 20° (см. фиг.3). Эта центральная часть C головки рельса, в частности, по существу, образована частью головки рельса, проходящей между верхней стороной T головки рельса и шейкой F рельса.

Согласно фиг.1 и 2 иллюстративный вариант осуществления предусматривает первый ультразвуковой преобразователь 31 для передачи первого сигнала 10 в головку 1 рельса, через верхнюю сторону T головки рельса. Первый сигнал 10 может, например, содержать поперечный звуковой сигнал и/или продольный звуковой сигнал, по меньшей мере, при распространении через головку 1 рельса. Иллюстративный вариант осуществления дополнительно предусматривает второй ультразвуковой преобразователь 32 для приема, по меньшей мере, части вышеупомянутого первого сигнала 10 из головки 1 рельса. Согласно фигурам первый и второй преобразователи 31, 32, например, располагаются в эффективной поперечной плоскости устройства U. Эта поперечная плоскость проходит, по существу, под прямым углом относительно направления движения K, в ходе работы, по существу, параллельна эффективной поперечной плоскости V рельса R (см. фиг.1 и 2) и, соответственно, пересекает рельс R, по существу, под прямым углом. Эта эффективная поперечная плоскость устройства U, в которой могут располагаться преобразователи 31, 32, может, например, составлять угол приблизительно 90° с внешними поверхностями рельса R. Иллюстративный вариант осуществления, в частности, предусматривает обнаружение дефектов посредством измерений в режиме пропускания.

Согласно фиг.3 первый ультразвуковой преобразователь 31 в ходе работы предпочтительно занимает такую соответствующую первую позицию передачи/приема, что соответствующее первое приемопередающее устройство ориентировано, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса и направлено немного в сторону от центральной части C головки рельса. Второй ультразвуковой преобразователь 32 предпочтительно занимает такую соответствующую вторую позицию передачи/приема, что соответствующее второе приемопередающее устройство ориентировано, по существу, перпендикулярно продольному направлению рельса и направлено к центральной части C головки рельса. Каждый преобразователь 31, 32 может, например, располагаться так, чтобы иметь возможность перемещаться между разными позициями, например между надлежащими позициями позиционирования (см. фиг.9A и 9B), причем одна из позиций позиционирования, например, по существу, идентична позиции передачи/приема для обнаружения дефектов, показанной на фиг.3. В этой позиции позиционирования преобразователи 31, 32 можно, например, использовать, согласно способу, для позиционирования, по меньшей мере, части измерительного устройства U, например самих преобразователей, относительно центральной линии или центральной продольной плоскости W рельса.

Таким образом, первый и второй преобразователи 31, 32 могут, например, осуществлять обнаружение дефектов в рельсе, при котором первый сигнал 10 распространяется в головке 1 рельса только, по существу, в поперечных направлениях рельса и проходит в плоскости распространения, которая образует, например, сравнительно малый угол с вышеупомянутой эффективной поперечной плоскостью рельса, например угол, который составляет в пределах от приблизительно -10° до приблизительно 10°. Эта плоскость распространения может пересекать рельс R, например, по существу, перпендикулярно.

Первый и второй преобразователи 31, 32 предпочтительно размещены друг за другом или вблизи друг друга, например, на расстоянии, меньшем ширины головки 1 рельса (см. фиг.2 и 3).

В частности, первый преобразователь может в ходе работы занимать такую позицию, что каждый первый сигнал 10, передаваемый первым преобразователем 31:

входит в головку 1 рельса через верхнюю сторону T головки;

только один раз отражается на нижней стороне B головки рельса, но не на продольной стороне S головки 1 рельса;

достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части M головки рельса; и

может выходить из головки 1 рельса через верхнюю сторону T головки;

причем вышеупомянутый второй преобразователь 32 предназначен для регистрации первых сигналов 10 ультразвукового диапазона, выходящих из верхней стороны T головки. Это более подробно объяснено ниже со ссылкой на фиг.3.

Согласно фиг.1, 2 и 4 устройство U может дополнительно быть снабжено преобразователями 31′, 32′, позиции которых немного сдвинуты относительно первого и второго преобразователей 31, 32. Работа этих преобразователей 31′, 32′ рассмотрена ниже со ссылкой на фиг.4.

Кроме того, иллюстративный вариант осуществления предусматривает третий ультразвуковой преобразователь 33 и четвертый ультразвуковой преобразователь 34, который в ходе работы может занимать такие соответствующие позицию передачи и позицию приема, что соответствующее направление передачи и соответствующее направление приема проходят, по существу перпендикулярно продольному направлению рельса L и направлены к центральной части C головки рельса (см. также фиг.5). Третий и четвертый преобразователи 33, 34 также предпочтительно располагаются в плоскости, по существу, перпендикулярной вышеупомянутому направлению движения K. Кроме того, третий и четвертый преобразователи 33, 34 в ходе работы предпочтительно располагаются друг за другом или вблизи друг друга, например, также на расстоянии, меньшем ширины головки 1 рельса. Третий и четвертый преобразователи 33, 34, в частности, предназначены для передачи продольных звуковых сигналов через головку 1 рельса и приема ультразвуковых сигналов, поступающих из головки 1 рельса, соответственно.

Следует отметить, что поперечные звуковые сигналы могут распространяться через головку 1 рельса в ходе использования третьего или четвертого преобразователя 33, 34, под влиянием этого преобразователя 33, 34; однако эти поперечные звуковые сигналы не показаны на фиг.5. Любые поперечные сигналы можно легко отличить от продольных звуковых сигналов, например, автоматически и/или с помощью блока 8 управления. В первую очередь, такое разделение может осуществляться автоматически, поскольку поперечно распространяющийся звук, который приходит от того же источника звука, что и вышеупомянутый продольный звуковой сигнал, не выходит или слабо выходит из головки 1 рельса, или под разными углами. Дополнительно разделение может осуществляться блоком 8 управления с использованием того факта, что продольные звуковые сигналы выходят из головки 1 рельса гораздо раньше, чем любые соответствующие поперечные звуковые сигналы, ввиду различия в скорости звука. Блок 8 управления может, например, каждый раз после передачи звукового сигнала источником 33 определять сравнительно короткий период измерения, в течение которого, как заранее известно, более быстрые продольные звуковые сигналы могут достигать детектора 34. Сигналы, принимаемые детектором 34 вне периода измерения, например более медленные поперечные звуковые сигналы, могут отбрасываться блоком 8 управления. Любые поперечные звуковые сигналы, по существу, не будут учитываться при рассмотрении фиг.5.

С помощью третьего и четвертого преобразователей 33, 34 можно осуществлять, например, проверочное измерение для проверки измерений, производимых первым и вторым преобразователями. С другой стороны, третий и четвертый преобразователи 33, 34 можно, например, использовать независимо от первого и второго преобразователей 31, 32. Дополнительно, наоборот, первый и второй преобразователи 31, 32 можно использовать для осуществления проверочного измерения, для проверки измерений, производимых третьим и четвертым преобразователями.

Дополнительно иллюстративный вариант осуществления предусматривает пятый преобразователь 35, предназначенный для передачи, по меньшей мере, одного второго сигнала 20 ультразвукового диапазона в головку рельса 1, через вышеупомянутую верхнюю сторону T головки, под конкретным углом, по существу, параллельно вышеупомянутой верхней стороне T головки, в результате чего, по меньшей мере, часть второго ультразвукового сигнала может в ходе работы распространяться через головку рельса как бегущая волна вблизи верхней стороны головки T. Для этого второй сигнал 20 содержит продольный звук, а не поперечно распространяющийся звук (волну сдвига), как описано в US 3251220. Устройство может дополнительно быть снабжено шестым преобразователем 36, предназначенным для передачи продольных звуковых сигналов в головку 1 рельса под немного меньшим углом, и, например, восьмым преобразователем 38 для передачи продольных звуковых сигналов в головку 1 рельса под еще меньшим углом. Дополнительно пятый, шестой и восьмой преобразователи 35, 36, 38, например, пригодны для регистрации ультразвука, который в ходе работы выходит из верхней стороны T головки.

Пятый и шестой преобразователи 35, 36 можно, например, использовать независимо от первого, второго, третьего и четвертого преобразователей 31-34 или, наоборот, совместно с ними, для обнаружения дефектов в головке 1 рельса.

На фиг.1 и 2 дополнительно показано использование одного или нескольких седьмых преобразователей 37, каждый из которых предназначен для передачи, по меньшей мере, одного другого второго сигнала 20′′ в головку 1 рельса, по существу, в противоположном продольном направлении рельса, для формирования бегущей волны. Этот другой сигнал 20′′ также содержит продольный звук. По меньшей мере, один седьмой преобразователь 37 можно, например, использовать вместо вышеупомянутого пятого, шестого и/или восьмого преобразователя или совместно с пятым, шестым и/или восьмым преобразователем, например, для обнаружения дефектов, проходящих в разных направлениях, и/или когда устройство, отвечающее иллюстративному варианту осуществления, в ходе работы двигается в противоположном направлении относительно рельса R. Дополнительно, по меньшей мере, один седьмой преобразователь 37 может, например, осуществлять проверочное измерение в отношении измерений, производимых пятым, шестым и/или восьмым преобразователем, или наоборот.

Согласно фиг.1 различные вышеупомянутые пары преобразователей располагаются на соответствующих продольных расстояниях друг от друга, измеренных в продольном направлении рельса, благодаря чему пары преобразователей могут последовательно тестировать один и тот же участок рельса на предмет дефектов, когда устройство U перемещается по этому участку рельса.

В ходе использования в иллюстративном варианте осуществления головка 1 рельса R тестируется на наличие дефектов, например трещин, устройством U. При этом устройство U может перемещаться с нужной скоростью относительно рельса R в показанном направлении движения K или в противоположном направлении.

Согласно фиг.1-3, по меньшей мере, один ультразвуковой первый сигнал 10 в ходе работы передается в головку 1 рельса через вышеупомянутую верхнюю сторону T головки, например, первым преобразователем 31. На фиг.3 показано, как первый сигнал 10 передается в головку 1 рельса первым преобразователем 31 в направлении, отклоненном немного в сторону от центральной части C рельса и к нижней стороне B головки рельса, для дальнейшего отражения от нижней стороны B головки рельса к центральной части C головки рельса. Передаваемый таким образом сигнал 10 распространяется по траектории распространения 9, содержащей начальную часть 9a траектории, еще не отраженную в головке рельса, которая проходит от верхней стороны T головки рельса к нижней стороне B головки рельса, по существу, вне центральной части C головки рельса, и конечную часть 9b траектории, отраженную в головке рельса, которая проходит от нижней стороны B головки рельса через центральную часть C головки рельса к стороне T головки. Траектория распространения 9 проходит в вышеупомянутой эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению L рельса R.

Согласно фиг.3, когда первый сигнал 10 распространяется по траектории распространения 9, он только один раз отражается на нижней стороне B головки рельса, но не на продольной стороне S головки рельса. Здесь отраженная часть 9b траектории этого первого сигнала 10 направлена к центральной части C головки рельса. После выхода первого сигнала 10 через верхнюю сторону T головки сигнал 10 или его часть можно зарегистрировать с помощью второго преобразователя 32.

Согласно одному аспекту изобретения еще не отраженная часть сигнала 9a и вышеупомянутая нормаль n1 к верхней стороне T головки рельса образуют выходной угол β, который меньше угла φ, образованного продолжением нижней стороны B головки рельса и верхней стороной T головки рельса. Эта еще не отраженная часть 9a сигнала представляет собой часть сигнала в головке 1 рельса, которая еще не отразилась от нижней стороны B головки 1 рельса. Эта еще не отраженная часть 9a сигнала и вышеупомянутая нормаль n1 к верхней стороне T головки рельса могут, например, образовывать выходной угол β, который меньше приблизительно 20°. Вышеупомянутый выходной угол φ может, например, составлять приблизительно половину вышеупомянутого угла φ, образованного продолжением нижней стороны B головки рельса и продолжением верхней стороны T головки рельса, например, приблизительно 10°. Обнаружено, что при таком выходном угле, в частности, можно получить хорошие результаты, в особенности для рельса со стандартным сечением. Здесь первый сигнал 10 распространяется через центральную часть C головки рельса только для однократного тестирования и проходит, в частности, короткое расстояние. Таким образом, дополнительно первый сигнал 10 можно сравнительно просто вводить в головку 1 рельса через верхнюю сторону рельса.

Альтернативно первый сигнал 10 распространяется по траектории 9 распространения в обратном порядке, при этом второй преобразователь 32 используется как передатчик, а первый преобразователь 31 - как приемник. В этом случае первый сигнал 10 распространяется от верхней стороны T головки рельса в центральную часть C головки рельса, чтобы затем иметь возможность достичь нижней стороны B головки рельса для отражения. Еще не отраженная часть первого сигнала 10 и нормаль n2 к этой верхней стороне T головки рельса может, например, образовывать выходной угол β′, который немного больше угла φ, образованного продолжением нижней стороны B головки рельса и продолжением верхней стороны T головки рельса. Последний выходной угол β′ может, например, составлять приблизительно 30° или другой подходящий угол (см. фиг.3).

Согласно фиг.3, по существу, вертикальный продольный дефект 6 в головке рельса, проходящий в продольном направлении рельса, будет вызывать помеху в передаче первого ультразвукового сигнала 10, что может приводить к образованию полностью или частично измененного сигнала, регистрируемого вторым (или, альтернативно, первым) преобразователем. Таким образом, такие дефекты можно точно обнаруживать. Точность обнаружения дефекта сравнительно высока, поскольку первому сигналу 10 нужно пройти лишь сравнительно короткое расстояние через головку 1 рельса и поскольку, дополнительно, первый сигнал только один раз отражается от стороны головки рельса, а именно от нижней стороны B головки рельса.

Дополнительно, предпочтительно проверочные измерения производятся, например, посредством преобразователей 31′, 32′, позиции которых немного сдвинуты в горизонтальном поперечном направлении X относительно вышеупомянутых первого и второго преобразователей 31, 32, как показано на фиг.4. Сигналы 10′, передаваемые и принимаемые этими сдвинутыми преобразователями 31′, 32′, распространяются по соответственно сдвинутым траекториям распространения 9′, что позволяет с их помощью тестировать на дефекты немного другой участок центральной части C головки рельса, например, для проверки обнаружения дефектов, осуществляемого первым и вторым преобразователями 31, 32 посредством главных сигналов 10. Кроме того, эти преобразователи 31′, 32′, позиции которых немного отличаются от позиций первого и второго преобразователей 31, 32, можно, например, использовать для тестирования на дефекты другого участка центральной части C головки рельса, и/или части головка рельса, расположенного правее центральной части C, в то же время поддерживая вышеупомянутые преимущества.

На фиг.5 показан другой способ обнаружения дефектов в центральной части 1 головки рельса, указанный способ, например, пригоден для проверки обнаружения дефектов, осуществляемого вышеупомянутыми первым и вторым преобразователями 31, 32. Способ, показанный на фиг.5, можно дополнительно например, осуществлять независимо от первого и второго преобразователей 31, 32. Согласно фиг.5 для этого посредством вышеупомянутого третьего преобразователя 33 первый продольный звуковой сигнал 10′′ передается в головку 1 рельса, к центральной части C головки. Согласно одному аспекту изобретения еще не отраженная часть первого продольного звукового сигнала 10′′ и нормаль n3 к верхней стороне T головки рельса образуют выходной угол γ, предпочтительно равный приблизительно 30°. Было обнаружено, что такой выходной угол γ дает чрезвычайно хорошие и надежные результаты. Если в этом случае вертикальный продольный дефект отсутствует в центральной части C головки рельса, первый продольный звуковой сигнал 10′′ может, например, достигать нижней стороны B головки и отражаться от нее, например, чтобы отраженную часть сигнала можно было, например, регистрировать с помощью первого преобразователя. В этом случае будет иметь место определенный период передачи, прежде чем этот сигнал 10′′ достигнет четвертого преобразователя после передачи. При наличии дефекта 6, по меньшей мере, часть первого сигнала проверки 10′′ может отражаться и/или преобразовываться дефектом 6 и передаваться к четвертому преобразователю 34, что может приводить, например, к легко обнаружимому сокращению вышеупомянутого периода передачи.

С другой стороны, вышеупомянутый продольный звуковой сигнал может отражаться от вышеупомянутой нижней стороны B головки рельса, из-за чего отраженная часть сигнала выходит из головки 1 рельса на расстоянии от вышеупомянутой центральной части C рельса, в результате чего, например, этот сигнал, по существу, не принимается преобразователем/детектором 34. Это схематически показано на фиг.5. В этом случае, регистрация выходящего сигнала 10′′ является хорошим признаком наличия вертикального продольного дефекта 6 в данном положении в головке 1 рельса. Если же четвертый преобразователь 34 не принимает ультразвуковой сигнал, это свидетельствует об отсутствии вертикального продольного дефекта.

Как упомянуто выше, любые возникающие в ходе работы поперечные сигналы можно легко отличить от продольных звуковых сигналов 10′′, например, автоматически, в частности, по выходным углам сигналов, и/или посредством блока 8 управления.

Данные измерения, полученные третьим и четвертым преобразователями 33, 34, можно, например, объединять с данными измерения от первого и второго преобразователей 31, 32, чтобы они дополняли друг друга, что позволяет добиться оптимального обнаружения вертикальных продольных дефектов 6. Сигналы 10, генерируемые и принимаемые первым и вторым преобразователями 31, 32, могут, например, содержать главные сигналы обнаружения, тогда как сигналы 10′′, используемые третьим и четвертым преобразователями 33, 34, служат сигналами проверки. Конечно, эти пары преобразователей 31, 32 и 33, 34 можно также использовать в обратном порядке и/или по противоположному назначению.

Согласно одному аспекту изобретения вышеупомянутые пятый и шестой преобразователи 35, 36 используются для обнаружения вертикальных поперечных дефектов 16. Согласно фиг.6 пятый преобразователь 35 передает, по меньшей мере, один второй продольный звуковой сигнал 20 ультразвукового диапазона в головку 1 рельса через вышеупомянутую верхнюю сторону T головки по существу параллельно нижней стороне B головки, в продольном направлении рельса, в результате чего, по меньшей мере, часть второго продольного звукового сигнала 20 ультразвукового диапазона может распространяться через головку 1 рельса как бегущая волна 21 вблизи верхней стороны T головки. Еще не отраженная или еще не преобразованная часть сигнала бегущей волны 21 образует выходной угол α1 с нормалью n4 к верхней стороне T головки рельса, равный 90°. Бегущая волна 21 испытывает небольшие помехи со стороны поверхности B рельса. Бегущая волна 21 может падать на поперечный дефект 16 рельса под, по существу, прямым углом, чтобы, например, отражаться обратно к шестому преобразователю 36 от дефекта 16 рельса.

Согласно фиг.6 пятый преобразователь 35 может, например, передавать третьи продольные звуковые сигналы 22, 23 в головку рельса с выходными углами α1, меньшими 90°. Такие сигналы 22, 23 также могут отражаться от вертикального поперечного дефекта 16 и, например, после выхода регистрироваться шестым преобразователем 36. Выход последних сигналов 22, 23 показан стрелкой 24 на фиг.6.

Пятый преобразователь 35 может, например, передавать расходящийся продольный звуковой сигнал 20, некоторые части которого могут образовывать вышеупомянутую бегущую волну 21, а другие части - вышеупомянутые третьи продольные звуковые сигналы 22, 23. Главная ось O такого расходящегося сигнала 20 может, например, образовывать выходной угол α2 с нормалью n4 к верхней стороне T головки рельса, равный приблизительно 85°, или другой угол. Такой пятый преобразователь 35 может, например, содержать сравнительно малый кристалл, для обеспечения сигнала 20, имеющего расхождение, пригодное для формирования бегущей волны, с соответствующим выходным углом α2. Расхождение сигнала 20, передаваемого пятым преобразователем 35, показано пунктирными линиями d на фиг.6 и 7.

Предпочтительно, по меньшей мере, два разных расходящихся вторых сигнала 20, 20′ ультразвукового диапазона передаются в верхнюю сторону T головки рельса под разными углами, см. фиг.6 и 7. Таким образом, шестой преобразователь 36 может, например, передавать расходящийся второй сигнал 20′ в головку рельса под немного меньшим углом падения, чем у сигнала 20, передаваемого пятым преобразователем 35, благодаря чему части 21′, 22′, 23′ этого второго сигнала 20′ могут отражаться под влиянием поперечного дефекта 16 и затем регистрироваться - после выхода - с помощью, например, вышеупомянутых пятого преобразователя 35 и/или шестого преобразователя 36. Главная ось O′ такого расходящегося сигнала может, например, образовывать выходной угол α2′ с нормалью n4 к верхней стороне T головки рельса, равный приблизительно 70°, или другой угол.

Сигнал, передаваемый шестым преобразователем 36, предпочтительно также расходится, в результате чего образуются как части 21′ бегущей волны, так и части 22′ "нормального" продольного звука, 23′ в головке рельса 1 (см. фиг.7). В этом случае, например, отраженные части волны опять же могут регистрироваться пятым 35, шестым 36 или восьмым преобразователем 38 (показанным на фиг.7).

Согласно фиг.6 и 7 дополнительно вблизи пятого и шестого преобразователей 35, 36 можно разместить дополнительные преобразователи (один из которых обозначен позицией 38) для передачи продольных звуковых сигналов ультразвукового диапазона в головку 1 рельса и/или для приема отраженных ультразвуковых сигналов из этой головки.

Кроме того, каждый раз один преобразователь 35, 36 или 36, 38 может передавать сигнал, часть которого, отраженная в головке 1 рельса, может приниматься близлежащим преобразователем 36, 35 или 38, 36. Было обнаружено, что это обеспечивает, в частности, надежный способ обнаружения для обнаружения поперечных дефектов 16. С другой стороны, сигнал, передаваемый преобразователем 35, 36, 37, 38, может, например, частично отражаться поперечным дефектом 16 обратно в этот преобразователь.

В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг.6 и 7, регистрация ультразвукового сигнала, выходящего из головки 1 рельса, может быть признаком наличия поперечного вертикального дефекта 16 в головке 1 рельса. Благодаря использованию также бегущих волн 21, 21′ можно дополнительно эффективно обнаруживать поперечные дефекты, которые обычно трудно обнаруживать, располагающиеся непосредственно под поверхностью рельса.

Как упомянуто выше, в ходе использования, дополнительно, например, вышеупомянутый седьмой преобразователь 37 можно использовать для передачи, по меньшей мере, одного другого второго сигнала 20′′ в головке 1 рельса, по существу, в противоположном продольном направлении рельса для формирования соответствующей бегущей волны, например, когда измерительное устройство U движется по рельсу R в противоположном направлении (см. фиг.2), и/или для обнаружения дефектов, проходящих в конкретных направлениях.

На фиг.8, 9A и 9B схематически показана конструкция измерительного устройства U, снабженного средством позиционирования, например для позиционирования измерительного устройства и/или компонентов измерительного устройства относительно центра головки рельса и/или для точного определения местоположения центра или, по меньшей мере, центральной плоскости W головки рельса. Измерительное устройство U, показанное на фиг.8-9, может, например, быть снабжено одним или несколькими из вышеупомянутых средств 8, 31-38, показанных на фиг.1-7, для обнаружения дефектов в рельсе R. Чтобы не загромождать чертеж, такие средства 8, 31-38 не показаны на фиг.8.

На фиг.8-9, в частности, показано использование агрегата для позиционирования, который содержит ряд передатчиков и приемников, предпочтительно преобразователей, для передачи ультразвуковых сигналов позиционирования 110a, 110b в головку рельса и для приема из головки рельса. В данном иллюстративном варианте осуществления агрегат содержит первый передатчик 131A и первый приемник 132A и второй передатчик 131B и второй приемник 132B, расположенные на расстоянии от них. Предпочтительно первый передатчик 131A и первый приемник 132A находятся на, по существу, таком же расстоянии друг от друга, как второй передатчик 131B и второй приемник 132B друг от друга. Кроме того, передатчики 131A, 131B и приемники 132A, 132B в ходе использования предпочтительно находятся на, по существу, одинаковом вертикальном расстоянии от поверхности T рельса.

В частности, агрегат имеет такую конфигурацию, что первый сигнал позиционирования 110a может в ходе работы передаваться первым передатчиком 131A через одну часть B(1) нижней стороны головки рельса на первый приемник 131B, который показан на фиг.9A. На фиг.9B показано, что второй сигнал позиционирования 110b может передаваться вторым передатчиком 12A через другую часть B(2) нижней стороны головки рельса на второй приемник 132B. Предпочтительно траектория распространения 119 второго сигнала позиционирования 110b через головку рельса зеркально симметрична траектории распространения 109 первого сигнала позиционирования 110a относительно центральной продольной плоскости W рельса, по меньшей мере, при надлежащем позиционировании, например, устройства U относительно рельса.

Агрегат для позиционирования предпочтительно содержит процессор или блок 8 управления для сравнения времен распространения первого сигнала позиционирования и второго сигнала позиционирования. Передатчики и приемники 131A, 131B, 132A, 132B можно, например, позиционировать относительно центра рельса на основании сравнения этих времен распространения.

Передатчики и приемники 131A, 131B, 132A, 132B можно обеспечивать по-разному, и каждый из них может, например, содержать подходящий преобразователь. В дополнительном развитии изобретения, например, пару преобразователей, показанную на фиг.3 и 4, также можно использовать в качестве пары передатчик/приемник позиционирования 131, 132 для передачи вышеупомянутого первого сигнала позиционирования в рельс и для приема его обратно из рельса. Вышеупомянутый первый сигнал 10, предназначенный для обнаружения дефектов, может, например, также служить как вышеупомянутый сигнал позиционирования 110.

Согласно фиг.9A, первые передатчик и приемник 131A, 132A предпочтительно находятся в такой первой позиции позиционирования, что первый передатчик 131A может передавать первый сигнал позиционирования 110a в головку рельса, и первый сигнал позиционирования 110a отражается через одну часть B(1) нижней стороны (слева на фиг.9) головки рельса к первому приемнику 132A. Первый сигнал позиционирования может приниматься первым приемником 132A.

Согласно фиг.9B, второй передатчик 131B и второй приемник 132B могут быть предназначены для передачи второго сигнала позиционирования 110b через другую часть B(2) нижней стороны (справа на фиг.9) головки рельса. Здесь второй передатчик 131B предпочтительно передает второй сигнал позиционирования 110b в головку рельса, в результате чего второй сигнал позиционирования 110b образует выходной угол β, β′ с нормалью N к верхней стороне T головки рельса, причем выходной угол равен углу между первым сигналом позиционирования и нормалью N к верхней стороне T головки рельса (см. фиг.9A и 9B). Угол падения второго сигнала позиционирования 110b на верхнюю сторону T рельса предпочтительно равен углу падения первого сигнала позиционирования 110a на верхнюю сторону T. Из фиг.3 и 8A дополнительно следует, что траектория распространения, например, первого сигнала позиционирования 110a может быть идентична траектории распространения 109 первого сигнала 10, показанного на фиг.3.

Согласно фиг.9B второй передатчик 131B может, например, передавать второй сигнал позиционирования 110b в головку рельса, ко второму приемнику 132B. Второй сигнал позиционирования 110b распространяется в головке рельса, например, по существу, в противоположном направлении относительно первого сигнала позиционирования 110a. Здесь второй сигнал позиционирования может отражаться через другую часть B(2) нижней стороны (справа на фиг.9) головки рельса ко второму приемнику 132B и приниматься вторым приемником 132B.

Каждый сигнал позиционирования 110a, 110b предпочтительно передается так, что этот сигнал 110a, 110b, по существу, только один раз отражается от нижней стороны B головки рельса, но не от продольной стороны S головки рельса и может выходить через верхнюю сторону головки T после отражения. Еще не отраженные части сигналов позиционирования и нормали N к этой верхней стороне T головки рельса могут, например, образовывать вышеупомянутые выходные углы β или β′, каковые углы немного меньше и немного больше соответственно угла φ, образованного продолжением нижней стороны B головки рельса и продолжением верхней стороны T головки рельса.

Сигналы позиционирования 110a, 110b, например, распространяются по траекториям распространения, проходящим, по существу, перпендикулярно относительно продольного направления L рельса, наподобие вышеупомянутых первых сигналов 10 ультразвукового диапазона.

При конкретном позиционировании передатчиков позиционирования и приемников позиционирования 131a, 132A, 131B, 132B относительно рельса (каковое позиционирование показано на фиг.8-9), в котором эти передатчики и приемники, например, располагаются, по существу, на равных поперечных (на фигурах горизонтальных) расстояниях относительно центральной (на фигурах вертикальной) продольной плоскости W рельса и, по существу, на равном расстоянии (по вертикали) над верхней стороной T рельса, траектории распространения первого и второго сигналов позиционирования 110a, 110b обычно имеют одинаковую длину (по меньшей мере, при, по существу, симметричной головке рельса, и, например, когда первый и второй передатчики, по существу, идентичны, и когда первый и второй приемники, по существу, идентичны). При другом позиционировании относительно рельса, в котором передатчики и приемники 131, 132, например, не располагаются на равном поперечном расстоянии относительно центральной продольной плоскости W рельса, но все же на, по существу, равном расстоянии над верхней стороной рельса T, траектории распространения этих сигналов позиционирования 110a, 110b обычно имеют разную длину, что можно просто измерить посредством измерений времени распространения.

Регистрацию сигналов позиционирования 110a, 110b можно просто использовать, например, посредством вышеупомянутого блока управления или процессора 8 для позиционирования соответствующего измерительного устройства U или его части, вышеупомянутых источников звука ультразвукового диапазона и/или вышеупомянутых детекторов относительно головки рельса. В частности, времена распространения первого и второго сигналов позиционирования можно просто измерять и сравнивать друг с другом посредством такого процессора для позиционирования, например, устройства, вышеупомянутых преобразователей и/или средства позиционирования, по существу, симметрично относительно головки рельса или для иного их позиционирования. Кроме того, сигналы позиционирования можно использовать для определения или трассировки позиции центральной линии головки рельса. Дополнительно устройство может быть предназначено для определения высоты головки рельса из сигналов позиционирования и/или для обнаружения изменений высоты головки рельса. Таким образом, можно измерять, например, износ рельса.

Способ позиционирования, показанный на фиг.8-9, пригоден для использования в устройстве U для обнаружения дефектов в головке рельса, но также пригоден для использования в других целях. Этот способ позиционирования можно, например, осуществлять до осуществления вышеупомянутого обнаружения дефектов, показанного на фиг.1-7, и/или как часть способа обнаружения дефектов. Способ позиционирования можно, например, осуществлять посредством вышеупомянутых первого и второго преобразователей и/или других преобразователей, причем преобразователи могут устанавливаться или быть заранее установлены в надлежащие позиции позиционирования, показанные на фиг.8.

Таким образом, способ, показанный на фиг.9A-9B, можно, например, осуществлять посредством четырех или более преобразователей, а именно пары преобразователей 131A, 132A для передачи и приема первого сигнала позиционирования 110a и пары преобразователей 131B, 132B для передачи и приема второго сигнала позиционирования 110b. Альтернативно, согласно способу позиционирования можно, например, использовать одну пару преобразователей, которые могут перемещаться между надлежащими позициями позиционирования, чтобы сначала передавать сигналы позиционирования через одну часть B(1) нижней стороны головка рельса друг к другу, а затем через другую часть B(2) нижней стороны головки рельса. В этом случае каждый преобразователь может действовать и как передатчик, и как приемник.

Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается описанным иллюстративным вариантом осуществления. В объеме изобретения возможны различные модификации, указанные в нижеследующей формуле изобретения.

Таким образом, вышеупомянутые преобразователи и так далее могут иметь различные конструкции и местоположения. Преобразователи можно, например, расположить в виде одной или нескольких матриц, в которых разные преобразователи, например, предназначены для передачи и/или приема сигналов под разными углами.

Преобразователь можно, например, использовать в симплексном режиме (передача или прием) или в дуплексном режиме (передача и прием), что, например, зависит от конструкции преобразователя.

Кроме того, вместо преобразователей можно использовать, например, другие средства для генерации и/или регистрации ультразвуковых сигналов.

Кроме того, вышеупомянутые ультразвуковые сигналы сами могут демонстрировать в том или ином виде рассеяние или расхождение пучка.

1. Способ обнаружения дефектов в головке рельса, при этом головка (1) рельса имеет верхнюю сторону (Т), нижнюю сторону (В) и продольные стороны (S), проходящие между верхней стороной (Т) и нижней стороной (В), при котором, по меньшей мере, один первый сигнал (10) ультразвукового диапазона передается в головку (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки и распространяется по такой траектории распространения (9), что
сигнал (10) только один раз отражается от нижней стороны (В) головки рельса, но не от продольной стороны (S) головки рельса,
сигнал (10) достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части (С) головки рельса, и
сигнал (10) выходит из головки (1) рельса через верхнюю сторону головки (Т),
в котором регистрируют первые сигналы ультразвукового диапазона, выходящие из верхней стороны (Т) головки, в котором траектория (9) распространения, по меньшей мере, первого сигнала (10) проходит в эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению (L) рельса.

2. Способ по п.1, в котором плоскость распространения образует угол с эффективной поперечной плоскостью рельса, который лежит в пределах от приблизительно -10° до приблизительно 10°, причем плоскость распространения является, в частности, по существу, эффективной поперечной плоскостью рельса.

3. Способ по п.1 или 2, в котором неотраженная часть (9а) траектории первого сигнала (10) направлена немного в сторону от центральной части (С) головки рельса, при этом отраженная часть траектории (9b) первого сигнала (10) направлена к центральной части головки рельса (С), или наоборот.

4. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один первый сигнал (10) ультразвукового диапазона распространяется от верхней стороны (Т) головки рельса к нижней стороне (В) головки рельса, а затем отражается от нижней стороны (В) головки рельса к центральной части (С) головки рельса.

5. Способ по п.4, в котором неотраженная часть первого сигнала (10) и нормаль (n1) к верхней стороне (Т) головки рельса образуют выходной угол (β), который меньше угла (φ), образованного продолжением нижней стороны (В) головки рельса и продолжением верхней стороны головки рельса (Т).

6. Способ по п.4 или 5, в котором неотраженная часть первого сигнала и нормаль (n1) к верхней стороне (Т) головки рельса образуют выходной угол (β), меньший приблизительно 20°.

7. Способ по п.6, в котором выходной угол (β) равен приблизительно 10°.

8. Способ обнаружения дефектов в головке рельса, в котором головка (1) рельса имеет верхнюю сторону (Т) и нижнюю сторону (В), при этом, по меньшей мере, один продольный звуковой сигнал (10″) ультразвукового диапазона сначала передают от верхней стороны головки рельса (Т) в центральную часть (С) головки рельса, чтобы затем он мог достигнуть нижней стороны (В) головки рельса, причем траектория распространения продольного звукового сигнала (10″) проходит в эффективной плоскости распространения, причем плоскость распространения проходит, по существу, перпендикулярно продольному направлению (L) рельса, и ультразвуковые сигналы, выходящие через верхнюю сторону (Т) головки, регистрируют с помощью, по меньшей мере, одного детектора (34).

9. Способ по п.8, в котором неотраженная часть продольного звукового сигнала и нормаль (n3) к верхней стороне (Т) головки рельса образуют выходной угол (γ), равный приблизительно 30°.

10. Способ по п.8 или 9, в котором продольный звуковой сигнал отражается от нижней стороны (В) головки рельса, и отраженная часть сигнала выходит из головки (1) рельса на расстоянии от центральной части (С) рельса, таким образом, что этот сигнал, по существу, не принимается детектором (34).

11. Способ по п.8 или 9, в котором, по меньшей мере, один первый главный сигнал (10) ультразвукового диапазона передают от верхней стороны (Т) головки рельса к нижней стороне (В) головки рельса, для отражения от нижней стороны (В) головки рельса к, по существу, центральной части (С) головки рельса, при этом затем, по меньшей мере, один первый сигнал проверки (10′; 10″) ультразвукового диапазона передают от верхней стороны (Т) головки рельса к, по существу, центральной части (С) головки рельса, чтобы затем он имел возможность достигнуть нижней стороны (В) головки рельса, или наоборот.

12. Способ по п.8 или 9, в котором продолжение нижней стороны (В) головки рельса и продолжение верхней стороны головки рельса, если смотреть в направлении от центральной части головки рельса, образуют угол (φ), равный приблизительно 20°.

13. Способ обнаружения дефектов в головке рельса, в котором головка (1) рельса имеет верхнюю сторону (Т), при этом, по меньшей мере, один продольный звуковой сигнал (20) ультразвукового диапазона передают в головку (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки, в результате чего, по меньшей мере, часть продольного звукового сигнала (20) распространяется через головку рельса как бегущая волна вблизи верхней стороны (Т) головки, причем регистрируют, по меньшей мере, части бегущей волны, отраженные от головки (1) рельса и выходящие из верхней стороны (Т) головки.

14. Способ по п.13, в котором, по меньшей мере, два разных продольных звуковых сигнала (20, 20′) ультразвукового диапазона передают в верхнюю сторону (Т) головки рельса под разными углами.

15. Способ по п.13 или 14, в котором, по меньшей мере, один продольный звуковой сигнал (20) передают в головку (1) рельса в первом продольном направлении рельса для формирования, по меньшей мере, одной соответствующей бегущей волны, при этом, по меньшей мере, один другой продольный звуковой сигнал (20″) передают в головку рельса, по существу, в противоположном продольном направлении рельса для формирования, по меньшей мере, одной соответствующей бегущей волны.

16. Способ по п.13 или 14, в котором, по меньшей мере, несколько первых сигналов (110а, 110b) используют как сигналы позиционирования, для позиционирования, по меньшей мере, части измерительного устройства относительно головки рельса и/или для определения позиции центральной плоскости (W) головки рельса.

17. Способ по п.13 или 14, в котором нижняя сторона (В) головки рельса делится на две части (В(1), В(2)) нижней стороны шейкой (F) рельса, при этом первый передатчик (131А) передает первый сигнал позиционирования (110а) в головку рельса таким образом, что этот первый сигнал позиционирования (110а) отражается через от одной части (В(1)) нижней стороны головки рельса к первому приемнику (132А), в котором первый сигнал позиционирования принимают с помощью первого приемника (132А), в котором второй передатчик (131В) передает второй сигнал позиционирования (110b) в головку рельса таким образом, что этот второй сигнал позиционирования (110b) отражается через от другой части (В(2)) нижней стороны головки рельса ко второму приемнику (132 В), причем второй сигнал позиционирования (110b) принимают с помощью второго приемника (132В), в котором, в частности, времена распространения первого и второго сигналов позиционирования измеряют и сравнивают друг с другом для позиционирования передатчиков и приемников (131А, 132А, 131В, 132В) и/или измерительного устройства относительно головки рельса.

18. Устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, непосредственно предназначенное для осуществления способа по любому из пп.1-17.

19. Агрегат, содержащий рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, при этом головка (1) рельса имеет верхнюю сторону (Т) и нижнюю сторону (В), причем устройство способно перемещаться по верхней стороне (Т) головки рельса, в конкретном направлении движения, параллельном продольному направлению рельса (L), и, по меньшей мере, один первый источник звука (31, 32; 33, 34) устройства выполнен с возможностью занятия в ходе работы такой позиции, что первый ультразвуковой сигнал (10), передаваемый первым источником звука (31, 32; 33, 34)
входит в головку (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки,
только один раз отражается от нижней стороны (В) головки рельса, но не от продольной стороны (S) головки (1) рельса,
достигает, по меньшей мере, одной, по существу, центральной части (С) головки рельса, и
выходит из головки (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки,
при этом, по меньшей мере, один первый детектор (32, 31; 34, 33) устройства предназначен для регистрации первых сигналов (10) ультразвукового диапазона, выходящих из верхней стороны (Т) головки, при этом первый источник (31, 32, 33, 34) и первый детектор (32, 31, 34, 33) звука ультразвукового диапазона размещены, по существу, в плоскости, практически перпендикулярной направлению движения.

20. Агрегат по п.19, в котором первый источник звука (31, 32; 33, 34) и первый детектор (32, 31; 34, 33) размещены друг за другом или вблизи друг друга, например, на расстоянии, меньшем ширины головки (1) рельса.

21. Агрегат по п.19 или 20, в котором первый источник звука (31) ультразвукового диапазона выполнен с возможностью занятия в ходе работы такой позиции передачи, что соответствующее направление передачи направлено немного в сторону от центральной части (С) головки рельса, в котором первый детектор (32) может занимать такую соответствующую позицию приема, что соответствующее направление приема направлено к центральной (С) части головки рельса.

22. Агрегат по п.19 или 20, в котором нижняя сторона (В) головки рельса делится шейкой (F) рельса на две части (В(1), В(2)) нижней стороны, при этом агрегат содержит, по меньшей мере, несколько передатчиков и приемников, предпочтительно, преобразователей (131А, 132А, 131В, 132В) для передачи первого и второго сигналов позиционирования (110а, 110b) в головку рельса и для приема их снова от головки рельса, в результате чего первый сигнал позиционирования (110а) передается первым передатчиком (131А) через одну часть (В(1)) нижней стороны головки рельса на первый приемник (131В), и второй сигнал позиционирования (110b) передается вторым передатчиком (132А) через другую часть (В(2)) нижней стороны головки рельса на второй приемник (132В), причем агрегат содержит процессор для сравнения времен распространения первого сигнала позиционирования и второго сигнала позиционирования, и, по меньшей мере, часть (31-39, 131, 132) устройства обнаружения предпочтительно выполнена с возможностью позиционирования относительно центра рельса на основании сравнения времен распространения.

23. Агрегат, содержащий рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, в котором головка (1) рельса имеет верхнюю сторону (Т) и нижнюю сторону (В), при этом устройство способно перемещаться по верхней стороне (Т) головки рельса, в конкретном направлении движения, параллельном продольному направлению рельса (L), и устройство снабжено, по меньшей мере, одним источником звука (33, 34), который, по меньшей мере, предназначен для передачи продольного звука ультразвукового диапазона, причем устройство снабжено, по меньшей мере, одним приемником (34, 33), который, по меньшей мере, предназначен для регистрации звука ультразвукового диапазона, в котором источник (33, 34) и детектор (34, 33) продольного звука выполнены с возможностью занятия в ходе работы таких соответствующих позиций передачи и позиций приема, что соответствующее направление передачи и соответствующее направление приема проходят, по существу, перпендикулярно продольному направлению (L) рельса, и направлены в центральную часть (С) головки рельса.

24. Агрегат по п.23, в котором источник (33) и детектор (34) продольного звука размещены в плоскости, по существу, перпендикулярной направлению движения, при этом источник (33) и детектор (34) продольного звука, в частности, в ходе работы располагаются друг за другом или вблизи друг друга, например на расстоянии, меньшем ширины головки (1) рельса.

25. Агрегат, содержащий рельс и устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, в котором головка рельса (1) имеет верхнюю сторону (Т), и устройство способно перемещаться по верхней стороне (Т) головки рельса, в конкретном направлении движения, параллельном продольному направлению рельса (L), при этом устройство снабжено, по меньшей мере, одним источником звука (35, 36, 38), который предназначен для передачи, по меньшей мере, одного продольного звукового сигнала (20) ультразвукового диапазона в головку (1) рельса через верхнюю сторону (Т) головки, в результате чего, по меньшей мере, часть продольного звукового сигнала (20) распространяется через головку рельса как бегущая волна вблизи верхней стороны (Т) головки.

26. Агрегат по п.25, содержащий, по меньшей мере, два источника звука (35, 36, 38) для передачи, по меньшей мере, двух разных продольных звуковых сигналов (20, 20′) ультразвукового диапазона в верхнюю сторону (Т) головки рельса под разными углами.

27. Агрегат по п.25 или 26, в котором устройство снабжено, по меньшей мере, одним детектором (35, 36, 38), который предназначен для регистрации ультразвуковых сигналов, в частности, по меньшей мере, частей бегущей волны, которые в ходе работы отражаются в головке (1) рельса и выходят из верхней стороны (Т) головки.

28. Агрегат по п.25 или 26, в котором устройство снабжено, по меньшей мере, одним источником звука (35, 36, 38), который предназначен для передачи, по меньшей мере, одного продольного звукового сигнала (20) в головку (1) рельса, по существу, в первом продольном направлении рельса для формирования соответствующей бегущей волны, при этом устройство снабжено, по меньшей мере, одним другим источником звука (37), который предназначен для передачи, по меньшей мере, одного другого продольного звукового сигнала в головку (1) рельса, по существу, в противоположном продольном направлении рельса для формирования соответствующей бегущей волны.

29. Устройство для обнаружения дефектов в головке рельса, пригодное для агрегата по любому из пп.19-28.

30. Применение устройства по п.29 для тестирования рельсов, в частности железнодорожных рельсов, на наличие дефектов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для контроля труб диаметром не более 5 мм. .

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для контроля труб диаметром не более 5 мм. .

Изобретение относится к устройствам неразрущающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для контроля труб диаметром не более 5 мм. .

Изобретение относится к области ультразвукового контроля качества сварных швов, в частности к контролю тонких сварных швов с ограниченной шириной поверхности ввода ультразвуковых колебаний вдоль швов, и может найти широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области контроля качества листового стекла, других листовых материалов и может быть использовано при их производстве и последующей эксплуатации для количественного контроля и визуализации наличия в них микродефектов типа микро- и нанотрещин, других структурообразующих стекловидных образований.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к средствам неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для контроля сплошности как самого металла, так и его сварного соединения.

Изобретение относится к области дефектоскопии, в частности к устройствам неразрушающего контроля различных материалов

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля толщины стенки изделий сложной формы, например, фасонных отливок с вогнутыми необработанными поверхностями

Изобретение относится к средствам испытаний изделий ультразвуком и может быть использовано для выявления дефектов колес при ремонте и изготовлении подвижного состава железнодорожного транспорта, а также для ультразвуковых испытаний изделий в форме тел вращения

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для контроля труб диаметром не боле 5 мм
Наверх