Способ и система для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии

Группа изобретений относится к области выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии. Способ выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии содержит этапы, на которых осуществляют перемещение магнита вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, выходящие из активного магнитного поля магнита, образовывали петлю, проходили через изделие и создавали магнитное взаимодействие магнита с изделием; помещение датчика взаимодействия магнитного поля в фиксированной позиции относительно магнита и в активном магнитном поле магнита, причем датчик взаимодействия проходит вдоль изделия с магнитом для осуществления замера магнитного взаимодействия между магнитом и изделием; анализ измеренного магнитного взаимодействия в активном магнитном поле на предмет изменения магнитного взаимодействия в ходе перемещения магнита и использование изменения магнитного взаимодействия для выявления нарушения непрерывности в изделии. Технический результат - повышение надежности и своевременного выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники

Раскрыты способ и система для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии. Варианты воплощения раскрытого способа и системы могут иметь применение, в качестве примера, но не ограниченного, в выявлении нарушения непрерывности в изделии или изменения в составе материала, входящего в изделие. В одном, более конкретном применении изделие может представлять собой рельс железнодорожного пути.

Уровень техники

Заявитель разработал диапазон технологий для выявления нарушений непрерывности или других дефектов в железнодорожных путях и дефектов в железнодорожных колесах. Некоторые из этих технологий основаны на обнаружении и последующем анализе остаточных магнитных полей. Один пример описан в публикации заявителя под номером US 2013/0113472. Данная публикация Патента США описывает способ магнитного обнаружения глубины трещины. Это позволяет измерять утечку остаточного потока магнитной индукции по длине рельса железнодорожного пути, и путем сопоставления измерений с предыдущими эмпирическими измерениями позволяет предсказывать глубину трещины. Оборудование с использованием данного способа было успешно запущено в серийное производство.

Раскрытая в настоящее время система и способ являются результатом дальнейших научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области магнитного обнаружения нарушения непрерывности материала.

Приведенная выше ссылка на уровень техники не является признанием того, что уровень техники составляет часть общих знаний обычного специалиста в данной области техники. Кроме того, вышеприведенная ссылка на уровень техники не предназначена для ограничения применения способа и системы, раскрытой в настоящей работе.

Сущность изобретения

В первом аспекте раскрыт способ выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии, содержащий:

- перемещение магнита вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, вызванного активным магнитным полем магнита, образовывали петлю через изделие и создавали магнитную связь магнита с изделием;

- помещение, по меньшей мере, одного датчика связи по магнитному полю в фиксированную позицию относительно магнита и в активное магнитное поле магнита, причем, по меньшей мере, один датчик взаимодействия проходит вдоль изделия с магнитом для осуществления замера магнитного взаимодействия между магнитом и изделием; и

- анализ измеренного магнитного взаимодействия в активном магнитном поле для изменения магнитного взаимодействия в ходе перемещения магнита и использование изменения магнитного взаимодействия для выявления нарушения непрерывности в изделии.

В одном варианте воплощения анализ информации содержит определение размера нарушения непрерывности.

В одном варианте воплощения, по меньшей мере, один датчик взаимодействия установлен для зондирования, по меньшей мере, направления магнитного потока, образующего петлю через изделие.

В одном варианте воплощения, по меньшей мере, один датчик взаимодействия установлен для зондирования, по меньшей мере, плотности магнитного потока, образующего петлю через изделие.

В одном варианте воплощения изделие представляет собой рельс для железнодорожного транспорта. В любом альтернативном варианте воплощения изделие представляет собой колесо для железнодорожного транспорта

В одном варианте воплощения способ содержит:

- прием продольных замеров магнитного поля вдоль рельса одновременно с приемом замеров магнитного взаимодействия от одного или более датчиков взаимодействия;

- между моментами, в которые принимают замеры, - передвижение: магнита, датчиков взаимодействия и датчиков смещения в фиксированном смежном положении друг относительно друга вдоль изделия; и

- использование замеров с датчиков смещения для обеспечения оценки смещения магнита вдоль изделия между последовательными моментами замеров.

В одном варианте воплощения использование замеров с датчиков смещения для обеспечения оценки смещения магнита содержит взаимное коррелирование замеров, полученных с датчиков смещения в последовательные моменты замеров.

В одном варианте воплощения способ содержит комбинирование замеров, полученных с датчиков взаимодействия и с датчиков смещения, для обеспечения выявления взаимодействия магнитного поля по ширине участка нарушения непрерывности в области смещения.

Во втором аспекте раскрыта система для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии, содержащая:

- магнит, пригодный для перемещения вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, выходящие из активного магнитного поля магнита, образовывали петлю, проходящую через изделие, и создавали магнитное взаимодействие магнита с изделием; и

по меньшей мере, один датчик магнитного поля, расположенный в фиксированной позиции относительно магнетика и в активном магнитном поле магнита, причем, по меньшей мере, один датчик проходит вдоль изделия с магнитом и установлен для измерения магнитного взаимодействия между магнитом и изделием.

В одном варианте воплощения система дополнительно содержит систему анализа магнитного потока, установленную для анализа информации, относящейся к магнитному потоку, обеспеченной, по меньшей мере, одним датчиком, для обеспечения выявления характеристики нарушения непрерывности, проникающего в поверхность.

В одном варианте воплощения, по меньшей мере, один датчик взаимодействия магнитного поля представляет собой один из множества датчиков взаимодействия, установленных в виде матрицы в направлении, поперечном к направлению прохождения магнита вдоль изделия.

В одном варианте воплощения система содержит датчик смещения, принимающий замеры магнитного поля в нескольких местоположениях, расположенных с промежутками в продольном направлении вдоль рельса, одновременно с приемом замеров магнитного взаимодействия от одного или более датчиков взаимодействия.

В третьем аспекте раскрыт способ оценки пространственного смещения относительно отклика магнитного поля изделия, содержащий:

- прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля между изделием и магнитом при известной частоте замеров, в котором магнит пригоден для перемещения в направлении вдоль длины изделия, и в котором несколько замеров одновременно принимают в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении длины изделия;

- в период времени между последовательными моментами замеров, - передвижение магнита и прибора, пригодного для приема замеров в фиксированном пространственном расположении друг относительно друга вдоль изделия; и

- обработку полученных нескольких замеров для обеспечения оценки магнитного смещения вдоль изделия между последовательными моментами замеров.

В четвертом аспекте раскрыт способ облегчения определения характеристик нарушения непрерывности материала в ферромагнитном изделии, содержащий:

- приложение магнитного поля к изделию;

- прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля между магнитом и изделием при известной частоте замеров;

- в период времени между последовательными моментами замеров, - передвижение прибора, пригодного для приложения магнитного поля, и прибора, пригодного для приема замеров, в фиксированном пространственном расположении друг относительно друга вдоль изделия;

- обработку полученных нескольких замеров для обеспечения оценки смещения прибора вдоль изделия между последовательными моментами замеров; использование оценок смещения для облегчения определения характеристик признака в изделии.

В одном варианте воплощения прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля содержит прием первых нескольких из замеров в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении движения изделия; и вторых нескольких из замеров в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении, поперечном к направлению движения изделия.

В одном варианте воплощения обработка полученных нескольких замеров для обеспечения оценки смещения содержит взаимное коррелирование замеров, полученных в последовательные моменты замеров из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении длины изделия или в направлении движения изделия.

В пятом аспекте раскрыт способ выявления разрыва в железнодорожном пути, причем способ содержит:

- прием одних или более замеров взаимодействия магнитного поля между магнитом и рельсом в железнодорожном пути, для облегчения оценки глубины трещины в рельсе;

- одновременный прием продольных замеров взаимодействия магнитного поля вдоль рельса;

- между моментами, в которые принимают замеры, - передвижение прибора, пригодного для приема замеров вдоль рельса;

- использование продольных замеров для обеспечения оценки смещения прибора вдоль рельса между последовательными моментами замеров, для облегчения оценки ширины трещины; и

- обработку данных оценки глубины и ширины, для облегчения получения характеристик признака проникновения в поверхность в качестве одного из множества признаков, включающих в себя разрыв в рельсе.

В шестом аспекте раскрыта система для оценки пространственного смещения вдоль намагничиваемого изделия относительно дефекта, достаточного чтобы вызвать детектируемое изменение в естественной границе поляризации активного магнитного поля, взаимодействующего с изделием, содержащая:

- прибор, поддерживающий систему измерения магнитного поля, установленную для зондирования напряженности магнитного поля в нескольких находящихся на расстоянии друг от друга местоположениях в направлении длины изделия в каждый момент замера при известной частоте замера, причем прибор пригоден для передвижения в направлении длины вдоль изделия; и

- процессор, установленный для обработки данных измеренной напряженности магнитного поля в нескольких местоположениях в последовательные моменты замеров, для обеспечения оценки смещения прибора в каждый момент замера вдоль изделия вблизи от дефекта.

Краткое описание чертежей

Несмотря на то, что в объем системы и способа могут входить любые другие формы, как изложено в разделе «Сущность изобретения», конкретные варианты воплощения будут теперь описаны лишь в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фигура 1 представляет собой схематическое представление части раскрытой системы для выявления нарушения непрерывности материала на участке намагничиваемого изделия, на котором отсутствуют какие-либо нарушения непрерывности материала;

Фигура 2 представляет собой схематическое представление раскрытой системы, показанной на Фигуре 1 для участка намагничиваемого изделия, который включает в себя нарушение непрерывности материала;

Фигура 3 представляет собой представление сигналов, генерированных системой при перемещении участка намагничиваемого изделия с и без нарушения непрерывности материала;

Фигура 4 представляет собой схематическое представление на проекции на вертикальной плоскости второго варианта воплощения раскрытой системы;

Фигура 5 представляет собой схематическое представление третьего варианта воплощения раскрытой системы, который содержит в себе систему и способ для измерения/оценки пространственного смещения;

Фигура 6 представляет собой представление возможного сигнала от матрицы датчиков, простирающейся в направлении изделия, используемом в системе и способе для измерения/оценки пространственного смещения согласно вариантам воплощения системы, показанной на Фигуре 5;

Фигура 7 представляет собой представление магнитной аномалии потока от каждого из датчиков в матрице датчиков, показанной на Фигуре 4;

Фигуры 8a-8d обеспечивают графическое представление процесса преобразования замеров в зависимости от времени, для соответствующей информации о смещении;

Фигура 9 иллюстрирует набор результатов испытания, показывающих предсказанное смещение, с использованием варианта воплощения системы и способа для измерения/оценки пространственного смещения, показанного на Фигуре 6, по отношению к фактическому смещению в один миллиметр;

Фигура 10 иллюстрирует технологию согласно уровню техники для не разрушающего тестирования, с использованием измерения рассеяния магнитного потока;

Фигура 11 представляет собой представление другого варианта воплощения раскрытой системы; и

Фигура 12 представляет собой представление еще одного варианта воплощения раскрытой системы.

Подробное описание конкретных вариантов воплощения

Фигуры 1 и 2 отображают один вариант воплощения раскрытой системы 10 и связанный с ней способ для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии. Предполагается, что термин «нарушение непрерывности материала» на протяжении всей данной спецификации включает в себя любое нарушение непрерывности в материале изделия, такое как трещина, скол, выемка, сварной шов, соединительная муфта или включение устройства или датчика к или в изделие, или любое другое изменение свойства материала в изделии, независимо от того проникает ли нарушение непрерывности в поверхность изделия. В проиллюстрированном варианте воплощения намагничиваемое изделие представляет собой рельс 12 железнодорожного пути. Рельс 12 показан сбоку и имеет верхнюю 14 поверхность качения.

Система 10 имеет блок 16 датчика, который включает в себя магнит 18 и, по меньшей мере, один датчик S взаимодействия магнитного поля. В этом конкретном варианте воплощения магнит 18 ориентирован таким образом, чтобы его северный полюс был обращен к поверхности 14 качения. Система 10 поддерживает магнит 18 на фиксированной высоте выше поверхности 14 качения. Линии магнитного потока 22 образуют петлю от северного полюса к южному полюсу. Магнит 18 поддерживают на расстоянии выше рельса 12 таким образом, чтобы линии магнитного потока 22 образовывали петлю через рельс 12.

Магнитное поле магнита 18 заставляет поверхность 14 рельса 12 непосредственно ниже магнита 18 становиться поляризованной напротив обращенного к ней полюса магнита 18, а области, удаленные от магнита 18, становиться обратно поляризованными. Естественная граница 24 создается в поверхности 14 в любой один момент времени вблизи магнита 18, где магнитная поляризация переходит от северного полюса к южному.

Датчик взаимодействия S помещают и удерживают в фиксированной позиции относительно и в активном магнитном поле магнита 18. Датчик взаимодействия S, который может представлять собой датчик Холла, способен считывать характеристики потока 22. Характеристики включают в себя один или предпочтительно оба из направления потока 22 и плотности потока, или напряженность поля. Это на самом деле позволяет измерять поток, связывающий между собой рельс 12 и магнит 18.

Блок 16 датчика системы 10 пропускают вдоль направления длины рельса 12. Сигналы от датчика взаимодействия S поступают в систему 20 анализа, которая может осуществлять различные операции на сигналах. Это включает в себя запись сигнала напряженности (магнитного поля) вдоль рельса 12, например, как показано на Фигуре 3, и/или проведение математических операций на сигнале, для определения того, отображает ли сигнал нарушения непрерывности материала, и если так, то - определения типа нарушения непрерывности.

На Фигуре 1 участок рельса 12 не имеет никаких значительных нарушений непрерывности материала. Представление сигнала, полученного с датчика взаимодействия S системы 10, перемещающейся таким образом, чтобы участок мог принимать форму, как показано кривой C1, показанной на Фигуре 3. В сущности, это просто аномалия шума с относительно небольшой амплитудой и с постоянной полярностью.

Фигура 2 представляет систему 10 в момент времени перемещения нарушение непрерывности материала 30 в рельсе 12. В этом конкретном примере, нарушение непрерывности присутствует в форме разрыва или трещины в рельсе. Нарушение непрерывности/трещина 30 создает искусственную границу 24a поляризации в рельсе 12. На самом деле, нарушение непрерывности/трещина 30 смещает местоположение естественной границы 24, как показано на Фигуре 1, которое может существовать в отсутствии трещины 30. Эффективный сдвиг границы поляризации от естественной границы 24 к искусственной границе 24a, созданной трещиной 30, искажает поток 22 активного магнитного поля, считываемого датчиком S, с получением изменения потока, связывающего между собой магнит 18 и рельс 12. Искажение может происходить с точки зрения, как направления магнитного потока, так и его плотности. В частности, предполагается, что плотность будет повышенной или сосредоточенной вблизи краев нарушения непрерывности/трещины 30.

Кривая C2 на Фигуре 3 отображает связь по магнитному потоку (т.е., магнитную аномалию потока) поперек и непосредственно вблизи нарушения непрерывности/трещины 30. Магнитная аномалия показывает значительное возмущение, по сравнению с кривой C1. Магнитная аномалия может быть проанализирована или сопоставлена с эмпирически выведенным результатом, для облегчения определения природы конкретного нарушения непрерывности материала.

Система 20 анализа, встроенная в систему 10, может анализировать магнитную аномалию C2, для определения характеристики нарушения непрерывности, исходя из таких признаков, как амплитуда возмущения и ширина возмущения.

Система 20 анализа, которая установлена для обработки сигналов от датчика (датчиков) и для обеспечения выявления изменения свойств материала, может выполнять, по меньшей мере, следующий этап обработки сигналов:

Низкочастотную фильтрацию сигналов, для снижения шума.

Фильтр высокочастотного смещения для выявления составляющих сигнала с конкретной частотой, указывающей на определенные типы нарушения непрерывности, например, на трещину, проникающую в поверхность, или сварной шов в рельсе. Такие частоты могут быть выведены путем эмпирического измерения известных или отдельно измеряемых характеристик.

Измерение двойной амплитуды и градиента сигнала, вслед за вышеуказанной фильтрацией, для определения серьезности или размера нарушения непрерывности

Варианты воплощения системы 10 могут позволять выявлять нарушения непрерывности материала, такие как, но не ограниченные, трещины, проникающие в поверхность, которые могут иметь ширину порядка примерно 0,1 мм или более, изменение в составе материала, такие как те, которые возникают из-за наличия сварного шва в рельсе 12 или устройства, находящегося в, или встроенного в рельс, такого как переключатель. В одном варианте воплощения магнит 18 может генерировать магнитное поле примерно 0,023 Тл в точке, где он проходит через датчик (датчики) S, причем датчик (датчики) S находятся на расстоянии примерно 40 мм над изделием 12 и примерно 40 мм сбоку от магнита 18. Сам по себе магнит 18 может находиться примерно на расстоянии 20 мм над изделием 12. Используемый блок 16 датчика может перемещаться при скорости 0-140 м/с.

Считывание или измерение связывания по потоку или изменений связывания по потоку в раскрытом способе и системе отлично и различимо, по сравнению с измерением рассеяния магнитного потока, которое является общим в не разрушающем испытании (НРИ). Фигура 10 иллюстрирует общую компоновку для измерения рассеяния магнитного потока. Здесь, линии потока 40 циркулируют через магнит M1, изделие/рельс 12, магнит M2 и свободны воздух 42. Рельс имеет поверхностный дефект, например, скол 30a, вызывающий путь утечки 45 потока из рельса 12 и назад к нему. Поток, утекающий из рельса, считывается датчиком 44. Это противоположно варианту воплощения настоящей системы 10, где существует поток, проходящий через воздух между рельсом 12 и магнитом 18, то есть, замкнутый, и используемый для определения существования нарушения непрерывности материала.

Улучшенные результаты могут быть получены путем обеспечения матрицы датчиков взаимодействия S0-S10 (здесь и далее называемых в общем виде «датчиками Sn»), а не одиночного датчика взаимодействия S. Матрица датчиков взаимодействия Sn может быть установлена на линии, поперечной к направлению движения блока 16 считывания, как показано на Фигуре 4. В случае намагничиваемого изделия, представляющего собой рельс 12, матрица датчиков взаимодействия Sn установлена таким образом, чтобы она простиралась в поперечном направлении поперек поверхности 14 качения.

Видно, что кривая C2 на Фигуре 3 показывает измерения напряженности магнитного потока (т.е., связывание по потоку) в зависимости от смещения и в непосредственной близости от нарушения непрерывности/трещины 30. Смещение может быть измерено одним из нескольких традиционных способов, например, с использованием системы GPS, тахометрических измерений колеса или измерения скорости в зависимости от времени. Однако, раскрытая система 10 и связанный с ней способ может быть дополнительно усовершенствован для облегчения оценки пространственного смещения в направлении перемещения через искусственную границу 30 лишь путем измерения времени и магнитного поля. Поэтому, это позволяет обойтись без встроенной системы GPS, тахометров или измерения скоростей.

Фигура 5 иллюстрирует усовершенствованную систему 10a, которая создает свою собственную пространственную область, в сочетании с матрицей датчиков взаимодействия Sn согласно варианту воплощения, показанному на Фиг. 4. Система 10a содержит систему измерения магнитного поля, установленную для зондирования напряженности магнитного поля в нескольких находящихся на расстоянии друг от друга местоположениях в направлении длины D изделия, которое в данном примере представляет собой рельс 12. Система измерения магнитного поля присутствует в форме матрицы датчиков смещения B0-B10 (здесь и далее называемых в общем виде «датчиками смещения Bn»). Направление длины D представляет собой любое из противоположных направлений, которые проходят параллельно длине рельса 12. Блок 16 датчика установлен для сбора показаний от каждого из датчиков Bn в каждый момент замера. Датчики смещения Bn могут присутствовать в форме датчика Холла.

Матрица датчиков смещения Bn установлена параллельно направлению D и расположена в блоке 16 таким образом, чтобы она лежала вдоль центральной линии рельса 12. Однако, следует понимать, что матрица датчиков смещения Bn не обязательно должна быть расположена вдоль центральной линии рельса 12 или другого изделия, в отношении которого используется система 10. Задача матрицы датчиков Bn состоит в обеспечении оценки смещения блока 16, с точки зрения наличия нарушения непрерывности/трещины 30.

Связывание/напряженность магнитного поля, измеренные с помощью датчиков Bn в каждый момент замера, отображены на Фигуре 6 в форме колебаний волны, которая может происходить из измерения напряженности поля вблизи места нарушения непрерывности/трещины 30. Линия F представляет центральную линию нарушения непрерывности/трещины 30. В этот конкретный каждый момент замера система 10a расположена в таком положении, чтобы нарушение непрерывности/трещина 30 находилось в области между датчиками B7 и B8.

Следует отметить, что система 10a не принимает никакой информации о скорости или о смещении от внешних источников. Датчики взаимодействия Sn принимают данные измерений напряженности/связывания магнитного поля в каждый момент замера. Это может быть использовано для классификации магнитной аномалии связанного магнитного поля и, таким образом, облегчает определения характеристики нарушения непрерывности/трещины 30 применительно к ее поперечной ширине, длине и глубине. Однако, без сведений о том, насколько далеко блок 16 перемещается в каждый момент замера, определение характеристик связывания магнитного поля, а следовательно, и характеристик ширины нарушения непрерывности/трещины 30 в направлении D становится проблематичным.

Фигура 7 отображает реконструированные пространственные сигналы от каждого из датчиков Sn, поскольку блок 16 проходит через нарушение непрерывности/трещину 30 в рельсе 12. Данные изменения в измерении магнитного поля, полученные от блока 16 датчика, облегчают определение смещения формы волны, показанной на Фиг. 2, с помощью матрицы датчиков Bn, а следовательно, и расстояние, на которое блок 16 перемещается по рельсу 18. Нарушение непрерывности/трещина 30 может быть классифицировано (например, разбитый рельс, скол, и т.д.) по информации, имеющейся в этом реконструированном комплекте сигналов.

Сигналы обработки, полученные от датчиков смещения Bn в последовательные моменты замеров, позволяют определять, или, по меньшей мере, предсказывать расстояние, на которое перемещается блок 16 между моментами дополнительного замеров. Это позволяет реконструировать сигналы, полученные от датчиков взаимодействия Sn в области смещения, что, в свою очередь, позволяет получать информацию о ширине, а следовательно, и классификацию нарушения непрерывности/трещины 30, например, в виде разбитого рельса.

Фигуры 8a-8b иллюстрируют один способ обработки для использования измерений, полученный от датчиков смещения Bn в последовательные моменты замеров для определения смещения. Фигура 8a отображает напряженность магнитного поля в активном магнитном поле, измеренную каждым из датчиков Bn в каждый один момент замера. Таким образом, точки B0-B10 на Фигуре 8a отображают данные напряженности поля/связывание магнитного поля по ширине участка нарушения непрерывности/трещины 30, считанные соответствующими датчиками. На самом деле, Фигура 8a отображает магнитной аномалии нарушения непрерывности/трещины 30 в один момент времени.

Следующая стадия обработки сигналов для определения смещения состоит в аппроксимации кривой между точками замеров B0-B10. В данном примере это осуществляют путем интерполяции кубического сплайна между точками замеров, показанными на Фигуре 8b.

В следующий момент замера датчиками смещения B0-B10 отбирается второй набор измерений напряженности магнитного поля. Они показаны на Фигуре 8c как замеры B0-B10. Следует учитывать, что в этот второй момент замера, блок 16 уже прошел расстояние вдоль рельса 12. Но это расстояние перемещения в этот момент времени неизвестно. Однако, время между моментами замеров известно, поскольку это можно определить из известной частоты замеров.

На Фигуре 8c, расстояние Δχ, представляющее собой горизонтальное расстояние вдоль кубического сплайна между измерениями напряженности магнитного поля одного и того же датчика Bn неизвестно. Оно такое же, что и физическое смещение блока 16 между последовательными моментами замеров. Путем обработки набора замеров можно оценить расстояние Δχ. Одна возможная технология или способ обработки состоит во взаимном коррелировании набора замеров в рамках кубического сплайна, до достижения минимизации погрешности корреляции. Величина сдвига в точке с минимальной погрешностью корреляции эквивалентна оцененному сдвигу Δχ.

Следовательно, на этой стадии известно, как Δχ, так и частота замера. Это также предусматривает расчет оцененной скорости перемещения блока 16. Следует понимать, что эту скорость можно вычислить без необходимости во внешних воздействиях из транспортного средства (например, к которому система 10a прикреплена). Таким образом, система 10a позволяет оценивать, как расстояние, на которое перемещается блок 16 между последовательными моментами замеров, так и общую линейную скорость блока 16. Тем не менее, при желании, и особенно при наличии данных расстояния или расчеты, выведенных извне системы 10a, легко получаемых из существующего бортового оборудования, они могут быть использованы в дополнение к тем, которые получены из системы 10a, для обеспечения проверки или отслеживания погрешности.

Специалисты в данной области техники могут понять, что данный способ будет точным, только при наличии нарушения непрерывности/трещины 30, которую можно считать блоком 16. Если нет никакого нарушения непрерывности/трещины 30 или другого признака, вызывающего изменение связывания по потоку в активном магнитном поле, то этот способ прерывается и не поставляет надежной или полезной информации. Однако, это не имеет никакого значения в практическом смысле. Причина этого состоит в том, что если изменение магнитного связывания по потоку, доступное для считывания, отсутствует, то на пути, о котором идет речь, нет никакого нарушения непрерывности/трещины 30.

Таким образом, при использовании обработки, описанной выше применительно к Фигурам 8a-8d, смещение вдоль магнитной аномалии может быть рассчитана в режиме реального времени. Это позволяет осуществлять реконструкцию выполнения замеров во времени, осуществляемого матрицей Sn, таким образом, чтобы это был пространственный замер.

Фигура 9 показывает набор результатов испытания, где блок 16 последовательно перемещается на известное расстояние в один миллиметр между моментами замеров, в сравнении с результирующим расстоянием, которое измерено или оценено согласно варианту воплощения настоящего способа и системы.

Волна C1 представляет собой магнитный поток, измеренный вдоль четырех- (4)-метрового участка рельса 12, имеющего нарушение непрерывности/трещину 30. Нарушение непрерывности/трещина 30 порождает всплеск волны C1. Слева представлен масштаб, показывающий предсказанное смещение, с использованием раскрытой системы и способа. Фактическое смещение составляет один миллиметр. Оцененное смещение показано в виде кривой C2. Это показывает максимальную погрешность примерно 0,18 миллиметров в области, где имеется небольшое отклонение в аномалии магнитного поля. Однако, в области, где имеется всплеск волны C1, оцененное смещение крайне близко к известному смещению в 1 миллиметр. Как было упомянуто ранее, отсутствие точности в области, где нет значительного всплеска или изменения в напряженности магнитного поля, не имеет большого практического значения.

Матрица датчиков Bn, которая позволяет измерять/оценивать пространственное смещение, и матрица датчиков Sn активного поля действуют независимо друг от друга с точки зрения их функционирования и информации/данных, которые они могут обеспечить. Матрица датчиков Sn может быть использована, например, с традиционными системами измерения смещения, вместо матрицы датчиков Bn. Аналогично, матрица датчиков Bn может быть использована полностью независимо в качестве автономного способа и системы оценки пространственного смещения относительно магнитного отклика, связанного с аномалией в изделии. В широком смысле, способ содержит: приложение магнитного поля к изделию, такому, но не ограниченному, как рельс 12 или железнодорожное колесо; прием нескольких замеров магнитного поля при известной частоте замера по магнитному отклику изделия на или к приложенному магнитному полю; в период времени между последовательными моментами замеров, - передвижение прибора, пригодного для приема замеров относительно изделия; и обработку полученных нескольких замеров для обеспечения оценки смещения прибора между последовательными моментами замеров.

Соответствующая система для оценки пространственного смещения относительно магнитного отклика изделия на приложенное магнитное поле в широком смысле содержит: прибор, поддерживающий систему измерения магнитного поля, установленный для считывания характеристик магнитного поля в нескольких находящихся на расстоянии друг от друга местоположениях в направлении длины изделия в каждый момент замера, при известной частоте замера, причем прибор пригоден для передвижения в направлении длины вдоль изделия; и процессор, установленный для обработки данных измеренной напряженности магнитного поля в нескольких местоположениях в последовательные моменты замеров, для обеспечения оценки смещения прибора в каждый момент замера относительно магнитного поля.

Тогда как были описаны конкретные варианты воплощения системы и способ, следует учитывать, что система и способ могут быть воплощены во многих других формах. Например, Фиг. l, 2, 4 и 5 показывают датчики Sn, Bn расположенными сбоку от магнита 18. Однако, они могут быть расположены симметрично ниже магнита 18 в блоке 16, как показано на Фиг. 11. Таким образом, в этом варианте воплощения датчики расположены между магнитом 18 и рельсом 12. Взаимное расположение магнита (магнитов) и датчиков в активном магнитном поле, генерируемом магнитом (магнитами), не является критичным для вариантов воплощения системы и связанного с ней способа. Единственное практическое ограничение состоит в том, что с учетом того, что напряженность магнитного поля понижается с квадратом расстояния, датчики должны находиться достаточно близко друг от друга, или напряженность поля должна быть достаточной для того, чтобы отклонения в магнитном связывании находились в пределах чувствительности измерения датчиков Sn, Bn.

В другом варианте, показанном на Фигуре 12, вместо одного магнита 18, генерирующего активное магнитное поле, как в системах 10 и 10a, варианты воплощения системы 10, 10a могут иметь более одного магнита, для получения активного магнитного поля. Фигура 12 показывает систему 10b, имеющую два магнита 18 и 18b, между которыми может быть расположена одна или обе матрицы датчиков Sn, Bn.

В еще одном варианте, вместо ой продольной матрицы датчиков смещения Bn и одной матрицы датчиков взаимодействия Sn, варианты воплощения системы 10a могут быт обеспечены прямоугольной (т.е., включающей в себя квадратную) матрицу датчиков Bn, Sn, имеющую две или более линейные матрицы датчиков Sn и/или Bn. Например, вариант воплощения системы 10a может иметь квадратную 11×11 матрицу датчиков. Сигналы от датчиков в поперечном направлении матрицы обрабатываются как сигналы датчиков взаимодействия Sn, как было описано выше, тогда как сигналы от продольных матриц обрабатываются как сигналы датчиков смещения Bn, как было описано выше. Предполагается, что это может обеспечить повышенную точность определения характеристик нарушений непрерывности материала. Внедрение этого варианта воплощения потребует наличия дополнительных датчиков и дополнительной обработки.

В формуле изобретения, которая следует ниже, и в предшествующем описании, за исключением случаев, где контекст требует иного, из-за языкового выражения или необходимого условия, термин «содержать» и его разновидности, такие как «содержит» или «содержащий» используются в смысле включения в себя, т.е., для определения наличия указанных признаков, а не на исключения наличия или добавления других признаков в вариантах воплощения способа и системы, раскрытых в настоящей работе.

1. Способ выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии, содержащий:

- перемещение магнита вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, выходящие из активного магнитного поля магнита, образовывали петлю, проходили через изделие и создавали магнитное взаимодействие магнита с изделием;

- помещение, по меньшей мере, одного датчика взаимодействия магнитного поля в фиксированной позиции относительно магнита и в активном магнитном поле магнита, причем, по меньшей мере, один датчик взаимодействия проходит вдоль изделия с магнитом для осуществления замера магнитного взаимодействия между магнитом и изделием; и

- анализ измеренного магнитного взаимодействия в активном магнитном поле на предмет изменения магнитного взаимодействия в ходе перемещения магнита и использование изменения магнитного взаимодействия для выявления нарушения непрерывности в изделии.

2. Способ по п. 1, в котором анализ информации содержит определение размера нарушения непрерывности.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором, по меньшей мере, один датчик взаимодействия установлен для зондирования, по меньшей мере, направления магнитного потока, образующего петлю через изделие.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, один датчик взаимодействия установлен для зондирования, по меньшей мере, плотности магнитного потока, образующего петлю через изделие.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором изделие представляет собой рельс для железнодорожного транспорта.

6. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий прием продольных замеров магнитного поля вдоль изделия с использованием одного или более датчиков смещения, одновременно с приемом замеров магнитного взаимодействия от одного или более датчиков взаимодействия;

между моментами, в которые принимают замеры, - передвижение: магнита, датчиков взаимодействия и датчиков смещения в фиксированном смежном положении друг относительно друга вдоль изделия; и

использование замеров с датчиков смещения для обеспечения оценки смещения магнита вдоль изделия между последовательными моментами замеров.

7. Способ по п. 6, в котором использование замеров с датчиков смещения для обеспечения оценки смещения магнита содержит взаимное коррелирование замеров, полученных с датчиков смещения в последовательные моменты замеров.

8. Способ по п. 7, содержащий комбинирование замеров, полученных с датчиков взаимодействия и с датчиков смещения, для обеспечения выявления взаимодействия магнитного поля по ширине участка нарушения непрерывности в области смещения.

9. Система для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии, содержащая:

- магнит, выполненный с возможностью перемещения вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, выходящие из активного магнитного поля магнита, образовывали петлю, проходящую через изделие, и создавали магнитное взаимодействие магнита с изделием; и

- по меньшей мере, один датчик магнитного поля, расположенный в фиксированной позиции относительно магнетика и в активном магнитном поле магнита, в котором, по меньшей мере, один датчик проходит вдоль изделия с магнитом и установлен для измерения магнитного взаимодействия между магнитом и изделием.

10. Система по п. 9, дополнительно содержащая систему анализа магнитного потока, установленную для анализа информации, относящейся к магнитному потоку, обеспеченной, по меньшей мере, одним датчиком, для обеспечения выявления характеристики нарушения непрерывности, проникающего в поверхность.

11. Система по п. 9 или 10, в которой, по меньшей мере, один датчик взаимодействия магнитного поля представляет собой один из множества датчиков взаимодействия, установленных в виде матрицы в направлении, поперечном к направлению прохождения магнита вдоль изделия.

12. Система по любому из пп. 9-11, содержащая датчик смещения, принимающий замеры магнитного поля в нескольких местоположениях, расположенных с промежутками в продольном направлении вдоль рельса, одновременно с приемом замеров магнитного взаимодействия от одного или более датчиков взаимодействия.

13. Способ оценки пространственного смещения относительно отклика магнитного поля изделия, содержащий:

- прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля между изделием и магнитом, измеренного в активном магнитном поле, при известной частоте замера, в котором магнит выполнен с возможностью перемещения в направлении вдоль длины изделия, и в котором несколько замеров одновременно принимают в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении длины изделия;

- в период времени между последовательными моментами замеров: передвижение магнита и прибора, выполненного с возможностью приема замеров в фиксированном пространственном расположении друг относительно друга вдоль изделия в активном магнитном поле; и

- обработку полученных нескольких замеров магнитного взаимодействия в активном магнитном поле для обеспечения оценки магнитного смещения вдоль изделия между последовательными моментами замеров.

14. Способ облегчения определения характеристик нарушения непрерывности материала в ферромагнитном изделии, содержащий:

- приложение магнитного поля к изделию;

- прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля между магнитом и изделием, измеренных датчиком, расположенным в активном магнитном поле, при известной частоте замеров;

- в период времени между последовательными моментами замеров: передвижение прибора, выполненного с возможностью для приложения магнитного поля, и прибора, выполненного с возможностью для приема замеров, в фиксированном пространственном расположении друг относительно друга вдоль изделия в активном магнитном поле;

- обработку полученных нескольких замеров магнитного взаимодействия в активном магнитном поле, для обеспечения оценки смещения прибора вдоль изделия между последовательными моментами замеров;

- использование оценок смещения для облегчения определения характеристик признака в изделии.

15. Способ по п. 14, в котором прием нескольких замеров взаимодействия магнитного поля содержит прием первых нескольких из замеров в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении движения изделия; и вторых нескольких из замеров в каждом из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении, поперечном к направлению движения изделия.

16. Способ по п. 13 или 15, в котором обработка полученных нескольких замеров для обеспечения оценки смещения содержит взаимное коррелирование замеров, полученных в последовательные моменты замеров из нескольких местоположений, которые находятся на расстоянии друг от друга в направлении длины изделия или в направлении движения изделия.

17. Способ выявления разрыва в железнодорожном пути, причем способ содержит:

- прием одних или более замеров взаимодействия магнитного поля между магнитом и рельсом в железнодорожном пути, измеренного датчиком, расположенным в активном магнитном поле, для облегчения оценки глубины трещины в рельсе;

- одновременный прием продольных замеров взаимодействия магнитного поля вдоль рельса;

- между моментами, в которые принимают замеры: передвижение прибора, выполненного с возможностью приема замеров вдоль рельса;

- использование продольных замеров для обеспечения оценки смещения прибора вдоль рельса между последовательными моментами замеров, для облегчения оценки ширины трещины; и

- обработку упомянутых данных оценки глубины и ширины, для облегчения получения характеристик признака проникновения в поверхность в качестве одного из множества признаков, включающих в себя разрыв в рельсе.

18. Система для оценки пространственного смещения вдоль намагничиваемого изделия относительно дефекта, достаточного, чтобы вызвать детектируемое изменение в естественной границе поляризации активного магнитного поля, взаимодействующего с изделием, содержащая:

- прибор, поддерживающий систему измерения магнитного поля, установленную для зондирования напряженности магнитного поля в активном магнитном поле в нескольких находящихся на расстоянии друг от друга местоположениях в направлении длины изделия в каждый момент замера при известной частоте осуществления замера, причем прибор выполнен с возможностью передвижения в направлении длины вдоль изделия; и

- процессор, установленный для обработки данных измеренной напряженности магнитного поля в активном магнитном поле в нескольких местоположениях в последовательные моменты замеров, для обеспечения оценки смещения прибора в каждый момент замера вдоль изделия вблизи от дефекта.