Способ измерения разности скоростей движения железнодорожного транспортного средства и его колеса

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при стендовых испытаниях электропоездов железнодорожного транспорта о Цель изобретения - повышение точности измереНИИо Излучение источника высокочастотных колебаний 1, закрепленного на движущемся транспортном средстве, направляют на опорную поверхность колеса 2. Пространственно вьщеляют и принимают рассеянное излучение, последовательно отраженное поверхностью колеса и горизонтальной поверхностью рельса 3, и излучение , последовательно зеркально отраженное от колеса к рельсу. Зеркально отраженное излучение гетероди1-шруют в приемном блоке 4 с рассеянным излучением, вьщеляют доплеровский сдвиг частоты рассеянного Излучения , по которому судят об измеряемой разности скоростей транспортного средства и колеса., Для более полного исключения зависимости измеряемой величины от вертикальной скорости перемещения транспортного средст.ва относительно рельса высокочастотные колебания излучают в оптическом диапазоне в направлении точки В, расположенной на опорной поверхностиколеса на диаметре, параллельном рельсу под углом падения О , не равным 45°, а ;рассеяниое излучение вьщеляют в направлении CD, противоположном направлению излучения АВ источника, причем угол между направлением АВ падения излучения на поверхность колеса и направлением ВС вьщеляёмого рассеянного излучения на участке его распространения от колеса к рельсу устанавливают равным 90°. 1 а.п. ф-лы, 2 ил. л и (Л 00 О5 ю (г,-.. с .l

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,„SU„„1418620 (5р С 01 Р 3/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4 1-83953/24- 0 (22) 20.01.87 (46) 23. 08.88. Бюп. h"- 31 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) А.Б. Немировский (53) 625.032.37(088.8) .(56) Заявка Японии V- 60-57284, кл . В 60 Ь 3/10 1985.

Авторское свидетельство СССР

Ф 422642, кл. В 60 L 3/10, 1974. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ЕГО КОЛЕСА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при стендовых испытаниях электропоездов железнодорожного транспорта. Цель изобретения — повышение точности измерений. Излучение источника высокочастотных колебаний 1, закрепленного на движущемся транспортном средстве, направляют. на опорную поверхность колеса 2. Пространственно выделяют и принимают рассеянное излучение, последовательно отраженное поверхностью колеса и горизонтальной поверхностью рельса 3, и излучение, последовательно зеркально отраженное от колеса к рельсу. Зеркально отраженное излучение гетеродинируют в приемном блоке 4 с рассеянным излучением, выделяют доплеровский сдвиг частоты рассеянного излучения, по которому судят об измеряемой разности скоростей транспортного средства и колеса. Для более полного исключения зависимости измеряемой величины от вертикальной скорости перемещения транспортного средства относительно рельса высокочастотные колебания излучают в оптическом диапазоне в направлении точки В, расположенной на опорной поверхности колеса на диаметре, параллельном рель- су под углом падения Г, не равным

45, а рассеянное излучение выделяют в направлении CD, противоположном направлению излучения AB источника, причем угол между направлением АВ падения излучения на поверхность колеса и направлением ВС выделяемого рассеянного излучения на участке его распространения от колеса к рельсу устанавливают равным 90 . 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1418620

Изобретение относится к измерительной технике применительно к транспортным средствам и предназначено для использования при стендовых испытаниях электропоездов железнодорожного транспорта °

Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей железнодорожного транспортного10 средства и его колеса.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая способ измерения; на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. !5

На схеме (фиг. 1) обозначены: источник 1 высокочастотных колебаний, закрепленный. на движущемся транспорт- ном средстве, колесо 2 транспортного . средства, горизонтальная поверхность 20 рельса 3 и приемный блок 4.

Источник может быть выполнен в виде лазера 5 и формирующей оптической системы 6.

Приемный блок содержит диафрагмы 25

7 и 8, приемные объективы 9 и 10, поворотное зеркало 11, рекомбинацион элемент 12, частотный модулятор 13, фотоприемник 14 и измеритель 15 частот доплеровского сигнала. 30

Излучатель 1 колебаний частоты ы„ направляют вдоль луча AB (фиг. 1) под углом к радиус -вектору ОВ точки В окружности опорной поверхности колеса 2, параллельному Рельсу 3. 35

В точке В происходит отражение и диффузное рассеяние излучения, Длина волны высокочастотного излучения должна быть соизмерима с характерными размерами шероховатостей опорной поверх- 40 ности колеса порядка микрометров °

Этим свойствам удовлетворяет, например, лазерное излучение.

Рассеянное неоднородностями колеса излучение содержит доплеровский сдвиг 45 частоты, зависящей от направления волновых векторов падающего и выделяемога рассеянного пучков. В общем случае доплеровский сдвиг частот определяется линейной скоростью обода колеса v è скоростью вертикального (паразитного) перемещения колеса v

Для получения доплеровского сдвига частоты, несущего информацию об измеряемой разности скоростей рельса и колеса v — v . используется сигнальный

P n пучок излучения, последовательно рассеянный колесом 2 в точке В опорной поверхности вдоль луча ВС под углом

90 к лучу АВ и рельсом 3 в точке С вдоль луча CD. Геометрия распространения сигнального пучка на участке

ABC определяется условием

" + y = 90, где ъ — угол наклона луча ВС к рель= д су; — угол наклона в точке В.

Частота излучения сигнального пучка u)c в точке С, распространяющегося вдоль луча ВС под углом = 90 равна чн ° „vï ° ц = ь (1 — — s1n i - — sin" + р О С С

+ — S1n ь + — СО8 б ) чР vk n

С С

У где v — скорость паразитного вертии кального перемещения излучателя 1 относительно рель" са 3;

С вЂ” скорость света.

При наличии вертикальных паразитных перемещений приемника 4 со скоростью v частота сигнального пучи ка после его рассеяния в точке С рель= са 3 вдоль луча CD под углом у = — i = 90 — к рельсу равна ь п= ь о 1 + S(vр > )l +

+ — (v +v ) о AS Cg н где . S — коэффициент пропорциональности;

A8 cD

v „, v „- радиальные составляющие скоростей вертикальных паразитных перемещений излучателя и приемника вдоль направлений АВ .и CD (v = v>sin 7 ч„в= vn.sin

cð

Из уравнения для у„ видно, что частота колебаний сигнального пучка в точке приема D.пропорциональна измеряемой разности скоростей и, кроме того, содержит дополнительный (паразитный) сдвиг частоты, пропорциональный скорости вертикальных паразитных перемещений излучателя и приемника относительно рельса 3.

Второй (опорный) пучок излучения, зеркально отраженного в точке В колеса 2 вдоль луча BE в направлении

8620

3 141 рельса 3 (у, = - ) и затем — вдоль луча EF в направлении приема под углом у,„= С, имеет частоту м „„ . лв св — + — (v +ч ) ° си 0 C u и

Угол падения зондирующего пучка в точке В не )должен составлять 45 .

В противном случае направления распространения опорного и сигнального пучков совпадают и у,„= м

Сигнальный и опорный пучки пространственно вьщеляют вдоль направления лучей CD u EF путем диафрагмирования и направляют в приемник 4 (фиг. 1) .

Доплеровский сдвиг частоты и*сигнального и опорного пучков получают, сравнивая в приемнике 4 частоты о„и у „, например, методом двухлучевой интерферометрии. При этом, осущест" вляя дополнительно модуляцию опорного или сигнального пучка известной частотой g M, можно определить знак из- меряемой разности скоростей.

Частота биений в результате фотосмешения в приемнике 4 сигнального и опорного пучков равна сд =LJ + — (v + v ) -Я -Id)1 + лВ св

Р О С и и м

+S(v -„ч)) — — (ч +v ) лв св

С ектива 10 направляется на фотоприемник 14 . Опорный пучок, зеркально отраженный и распространяющийся вдоль линии ABEF, вьделенный диафрагмой 7, с помощью приемного объектива 9, снабженного нейтральным фильтром-ослабителем, и с помощью зеркал 11, 12 также направляется на фотоприемник 14.

Модулятор 13, например- ячейка Брэгга, может быть установлена как на пути сигнального, так и опорного пучка.

Рекомбинационный элемент 12 выполнен в виде полупрозрачного зеркала. Выходной сигнал фотоприемника 14 имеет частоту у,, которая выделяется и анализируется блоком 15, например следящим фильтром-демодулятором. На выходе блока 15 формируется сигнал, пропорциональный разности частоты и

Я„,, амплитуда и знак (полярность) которого соответствует величине и знаку разности скоростей движения (v „ — vð ) . .Измеряемые параметры могут быть использованы в качестве регулирующих сигналов измерительно-испыгательного комплекса, например, в системе автоматической регулировки силы тяги электровоза по скорости скольжения колеса относительно рельса.

Формула из обр ет ения

-S(v -v ) м р к отсюда следует, что методическая погрешность измерения, обусловленная размещением доплеровского измерителя на неподрессоренной части экипажа (тележке) и, как следствие, паразитными вертикальными перемещениями излучателя 1 и приемника 4 относительно рельса 3, компенсируется независимо от величины скоростей v и vä.

И

Способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на фиг. 2. Приемная оптическая система устройства построена по принципу интерферометра Маха-Цендера

Устройство работает следующим образом.

Генерируемое лазером 5 когерентное излучение направляется формирующей оптической системой 6 в точку В вращающегося колеса 2, После последовательного рассеяния в точке В и точке

С сигнальный пучок с частотой с помощьюдиафрагмы 8 и . приемного объ35

1 ° Способ измерения разности скоростей движения железнодорожного транспортного средства и .его колеса, заключающийся в том, что с помощью источника, расположенного на двжкущемся. транспортном средстве, излучают высокочастотные колебания в направлении колеса и рельса в плоскости вращения колеса, пространственно вьделяют и принимают рассеянное излучение, по следовательно отраженное колесом и рельсом, вьделяют доплеровский сдвиг частоты рассеянного излучения, по которому судят об измеряемой разности скоростей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения влияния скорости относительно вертикального перемещения источника и приемника относительно рельса, вьделяют и принимают излучение, последовательно зеркально отраженное от колеса к рельсу, и гетеродинируют зеркально отраженное излучение с рассеянным излучением.

Составитель А. Тимофеев

Техред Л.Олийнык

Корректор В. Бутяга

Редактор С. Пекарь

Заказ 4147/41 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1418620 6

2. Способ по и. 1, о т л.и t а- лении, противоположном направлению ю шийся тем, что высокочастот- излучения источника, причем угол межные колебания излучают в оптическом ду направлением падения излучения диапазоне в направлении точки опорной > на поверхность колеса и направлением поверхности колеса, расположенной на выделяемого рассеянного излучения на диаметре, параллельном рельсу, под участке его распространения от .колеса углом падения, не равным 45, а рас- к рельсу устанавливают равным 90 . сеянное излучение выделяют в направ