Устройство для определения пространственного положения рельсового пути

 

Изобретение относится к системам, предназначенным для измерения пространственных параметров рельсовых путей или их отклонений от нормы, и может быть использовано для определения характеристик поверхностей, грунтовых неровностей искусственного и природного происхождения в условиях, не позволяющих производить подобные измерения контактными методами, отличных от нормальной атмосферной среды, ограниченной видимости и подвижности человека, преимущественно контроль подводной части рельсовых путей, предназначенных для подъема и спуска судов. Сущность изобретения: устройство содержит смонтированные на движущейся по пути транспортной платформе 1 датчик 5 пройденного пути, гироскопический датчик 2 курса, гироскопический датчик 3 наклона по курсу, выходы которых связаны с региструющим блоком 14. Устройство снабжено гироскопическим датчиком 4 наклона пути в поперечном профиле, датчиком 6 межрельсового расстояния и датчиком 7 глубины погружения, причем выходы указанных датчиков соединены с коммутатором 8 аналоговых сигналов для поочередного подключения выхода каждого датчика на выход аналого-цифрового преобразователя 9, преобразующего сигналы напряжения датчиков в параллельный код, выходы аналого-цифрового преобразователя 9 подключены к входам коммутатора 10 цифровых сигналов, выход которого линией 15 связи соединен с вычислительным блоком 13 для подачи на его вход последовательного кода сигналов, а выход последнего подключен к регистрирующему блоку 14, причем управляющие входы коммутатора 8 аналоговых сигналов и коммутатора 10 цифровых сигналов подключены к выходам соответственно старших и младших разрядов счетчика 11, вход которого соединен с выходом тактового генератора 12. 4 ил.

Изобретение относится к системам, предназначенным для измерения пространственных параметров рельсовых путей или их отклонений от нормы и может быть также использовано для определения характеристик поверхностей, грунтовых неровностей искусственного и природного происхождения в условиях, не позволяющих производить подобные измерения контактными методами, отличных от нормальной атмосферной среды, ограниченной видимости и подвижности человека, преимущественно контроль подводной части рельсовых путей, предназначенных для подъема и спуска судов.

Технический результат, достигаемый изобретением - дистанционное определение положения пути в трех измерениях в труднодоступных зонах.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 приведена зависимость отклонения профиля рельс от прямой линии по длине пути; на фиг. 3 приведена зависимость изменения межрельсового расстояния по длине пути; на фиг.4 - условное изометрическое изображение слиповой плоскости.

Устройство состоит (см.фиг.1) из транспортной платформы 1, на которой размещены датчики первичной информации. В качестве датчиков первичной информации используют гироскопический датчик 2 курса, гироскопический датчик 3 угла наклона по курсу (тангажа), гироскопический датчик 4 наклона пути в поперечном профиле (датчик крена), датчик 5 пройденного пути, датчик 6 межрельсового расстояния и датчик 7 глубины погружения транспортной платформы 1. Выходным параметром всех датчиков является напряжение, величина которого пропорционально связана с соответствующим измеряемым параметром. Выходы всех датчиков подключены к соответствующим входам коммутатора 8 аналоговых сигналов, предназначенного для поочередного подключения выходов датчиков 2-7 ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, а кодовые выходы АЦП 9 подключены к соответствующим входам коммутатора 10 цифровых сигналов. Управляет коммутаторами 8, 9 счетчик 11, вход которого подключен к выходу тактового генератора 12. Вычислительный блок 13 и регистрирующее устройство 14 размещены стационарно. Выход вычислительного блока 13 соединен с входом регистрирующего устройства 14. Выход коммутатора 10 цифровых сигналов подключен к входу вычислительного блока 13 через линию 15 связи.

Устройство работает следующим образом.

Принцип работы устройства для определения пространственного положения рельсового пути основан на непрерывной регистрации информации с датчиков 2-7, размещенных на движущейся по рельсовому пути транспортной платформе 1, преобразовании поступающей информации в цифровую форму, передачи этой информации на стационарно размещенный вычислительный блок 13, преобразовании получаемых данных в пространственные координаты рельсового пути (в соответствии с нижеприведенными формулами) и фиксации этих координат в регистрирующем блоке 14. Конечные результаты могут быть представлены регистрирующим блоком 14 как в виде таблиц с данными о трех координатах каждой точки пути, в которой производилось измерение, так и в виде графиков (см. фиг.2, 3) для одного пути или условных изометрических изображений для оценки взаимного расположения нескольких расположенных рядом рельсовых путей (см.фиг.4).

При движении платформы 1 с установленными на ней датчиками 2-7 происходит поочередное подключение выхода каждого из датчиков к входу АЦП 9 через коммутатор 8 аналоговых сигналов. АЦП 9 преобразует напряжение, поступающее с выхода соответствующего датчика в параллельный цифровой код. Передача получаемых данных в вычислительный блок 13 осуществляется в виде последовательного кода через линию 15 связи. Для преобразования параллельного цифрового кода в последовательный и предназначен коммутатор 10 цифровых сигналов. С его помощью происходит поочередное подключение выходных разрядов АЦП 8 к линии 15 связи. Синхронизация процессов опроса датчиков 2-7 и преобразования параллельного кода в последовательный происходят с помощью счетчика 11 и тактового генератора 12. Внутренняя структура указанных устройств известна. В качестве линии 15 связи может быть использована, например проводная линия на основе гибкого герметичного кабеля или оптический канал (волоконно-оптическая линия связи) или радиоканал на основе стандартных или специализированных передатчиков. Информация, поступающая от датчиков 2-7 в вычислительный блок 13, используется следующим образом.

Датчик 5 пути предназначен для получения данных о длине пройденного пути и привязке в ней данных других датчиков. Его показания связаны с угловым положением одного из колес транспортной платформы 1, используемого в качестве измерительного. В вычислительном блоке 13 происходит подсчет числа оборотов измерительного колеса при движении транспортной платформы 1. Длина L пройденного пути определяется как L=dl˙n, (1) где L - длина пути, пройденная транспортной платформой 1; n - число оборотов измерительного колеса; dl - длина окружности измерительного колеса.

Гироскопический датчик 2 курса выдает информацию о направлении движения транспортной платформы 1 в горизонтальной плоскости. В сочетании с информацией, поступающей от датчика 5 пути, происходит определение координат транспортной платформы 1 в горизонтальной плоскости. Восстановление производится методом линейно-кусочной аппроксимации в соответствии с формулой X = cos(K(n))·dl ; (2) Y = sin(K(n))·dl ; (3) где Х, Y - плановые координаты платформы в декартовой системе координат; K(n) - текущий угол курса относительно оси Х, совпадающей с первоначальным направлением движения транспортной платформы 1.

Определение координаты транспортной платформы 1 в вертикальной плоскости происходит на основе измерения гироскопическим датчиком 3 угла отклонения транспортной платформы 1 от первоначального направления в вертикальной плоскости и информации от датчика 7 глубины погружения. Восстановление также производится методом линейно-кусочной аппроксимации в соответствии с формулой H = sin(df(n) + fO)dl , (4) где Н - координата транспортной платформы 1 в вертикальной плоскости; df - угол отклонения транспортной платформы 1 от первоначального направления в вертикальной плоскости; fo - средний угол наклона пути, определяющийся следующим образом: fo = arcsin ( ( dH / Lp ) ), (5) где dН - разность показаний датчика 7 глубины погружения в конечной и начальной точках рельсового пути; Lp - расстояние между конечной и начальной точкой пути.

Показания гироскопического датчика 4 бокового крена и датчика 6 межрельсового расстояния используются для раздельного определения высоты головок правого и левого рельсов в соответствии с формулой: HL = H - (В/2)˙sin (b); (6) HR = H + (B/2)˙sin (b); (7) где HL - высота левого рельса; HR - высота правого рельса; B - межрельсовое расстояние; b - угол бокового крена относительно горизонтальной плоскости.

Кроме того, показания датчика 6 межрельсового расстояния используются непосредственно как один из важных информационных параметров, так как отклонение ширины рельсовой колеи от стандартного значения позволяет судить об износе подводной части рельсового пути. В качестве такого датчика может быть использовано либо механическое устройство, преобразующее с помощью системы рычагов расстояние между рельсами в угол поворота измерительного потенциометра, либо ультразвуковой эхо-импульсный дальномер, принцип действия которого основан на изменении времени задержки принимаемого эхо-импульса при изменении расстояния до отражающей плоскости.

В качестве гироскопических датчиков 2 и 3 могут быть использованы выпускаемые промышленностью гироскопические приборы, предназначенные для работы в системах ориентации летательных аппаратов. Например, в качестве гироскопического датчика 3 наклона по курсу и гироскопического датчика 4 бокового крена возможно использование прибора "Центральная гироскопическая вертикаль ЦГВ-10". В качестве гироскопического датчика курса возможно использование гироскопического прибора ГА-5.

После определения пространственных координат рельсового пути в соответствии с вышеприведенными зависимостями полученные данные поступают из вычислительного блока 13 в регистрирующий блок 14. Здесь итоговая информация представляется на экране дисплея в виде графиков или таблиц цифровых данных, которые возможно при необходимости перенести на бумагу с помощью самописца или печатающего устройства. Внутренняя структура вычислительного блока 13, реализующего вышеприведенные математические соотношения, и регистрирующего блока 14 является известным техническим решением. Эти блоки могут быть реализованы с помощью цифровой схемотехники с использованием стандартных микросхем и схемотехнических решений либо с использованием средств вычислительной техники.

Питание всех устройств может осуществляться как от стационарной береговой сети, так и от автономного блока питания.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ, содержащее смонтированные на движущейся по пути транспортной платформе датчик пройденного пути, гироскопический датчик курса, гироскопический датчик наклона по курсу, выходы которых связаны с регистрирующим блоком, отличающееся тем, что оно снабжено гироскопическим датчиком наклона пути в поперечном профиле, датчиком межрельсового расстояния и датчиком глубины погружения, причем выходы указанных датчиков соединены с коммутатором аналоговых сигналов для поочередного подключения выхода каждого датчика на вход аналого-цифрового преобразователя, преобразующего сигналы напряжения датчика в параллельный код, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к входам коммутатора цифровых сигналов, выход которого линией связи соединен с вычислительным блоком для подачи на его вход последовательного кода сигналов, а выход последнего подключен к регистрирующему блоку, причем управляющие входы коммутатора аналоговых сигналов и коммутатора цифровых сигналов подключены к выходам соответственно старших и младших разрядов счетчика, вход которого соединен с выходом тактового генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4