Введение к работе
Актуальность темы. Вихретоковые преобразователи для оценки отдельных геометрических параметров используются в различных областях практической деятельности. Машиностроение, энергетика, транспорт, авиационная и космическая техника, дефектоскопия – вот те области, где необходим контроль геометрических параметров. По мере развития этих областей ужесточались и требования к точности устройств контроля геометрических параметров и формы объектов.
Большой вклад в разработку теории и метода вихревых токов внесли труды российских ученых: Герасимова В.Г., Гончарова В.В., Дорофеева А.Л., Клюева В.В., Никитина А.И., Покровского А.Д., Родигина Н.М., Сандовского В.А., Соболева В.С, Сухорукова В.В., Фастрицкого Б.С., Федосенко Ю.К., Шатерникова В.Е., Шкарлета Ю.М, Шкатова П.Н. и др.
В настоящее время для измерения геометрических свойств проводящих объектов, используются системы, основанные на непосредственном контакте с объектом, и системы, в основе которых лежит бесконтактный оптический метод измерения. Как у контактных, так и у оптических систем есть свои недостатки.
Несмотря на многообразие видов вихретоковых преобразователей (ВТП) и способов выделения информации имеется множество уже поставленных, но еще не решенных задач.
В частности, применение бесконтактных вихретоковых преобразователей, характеристики которых мало зависят от воздействия окружающей среды, позволит значительно расширить область применения существующих систем контроля различных параметров, как объектов пути, так и контактной сети на железнодорожном транспорте, и создать новые системы для повышения качества оценки и точности измерения.
Цель работы - повышение достоверности оценки геометрических параметров протяженных электропроводящих тел сложной формы путем создания бесконтактных электромеханических преобразователей вихретокового типа с соответствующей конфигурацией электромагнитного поля и обмоточных структур.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было сформулировать и решить следующие задачи:
- провести обзор современных схем и конструкций вихретоковых преобразователей для контроля геометрических параметров электропроводящих объектов;
- разработать математическую модель и провести расчет распределения электромагнитного поля информационного вихретокового электромеханического преобразователя (ИВЭП) для протяженных проводящих объектов сложной формы на базе численных методов;
- разработать методику проектирования ИВЭП;
- определить и проанализировать комплексные геометрические характеристики распределения электромагнитного поля для образцов типовых объектов на основе экспериментального моделирования с использованием ИВЭП;
- разработать аппаратные и программные средства измерения, регистрации и обработки сигналов ИВЭП для анализа геометрических параметров объектов сложной формы;
- разработать опытные образцы ИВЭП и провести экспериментальные исследования.
Методы исследования. В работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием теории линейных электрических цепей, конечноэлементного подхода и спектрального метода обработки данных. При исследованиях использовались разработанные с участием автора программы сбора и предварительной обработки данных.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель для расчета распределения электромагнитного поля на участках протяженного проводящего объекта сложной геометрической формы, которая является базой для проектирования различных типов ИВЭП.
2. Определены аналитическим и экспериментальным путем комплексные геометрические характеристики распределения электромагнитного поля в зоне оценки и на их основе рассчитаны конструктивные параметры и разработаны схемные решения ИВЭП.
3. Предложен функциональный способ построения ИВЭП, который позволяет обеспечить достоверную оценку геометрических параметров электропроводящих объектов сложной формы.
Практическая ценность работы.
1. На основе экспериментальных исследований комплексных геометрических характеристик распределения электромагнитного поля определена конфигурация обмоточных структур ИВЭП.
2. Предложены новые инженерные решения для совершенствования конструкций и метрологических характеристик ИВЭП.
3. Разработаны методы и алгоритмы обработки сигналов для распределенного и функционального типов ИВЭП.
Основные положения, выносимые на защиту.
1.Математическая модель электромагнитного поля ИВЭП протяженных электропроводящих объектов, которая позволяет уточнить его распределение для различной геометрической формы таких объектов.
2. Методика проектирования информационных вихретоковых электромеханических преобразователей.
2. Результаты исследований комплексных геометрических характеристик электромагнитного поля ИВЭП для объектов сложной формы.
3. Новый, функциональный способ построения ИВЭП, а также алгоритм и методика обработки его сигналов, предложенные автором.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на второй всероссийской научно-практической конференции «Перспективные задачи управления» 2007г., на научных семинарах кафедры «Теоретические основы электротехники» Самарского государственного технического университета.
Внедрение результатов работы.
Основные положения, выводы и рекомендации нашли применение в бортовых системах контроля контактной сети БСК-КС на Куйбышевской железной дороге, в компьютеризированных вагонах-лабораториях контроля параметров контактной сети КВЛ-Э на железной дороге республики Казахстан, а также в компьютеризированных вагонах-путеизмерителях КВЛ-П для контроля ширины рельсовой колеи.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, две из которых входят в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК России, получено три патента на полезную модель для устройств контроля ширины рельсовой колеи, устройства для идентификации дефектов поверхностного слоя головки рельса, а также два свидетельства об официальной регистрации программ сбора и обработки данных для ЭВМ.
Структура диссертации.
Работа состоит из введения, четырех глав заключения, списка использованной литературы и приложений.
