Сплошной контроль рельсов в эксплуатации сегодня производится мобильными и съемными средствами дефектоскопии. Первичными являются мобильные средства - вагоны-дефектоскопы и дефектоскопные автомотрисы. Однако по ряду причин достоверность такого контроля может быть снижена. Это могут быть ухудшения акустического контакта, помехи от электромагнитных полей различных устройств и нарушение центровки пьезоэлектрических преобразователей.
Мобильные средства дефектоскопии, в отличие от съемных, работают в более жестких условиях. У них снижение достоверности результатов контроля возможно еще и из-за взаимодействия колес с рельсами в кривых участках пути, помех от работы оборудования самого мобильного средства, взаимодействия следящей лыжи с рельсом, вибрации искательной системы особенно на высоких скоростях, попадания продуктов износа контактной следящей лыжи на поверхность ввода ультразвука, а в зимний период - еще и снега.
Однако есть еще одна причина, которая оказывает значительное влияние на результаты контроля, - это используемая методология.
Как известно, традиционная методология предполагает выполнение следующих действий. Первым шагом является измерение амплитуды эхосигнала от дефекта или какого-либо искусственного отражателя, выполненного в объекте контроля. Затем проводится измерение уровня шума в бездефектном объекте. После набора определенной статистики, проведения анализа делается вывод, что при выявлении такого-то отражателя будет обеспечиваться необходимое отношение сигнал/шум с заданной вероятностью, а вероятность перебраковки (ложной браковки) при этом не будет превышать заданной величины. Далее в технологической инструкции по контролю указывается, что для установки поисковой (браковочной) чувствительности нужно получить эхосигнал от определенного отражателя, выполненного в определенном образце, и прибавить или убавить аттенюатором дефектоскопа столько-то децибел.
Затем следует самое важное: признаком обнаружения дефекта, например при контроле эхо-методом, будет получение эхосигнала с амплитудой, превышающей определенный уровень. Как правило, уровень, по которому проводится браковка, устанавливают на половину высоты экрана дефектоскопа (это так называемый стандартный уровень). Таким образом, согласно инструкции дефектоскопист при проведении контроля обращает внимание только на те сигналы, амплитуда которых превышает уровень браковки, т.е. он проводит оценку амплитуды сигналов «сверху». Все сигналы с амплитудой ниже уровня браковки к рассмотрению не принимаются.
Известно, что динамический диапазон амплитуд синалов на экранах дефектоскопов, используемых в режиме развертки типа А, как правило не превышает 20лБ при линейнойамплитудной характеристике приемника. Сигналы амплитудой на 20 дБ меньше максимального обнаружить сложно из-за мешающего влияния собственных шумов приемника или по причине физологических особенностей органов зрения человека.
Обычно уровень, по которому производится браковка, составляет половину высоты экрана дефектоскопа (6 дБ «съедаются») и динамический диапазон видимых сигналов, находящихся ниже стандартного уровня, составляет примерно 14 дБ. Казалось бы, стоит добавить усиление, и дефект точно будет обнаружен. Но в таком случае и вероятность ложной браковки возрастет. Применительно к такому специфичному объекту, как рельс, особенно при его сплошном контроле мобильными средствами, наличие непроконтролированного участка пути или подозрения на дефект оборачивается необходимостью повторного контроля или выезда на натурный осмотр.
На сегодняшний день при проведении контроля рельсов используется традиционная методика, которая регистрирует сигналы, превысившие порог. Потеря же контакта, вполне естественная при контроле на больших скоростях, приводит к недостижению сигналами уровня порога.
Нельзя исключать и случаи некорректной настройки чувствительности (как завышение, так и занижение), переход при контроле от рельсов с нормальным уровнем шума к «шумящим» и наоборот. В этих случаях нужно проводить корректировку чувствительности. Могут быть и другие причины ложной браковки либо пропуска дефекта, например в случаях нарушения центровки искательной системы, неправильной установки угла разворота преобразователей, расположения дефекта не на аккустической оси преобразователя (тогда выявление дефекта осуществляется за счет боковых лучей диаграммы направленности преобразователя, а при этом отношение сигнал/шум недостаточное), проезда мобильного средства дефектоскопии после работы рельсосмазывателя. То же возможно при выявлении дефекта, расположенного на поверхности катания рельса, например при выявлении дефекта кода 24 преобразователем с углом ввода 70, когда часть сигнала на развертке типа В неразличима на фоне реверберационных шумов. В этом случае сигнал находится в «мертвой зоне», что в свою очередь приводит к уменьшению условной протяженности дефекта, а значит и достоверности контроля. Возможно и увеличение «мертвой зоны» преобразователя из-за его износа. Таким образом, традиционная методика контроля (принятие решения о браковке «сверху») оказывает существенное влияние на достоверность результатов контроля.
На наш взгляд, назрела необходимость пересмотра методологии контроля и проведения оценки амплитуды сигналов «снизу». В этом случае речь идет о б анализе превышения полезным сигналом уровня шума, т.е. насколько обеспечивается отношение сигнал/шум. Решение о браковке при этом должно приниматься не по достижению эхосигналом какого-либо уровня, а по превышению уровня шумов на определенное количество децибел.
На первый взгляд, процедура принятия решения о браковке при таком подходе представляется достаточно сложной: измерение амплитуды эхосигнала и уровня шума в зоне контроля, измерение превышения амплитуды эхосигнала уровня шума и принятие решения о браковке.
Но эту процедуру можно существенно упростить за счет реализации требований к электронике и программному обеспечению. Требования к электронике сводятся к необходимости воспроизведения значительного динамического диапазона регистрируемых сигналов. Это может быть реализовано двумя путями: либо использованием в схеме приемника аналогво-цифрового преобразователя значительной разрядности, либо применением логарифмического усилителя. Требования к программному обеспечению заключаются в обеспечении программой расшифровки данных по выбранному каналу отображения результатов контроля с цветографической информацией об амплитуде, а также в автоматическом выделении сомнительных зон, сигналы в которых удовлетворяют определенному отношению сигнал/шум.
ЗАО «Фирма ТВЕМА» постоянно совершенствует свои изделия по результатам их эксплуатации и ведет разработку новых конструкций, реализующих принципиально новые возможности. В рамках работ по повышению эффективности дефектоскопии рельсов разработан дефектоскоп многоканальный «СИНТЕЗ» (рис.1), предназначенный для сплошного контроля рельсов.
Дефектоскоп «СИНТЕЗ» обладает рядом особенностей. Так, применение в нем новых схематехнических решений обеспечивает работу преобразователей с наилучшими показателями коэффициента импульсного преобразования, минимизирует собственные шумы усилителя и «мертвую зону». К тому же расположение электронного блока в непосредственной близости от искательной системы двадцатикратно уменьшает протяженность кабелей, что также значительно повышает помехозащищенность дефектоскопа. Использование в каждом ультразвуковом канале цифрового фильтра позволяет фильтровать сигнал в форме радиоимпульса.
Дефектоскоп «СИНТЕЗ» имеет расширенный до 120 дБ динамический диапазон и позволяет изменять порог программы расшифровки данных в широком диапазоне. Кроме того, цветографическое отображение амплитуд при просмотре выборочно одной дорожки проезда обеспечивает выявление дефектов при незначительном соотношении сигнал/шум. При регистрации данных в процесс проведения контроля оператор наблюдает на экране дефектоскопа привычную картину, а именно - все эхосигналы, амплитуда которых превышает порог, кодируются одним цветом. Перечисленные отличительные особенности позволяют изменить методологию контроля и оценивать амплитуды сигналов «снизу».
На рис. 2-5 показаны случаи исключения пропуска дефектов при использовании боллее полной информации о сигналах, в том числе не достигающих принятых пороговых уровней снижения вероятности ложной браковки при введении цветографической схемы отображения амплитуд. Кроме того, значительный динамический диапазон регистрируемых сигналов открывает новые возможности для работы программы экспресс-рашифровки, уточнения путейской координаты по сигналам от сварных стыков (ранее это осуществлялось по магнитному каналу) и позволяет контролировать качество акустического контакта в каждом цикле излучения - приема отдельно в каждом канале не только по сигналам от конструктивных автоматов (отверстия, торцевые, донные и прочие поверхности рельса), но и от структурных шумов.
Приведенные примеры показывают, как использование современной электроники позволяет усовершенствовать методологию контроля и повысить достоверность его результатов. Новые методологические решения открывают новые возможности для повышения эффективности программы автоматизированной расшифровки «АСТРА», разработанной ЗАО «Фирма ТВЕМА» совместно с НИИ мостов. Высокая эффективность мобильных средств контроля рельсов, оснащенных дефектоскопом «СИНТЕЗ», будет способствовать снижению затрат на текущее содержание пути.
ВЛАДИМИР ТАРАБРИН генеральный директор ЗАО «Фирма ТВЕМА» к.т.н.
СЕРГЕЙ ОДЫНЕЦ технический директор ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ВЛАДИМИР ИЛЬИН ведущий специалист ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ДМИТРИЙ ГЛАВАТСКИЙ инженер-конструктор ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ОЛЬГА ЧИСТЯКОВА ведущий специалист ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ДМИТРИЙ КОНОНОВ начальник лаборатории ЗАО «Фирма ТВЕМА»
Журнал «Железнодорожный транспорт» №7 2011 год
Рис.1 Дефектоскоп «СИНТЕЗ» установленный на вагоне-дефектоскопе
Рис.2(а) Вид экрана дефектоскопа при некорректной настройке в случае занижения чувствительности
Рис.2(в) Восстановление изображения путем снижения порога регистрации сигналов
Рис.3(А) Экран дефектоскопа в режиме развертки типа А при регистрации данных с незначительным соотношением сигнал/шум
Рис.3(В) Восстановление изображения путем введения цветографического отображения амплитуд
Рис.4 Регистрация данных в процессе проезда и восстановление изображения путем введения цветографического отображения амплитуд
Рис.5 Отображение на экране дефекта кода 24 преобразователем в процессе проезда и восстановление изображения
e-mail: tvema@tvema.ru