автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Радиолокационный метод дефектоскопии объектов железнодорожного транспорта

004608455

Кудинов Данил Сергеевич

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МЕТОД ДЕФЕКТОСКОПИИ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.12.14. - Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 СЕН 2010

Красноярск-2010

004608455

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель:

Засл. деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Шайдуров Георгий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Патюков Виктор Георгиевич

кандидат технических наук Васекин Александр Иванович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Красноярский институт железнодорожного

транспорта», филиал ИрГУПС г Красноярск, ул. Ладо Кецховелли,89

Защита состоится « 7 » 10 2010 г. в 14го часов на заседании диссертационного совета Д 212.099.04 при ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26, ауд. Г2-24 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26, ауд. Г-274.

Автореферат разослан «_»

2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.П. Саломатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Основной задачей железнодорожного транспорта является удовлетворение потребностей в перевозках пассажиров, грузов, багажа и грузобагажа при безусловном обеспечении безопасности движения, сохранности перевозимых грузов и соблюдении охраны окружающей среды.

Обеспечение безопасности движения на железнодорожном (ЖД) транспорте требует постоянного контроля качества всех систем и подсистем, отвечающих за безаварийную эксплуатацию железных дорог. В условиях современного ЖД транспорта одним из основных средств по обеспечению безопасности движения является неразрушающий контроль и диагностика (НКиД), в связи с чем на всей сети железных дорог РФ созданы специализированные центры неразрушающего контроля (НК). Тем не менее, действующие системы НКиД не удовлетворяют современным потребностям ЖД транспорта.

На сегодняшний день основными средствами дефектоскопии на ЖД транспорте являются электромагнитные (ЭМ) и акустические дефектоскопы. В этой области широко известны работы российских ученых Гурвича А.К., Клюева В.В., Маркова A.A., Ермолова И.Н.

К преимуществам ЭМ методов можно отнести возможность ведения бесконтактного контроля в движении, однако малая глубина проникновения электромагнитного поля в металл не позволяет обнаруживать дефекты на глубине более 6-8мм.

К достоинствам акустических методов (AM) контроля можно отнести высокую проникающую способность, что определяет их повсеместное использование для дефектоскопии рельсового пути и узлов подвижного состава (ПС). Недостатком существующих AM является необходимость наличия физического контакта между пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) и объектом контроля, что не позволяет создавать дистанционные средства дефектоскопии рельсов и узлов ПС в движении.

Таким образом, проблема повышения эффективности средств дефектоскопии на ЖД транспорте продолжает оставаться актуальной и требует для своего решения не только усовершенствования существующих средств дефектоскопии, но и разработки принципиально новых методов НК. В настоящее время решение данной проблемы многими исследователями в области дефектоскопии видится в создании бесконтактных AM НК, основанных на различных физических принципах возбуждения и регистрации акустических колебаний.

В диссертационной работе даётся обоснование возможности создания дистанционного способа дефектоскопии ЖД объектов, в т.ч. рельсов, узлов ПС, опор контактной сети в движении, с использованием радиолокационного (PJI) метода, заключающегося в облучении объекта

контроля радиосигналом сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. При этом извлечение информации о дефектах осуществляется путем регистрации частоты собственных механических колебаний (ЧСК) объекта контроля РЛ методом.

Целью работы является определение потенциальных возможностей РЛ метода НК, разработка алгоритмов работы и аппаратной части РЛ дефектоскопа для контроля технического состояния объектов ЖД транспорта.

Основные задачи исследования

1. Разработка математической модели колебаний и теоретическая оценка частотного диапазона свободных колебаний контролируемых объектов на примере ЖД рельса.

2. Разработка алгоритмов работы РЛ системы дефектоскопии (РЛСД).

3. Разработка алгоритмов компенсации синхронных помех, связанных с движением РЛСД.

4. Выбор и обоснование оптимальных конструктивных параметров РЛ системы дефектоскопии.

5. Экспериментальное определение частотного диапазона свободных колебаний рельса при помощи микрофонного и РЛ датчиков.

6. Анализ спектральных характеристик ЧСК рельса с различной дефектностью и определение информативных признаков дефекта.

7. Разработка алгоритмов идентификации дефектов на основе теоретических и экспериментальных исследований.

Методы исследований

Основными методами, которые применялись при проведении исследований, являются методы теории колебаний упругих стержней, метод малого параметра, методы статистической теории радиолокации, метод спектрального анализа, методы статистической обработки результатов экспериментов, метод компьютерного моделирования в среде МаАьаЬ.

Достоверность результатов исследований

Подтверждается соответствием экспериментальных данных с результатами, полученными расчётным путём, а также сходимостью данных наблюдений, базирующихся на двух различных физических принципах.

Основные положения, выносимые на защиту

• Математическая модель определения частоты свободных колебаний рельсового пути.

• В качестве информативных критериев обнаружения дефектов используются два признака: 1) частотный сдвиг колебательных мод ^ спектра ЧСК; 2) появление в спектре ЧСК дефектного объекта дополнительных колебательных мод.

• При увеличении размера дефекта соответственно растет величина частотного сдвига Ау; колебательных мод в спектре ЧСК.

• Информативность критерия обнаружения дефекта по частотному сдвигу повышается за счёт суммирования частотных сдвигов характерных колебательных мод.

Научная новизна

• Разработана математическая модель колебаний междушпального пролёта рельса, как частный случай металлического объекта, закрепленного по концам.

• Определена зависимость спектров ЧСК рельса от размеров дефекта.

• Определены информативные критерии обнаружения и оценки параметров дефектов рельса.

• Разработан экспериментальный измерительный стенд для исследования потенциальных возможностей РЛ дефектоскопа и впервые получены экспериментальные результаты, подтверждающие разработанную математическую модель.

• Впервые предложен и научно обоснован на примере рельсового дефектоскопа дистанционный РЛ метод НК объектов ЖД транспорта.

• Новый метод дефектоскопии защищён патентом РФ №2380259.

Практическая ценность работы

На основании результатов диссертационной работы сформулированы основные принципы построения РЛ системы дефектоскопии применительно к объектам ЖД транспорта. Выявлены информативные признаки и критерии оценки дефектности рельса при измерении параметров частоты собственных колебаний.

В работе показана возможность применения РЛ технологий для диагностирования технического состояния других объектов ЖД транспорта.

Личный вклад автора в диссертационную работу

Вклад автора заключается в разработке и изготовлении экспериментального стенда, личном участии в проведении натурных экспериментов, разработке программ обработки полученных результатов, создании математической модели колебаний рельсового пути, в первичной обработке и анализе результатов эксперимента.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы представлялись на Международной научно-практической конференции 8ЛСоп-2009, 1ЕЕЕ( г.Томск, 2009), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2010), научном семинаре в Красноярском филиале ИрГУПСа (КрИЖТ).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе статей в издании, входящем в перечень ВАК - 1, патент на изобретение -1, публикаций в сборниках докладов Международных и Всероссийских конференций - 6.

Объём и структура работы

Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация содержит 149 страниц, в том числе 45 рисунков 11 таблиц, 7 приложений. Библиографический список состоит из 59 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, её научная и практическая ценность, кратко сформулированы основные цели и задачи работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу вопроса текущего состояния бесконтактного неразрушающего контроля (НК) на ЖД, сформулированы основные проблемы, связанные с развитием бесконтактных методов дефектоскопии, рассмотрены пути их решения. Предложен дистанционный метод дефектоскопии на основе РЛ измерений собственных частот различных объектов ЖД транспорта, в т.ч. рельсов, деталей и узлов ПС, ЖД мостов и т.п. Более подробно состояние вопроса рассматривается на примере рельсовой дефектоскопии.

В процессе эксплуатации в рельсах могут образовываться дефекты. Основными типами дефектов рельса являются: вертикальные и горизонтальные расслоения головки; косые, продольные, поперечные и поперечные усталостные трещины; отслоения и выкрашивания металла; выбоксовины и закалочные трещины. В отдельную группу выделяют дефекты, проявляющиеся в сварных рельсовых стыках. К ним относят наплывы, подрезы, прожоги, непровары, трещины, газовые и шлаковые включения, ликвационные зоны, повышенное содержание оксидов.

Главным недостатком существующих методов и средств рельсовой дефектоскопии является невозможность осуществления НК без физического контакта акустического преобразователя с рельсом при высокой скорости движения дефектоскопа. Таким образом, проблема реализации оперативного контроля рельсов сводится к задаче бесконтактного извлечения информации о дефектах рельса при скорости движения до 100 км/ч.

Для решения поставленной задачи возможен вариант реализации бесконтактного средства дефектоскопии на основе одного из ЭМ методов (магнитного, магнитодинамического, вихретокового) НК. Однако применение ЭМ методов позволяет обнаруживать лишь подповерхностные дефекты рельсов, что определяется малой глубиной

скин-слоя при проникновения ЭМ поля в металл:

, 1 ■ 0) 42л-}-а-ц

где / - частота магнитного поля, в - электропроводность, ц- магнитная проницаемость среды.

Другой способ аппаратной реализации бесконтактного дефектоскопа заключается в возбуждении и регистрации акустических волн без физического контакта с рельсом. В последние годы проблема бесконтактного возбуждения и регистрации акустических колебаний в различных средах интенсивно исследовалась, опубликован ряд научных работ по данной тематике. На основе научных данных созданы опытные и серийные образцы бесконтактных акустических дефектоскопов.

Бесконтактные средства НК рельсов могут базироваться на различных физических принципах возбуждения и регистрации акустических волн в объекте контроля (ОК). Известны следующие методы бесконтактного акустического контроля:

Электромагнитно-акустический метод (ЭМАП). Суть ЭМАП заключается в трансформации энергии падающей ЭМ волны в энергию упругих колебаний. ЭМАП может применяться как для генерации, так и для регистрации упругих колебаний в проводящих средах. Несмотря на ряд преимуществ, системы НК рельсов на основе ЭМАП распространения не получили, из-за сложности практической реализации и низкой чувствительности.

Лазерный метод. Перспективным является лазерный (оптический) метод генерации и регистрации акустических волн. К преимуществам оптико-акустических преобразователей относятся дистанционность (более 1м) контроля, широкий диапазон возбуждаемых частот, возможность ведения НК на высокой скорости. Недостатками лазерного метода являются высокая стоимость, сложность реализации, влияние метеоусловий, влияние шероховатостей, низкая чувствительность.

Воздушная акустическая связь (ВАС). Метод ВАС основан на использовании ПЭП, связанных с ОК через воздушную среду. Применение ВАС для создания дефектоскопов затруднительно, из-за существенного переотражения акустической энергии на границе воздух-металл, вследствие большой разности акустического импеданса двух сред.

Для обнаружения дефектов структуры существует возможность измерения параметров спектров собственных частот ОК при возбуждении в них свободных или вынужденных колебаний. ЧСК контролируемого объекта зависит от его физических параметров, в т.ч. от наличия дефектов структуры. Дефект вносит изменение в структуру ОК, что отражается на его спектре ЧСК. Следовательно, регистрируя спектр ЧСК, можно судить о дефектности диагностируемого объекта.

В настоящее время на ЖД транспорте такой метод применяется для грубой оценки состояния колёсных пар вагонов путём регистрации «на слух» характера изменения звукового спектра колес при их простукивании.

Для бесконтактной регистрации свободных колебаний ЖД объектов предлагается использовать радиолокационный метод, основанный на облучении вибрирующей поверхности радиосигналом СВЧ-диапазона и регистрации отраженных от ОК сигналов (рис.1).

Рис. 1. Применение РЛ метода дефектоскопии для контроля ЖД объектов, а — узлов ПС, б - рельсов, в - ЖД мостов.

Падающая электромагнитная волна при отражении от вибрирующей поверхности модулируется частотой акустических колебаний ОК. Полезный сигнал можно выделять с помощью амплитудного или фазового детектирования. Однако, фазовый параметр более чувствителен к составу спектра вибрирующей поверхности рельса, что даёт возможность более однозначно идентифицировать дефекты.

РЛ метод устраняет недостатки, присущие др. бесконтактным методам регистрации акустических колебаний, что свидетельствует о его перспективности в качестве метода оперативной оценки технического состояния объектов ЖД транспорта.

Во второй главе рассмотрены потенциальные возможности дефектоскопии рельсов путем наблюдения параметров частоты свободных колебаний. Получены уравнения, связывающие смещение ЧСК с размерами дефекта.

Источником свободных колебаний рельса является ударное воздействие колеса. Основная причина ударного взаимодействия колеса с рельсом - наличие на поверхности катания рельса неровностей -выступов и выбоин. Механизм возбуждения свободных колебаний рельса во время движения ПС изображён на рис.2.

колеса по элементарной неровности типа а - выступ, б - выбоина.

Передача рельсу механического импульса инициирует в нем свободно затухающие колебания. Реакцию рельса на импульсное силовое воздействие можно сопоставить с реакцией узкополосного электрического фильтра, на вход которого подан возбуждающий импульс.

Математическая модель поведения рельса под действием механической импульсной нагрузки была разработана на основе теории упругих стержней (рис.3). При этом междушпальный пролёт рельса рассматривался как упругий стержень, жёстко закреплённый на двух неподвижных опорах.

Волновое уравнение колебаний в этом случае имеет следующий вид

^ = (2) (Их Ех1 Ж

где Е - модуль упругости, р - плотность стержня, х ~ радиус инерции сечения стержня, у — вертикальное смещение, х - горизонтальное смещение, г — время.

Решение уравнения (2), относительно соответствующих граничных условий приводит к следующей формуле для расчёта ЧСК междушпального пролета рельса:

л [К7

где V - ЧСК рельса, / - длина пролёта, - площадь сечения рельса, 3 — момент инерции сечения рельса, - коэффициент, учитывающий порядок обертона ЧСК.

а

/

ш.

я?

У?.

I

Я?

Рис.3. Расчётная схема рельса под действием механической колёсной

нагрузки

Под давлением вертикальной силы, действующей при качении колеса, рельс подвержен изгибу. Уравнение изгиба стержня (рельса) под воздействием силы Б(х) выглядит следующим образом:

72 ( ¿1.

а

(Ьсг

Щх)

ООО

Ох2

= F(x)

(4)

Для расчетной схемы, изображенной на рис.3, общее решение (4) запишется как:

Ду(х)= — Ы

/ «2

(г

X

т

61

+ С1х + С2,

где С[, Сг - постоянные интегрирования.

С учётом граничных условий, решение уравнения (4) описывается как:

4,-1.

Ы

I

92

((

1-

„Л

12

X 12/

6/ 24 6/

(5)

Из уравнения (5) получена формула для оценки максимального прогиба рельса. Для рассматриваемого случая, когда колёсная нагрузка действует посередине предыдущего пролёта:

Р (-0.8?/ + 1.54 Л

ЛКтах =-

48£/

(6)

Варьируя значениями параметров а и ^ в (5), можно получить соотношение максимального прогиба рельса для различных условий его нагружения. Из анализа уравнения (5) оценивается влияние различных конструктивных параметров ОК на величину прогиба. Формула (6) была использована для оценки чувствительности прогиба рельса к наличию дефектов.

Анализ чувствительности показал, что обнаружение дефектов рельса методом собственных колебаний намного эффективнее, чем технология регистрации величины прогиба рельса под действием нагрузки. Численная оценка смещения ЧСК в зависимости от изменения интегральной плотности Др и момента инерции Л/ рельса, определяется следующим выражением:

Дк= * * рЕ.дг. (7)

Ы р у Бр И И р \ Бр1

Например, для дефекта, представляющего собой несплошность структуры стержня объёмом Уд = 100мм3, относительное изменение интегральной плотности стержня круглого сечения длиной 0,5м и диаметром 0,1м составит:

Аре= £ ^ 10^ = Ю-у ^ ш% (8) р V яг21 ж -0,05-0,5

Подставив в (7) относительное изменение интегральной плотности 0,03%, получим, что для сплошного стального стержня смещение ЧСК составляет примерно 1,3Гц, что соответствует относительному смещению ЧСК порядка 0,1%.

Оценка чувствительности позволяет сделать вывод, что для обнаружения дефектов рельса необходимо регистрировать смещение ЧСК рельсового пролёта с точностью порядка 10"3.

В третьей главе изложены особенности построения бесконтактного дефектоскопа на основе РЛ метода, дана оценка энергетических характеристик радиоканала, исследовано влияние помех на работу РЛСД, предложен и обоснован алгоритм идентификации дефектов с помощью нейрокомпьютерных обучающих программ.

При облучении рельса радиосигналом СВЧ-диапазона в отражённом сигнале будет содержаться информация о параметрах вибрации рельса. При этом сигнал на приёмной антенне будет соответствовать следующему выражению:

£/(0 = ипр зт^О» ± + И^Ш + ш ^, (9)

где 2я"-Агтах5ш(П?) _ изменение фазы радиосигнала от колебательного Л

смещения поверхности рельса, Дг(£Т)=Дгш<кзт(С2г) - смещение облучаемой поверхности рельса, Аттеа - амплитуда вибраций, <ро~ начальная фаза, П = 2л¥ - частота, вибраций поверхности рельса, сод - доплеровское смещение частоты, Л - длина волны радиосигнала.

Доплеровское смещение частоты, за счет колебательного движения поверхности объекта контроля, в данном случае определяется как:

со, = 2а>

где с - скорость света.

Тогда выражение (9) можно записать следующим образом:

1/(0 = £/щ> эт

а±2 +(ро

(10)

Сигнал на приемной антенне (10) представляет собой смешанную фазовую и частотную модуляцию. При этом индекс фазовой модуляции т определяется как:

(И)

При малом Лг, индекс угловой модуляции соответствует индексу амплитудной модуляции, а спектр сигнала (10) будет выглядеть, как показано на рис. 4.

А

Спмггр чек ОИЧОд <1)0 Шо+Юд Спектр ЧСК СО

Рис. 4. Спектр радиосигнала на входе приемника с учетом влияния доплеровского смещения частоты.

Для оценки энергетических характеристик радиоканала воспользуемся уравнением дальности. Для РЛСД можно записать:

(12)

Чтр

пх +р[ц

(4лг )

где - отношение сигнал/помеха плюс шум на входе приёмника, связанное с вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги; Рпх - мощность внешней помехи, наводимой в приёмной антенне, Рш -мощность внутренних шумов приемника, Рп - мощность передатчика, Оп - коэффициент направленности действия (КНД) антенны, ац, оп -эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) рельса и статистически неровной поверхности ЖД полотна соответственно, Бд - эффективная

площадь апертуры передающей или приемной антенны, г - расстояние от антенны до объекта контроля.

Как следует из (12), требуемые энергетические характеристики радиоканала зависят от уровня внешних помех Рпх и внутренних шумов приёмника Рш. Влияние Рпх и Рш на работу РЛСД изображено на рис.5.

Рис. 5. Обобщённая структурная схема радиоканала.

Суммарная мощность внешних помех Рпх складывается из мощности индустриальных радиопомех (ИРП) на ЖД транспорте Риеп и мощности синхронной помехи (СП), связанной с отражением РЛ сигнала от статистически неровной поверхности ЖД полотна РПол и вибрациями движения. Для улучшения соотношения сигнал/шум необходимо минимизировать влияние внешних помех.

Уровень ИРП от объектов ЖД транспорта нормируется соответствующим ГОСТом, согласно которому в рабочем диапазоне частот РЛ (2,4ГГц) уровень ИРП не должен превышать значения Рирп = Ю'8 Вт. Поскольку ИРП некоррелированы с сигналом, их влияние можно снизить путем увеличения мощности передатчика РЛ.

В отличие от ИРП, СП находятся в том же или близком частотном диапазоне, что и РЛ сигнал. СП носит случайный характер, связанный с отражением сигнала от статистически неровной поверхности ЖД полотна, и является функцией от скорости движения. Влияние СП можно снизить путём выбора оптимальной ДН антенны. Однако, полностью избавиться от синхронной помехи таким образом не получится, вследствие наличия боковых лепестков (БЛ) ДН (рис.6).

В связи с этим предложен и обоснован двухчастотный метод компенсации СП. Метод заключается во введении в РЛСД дополнительного канала, работающего на другой несущей частоте, при этом ДН передающей антенны подобрана так, чтобы перекрыть зону облучения БЛ основной антенны. Из радиосигнала на основной антенне вычитается сигнал на корректирующей антенне, в котором содержится информация о СП. В результате вычитания СП на входе приёмника компенсируется.

Поскольку информацию несут боковые частоты, то уравнение (12) необходимо дополнить коэффициентом модуляции радиосигнала дефектом-«:

- РпБлОпо (13)

Чтр

^¡^ПХ + Рщ

.МО

, , -ш (4 лг1)2

Параметром ап в (13) можно пренебречь, считая, что ДН антенны сформирована таким образом, что облучалась только поверхность рельса.

Для повышения информативности, при распознавании дефектов, целесообразно использовать весь спектр ЧСК (рис.5).

ш-Оп ... ш-02 ш-П1 ш ш+01 Ы+П2... ш+Пп

Рис. 7. Спектральное представление п-го числа колебательных мод сигнала.

Так как колебательные моды (КМ) спектра имеют различную мощность Рпр,-, то для распознавания дефекта по всей совокупности КМ необходимо обеспечить надежный прием РЛ сигнала для каждой г'-й моды спектра ЧСК:

Чт

пх +рц1

РП^Л°Па'ч 2

Из (14) можно оценить требуемую мощность РЛ:

(4 лг2)2

Ргг =

ЯтР!

пх + рщ

(14)

(15)

При ограничении мощности передатчика допустимым пределом, например 5 мВт, величины электромагнитного "пятна" падающей на рельс волны поперечным размером - <1=0,15м, высоты подвеса РЛ датчика

г=1м, а также учитывая, что эффективная площадь апертуры антенны определяется как:

За =■

4тг

из (12) найдем требуемую рабочую длину волны РЛ:

Л = 1

1 п

"У - ^ПХ + Рщ /-0 Л-4

Рпстцт>Огп

>9,5 ГГц

(16)

где <зц— ЭПР для цилиндра диаметром с!.

В работе определены три информативных критерия обнаружения дефектов. Основными признаками дефекта являются смещение частоты соответствующей колебательной моды спектра дефектного рельса относительно бездефектного, а также появление в спектре дополнительных колебательных мод (рис.8).

J {_

ДШ2

Г

Дол

Дшз

Г

ДС04

Г

Ашп

Г

Дшп+1

Г

/

/

Исправный рельс Дефект

Рис.8. Методы идентификации дефекта, а) Регистрация дополнительных колебательных мод. б) Регистрация смещения колебательных мод в спектре дефектного рельса относительно бездефектного.

Представим наблюдаемый на выходе РЛ сигнал в виде суммы действительной и мнимой составляющей:

Разложение составляющие информативных информативных

щис)+ыис)= ис (<у,) +]ис(щ)

частотного спектра на действительную позволяет в два раза увеличить признаков. Таким образом, будем критерия обнаружения дефекта:

дополнительных КМ, смещения частоты и фазы сигнала.

Для повышения информативности каждого из воспользуемся суммированием параметров КМ спектра ЧСК:

и мнимую количество иметь три появления

признаков

/-1

(17)

Л

Для эффективного определения размеров и степени опасности дефектов при помощи информативных признаков предложено использовать обучаемый нейрокомпьютерный алгоритм распознавания. Количество входов нейросети (НС) определяется числом предъявляемых входных параметров. В случае применения трёх информативных признаков (17) НС будет иметь три входа уа, уа, уг Количество нейронов в выходном слое НС определяется числом классифицируемых дефектов.

Входные и выходные образы можно рассматривать как векторы в п-мерном пространстве. Обучение осуществляется путём ввода в нейрокомпьютер входных векторов распознаваемых образов и определения векторов реакций на выходе НС при одновременной настройке весовых коэффициентов формальных нейронов. Формальный нейрон сети реализует следующую функцию:

где у - сигнал на выходе нейрона; ^ - входной сигнал; /(&) -активационная функция нейрона; /?,• - весовой коэффициент нейрона; п -число входов; g — порог чувствительности нейрона;

(18)

Дефект

У"

Рис.9. Пространство распознавания дефектов по трём информативным признакам

Для обучения многослойной НС используется алгоритм обратного распространения ошибки, в котором в процессе итераций погрешность обучения сводится к минимуму. Процесс выделения дефектов демонстрируется рис.9. Обученная НС выделяет из зашумленного сигнала образ дефекта и относит его к нужному классу.

При движении состава, вследствие наложения множества механических вибраций, входное возмущение на объект по спектру будет соответствовать белому шуму. На основании теоремы «черного ящика» Н. Винера, в этом случае необходима обработка отраженных сигналов РЛ через вычисление функции взаимной корреляции, определяющей импульсную характеристику объекта контроля К(т).

Ъу = /0Г"- т) сИ = ^ ■ К(т; Тн), (19)

Где Тн — время наблюдения;

- сигнал воздействия в виде белого шума; ^-т) - реакция контролируемого участка рельса; N0 - спектральная плотность мощности воздействующего шума.

Рис.10. Структурная схема алгоритма выделения сигнала о дефектах на фоне белого шума

Для использования указанного алгоритма необходимо использовать два РЛ датчика с разносом их диаграммы направленности по углу (рис.Ю). Сигналы с РЛ используются для получения функции взаимной корреляции, последующий анализ которой позволяет выделить собственные частоты механических колебаний.

Потенциальные возможности РЛ метода не ограничиваются его приложением для рельсовой дефектоскопии. Перспективным является применение РЛ для бесконтактной дефектоскопии узлов подвижного состава, контроля рельсов на этапе производства, обследования пролетов ЖД мостов, опор контактной сети, а также для диагностирования структуры ЖД полотна сверхширокополосными сигналами. Возможные

приложения РЛ техники для ЖД транспорта доказывают перспективность развития и внедрения диагностических комплексов на базе РЛ метода.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований РЛ метода дефектоскопии. Исследования проводились с использованием стандартного отрезка ЖД рельса марки Р65, длиной 1,7м. В качестве РЛ датчика использовался маломощный автодинный приемопередатчик (до 5мВт) с рабочей частотой 2,4ГГц и полосковой антенной с угловым раствором диаграммы направленности 60° (рис. 11).

Рис. 11. Внешний вид РЛ датчика

Для экспериментальной проверки корректности уравнения (3), рельс размещался на имитаторах шпал. При помощи механического удара в рельсе возбуждали свободные колебания. ЧСК измерялась при помощи микрофонной сборки. В результате эксперимента был получен спектр ЧСК рельса, представленный на рис.12, где четко выделялись две спектральные линии ух= 680 Гц, \у = 1740 Гц, соответствующие основным колебательным модам рельса, существующих во взаимно перпендикулярных плоскостях. Их отличие обусловлено различными значениями момента инерции сечения в перпендикулярных плоскостях.

Эти колебательные моды практически совпадают с расчетными значениями ЧСК рельса. Аналогичный эксперимент был поставлен с использованием для регистрации ЧСК РЛ датчика. Полученный в результате эксперимента спектр ЧСК изображен на рис.12. Поскольку результат эксперимента с РЛ повторяет результат с использованием МС, можно сделать заключение, о целесообразности использования РЛ метода для дистанционной регистрации акустических колебаний.

Г* ыюГц - ■ ... ~ .....

Х1\ш1

(а

1 • !■ 1 , ы н 11 1

/ ьл,-> { „^Л- ;

Рис.12. Спектр ЧСК рельса, полученный с помощью МС и РЛ датчика.

Для получения данных, приближенных к предполагаемым условиям эксплуатации проведён эксперимент, в котором учтено условие многошпальности рельсового пути. Расстояние между опорами установлено 0,5м, что соответствует длине междушпального пролёта реального ЖД пути. Имитация дефектов рельса производилась путем пропила поперечной щели в головке рельса шириной порядка 1мм и глубиной 5,10 и 15мм. Эксперимента установка изображена на рис. 13.

механическая импульсная

ш

к -1-

/3

Рис.13. Схема экспериментальной установки. 1 - устройство для имитации ударного взаимодействия колеса с рельсом; 2 - рельс; 3 -неподвижные опоры; 4 - радиолокатор; 5 - приёмно-передающая антенна; 6 - передатчик; 7 - приёмник; 8 - амплитудный детектор (ФД); 9 - АЦП; 10 - анализатор спектра; 11 - устройство индикации, 12 - дефект.

В ходе эксперимента получены спектральные характеристики для бездефектного рельса и рельса с различной относительной дефектностью (по сечению Б^ф/Бр) равной 1)3,5%, 2)6,9%, 3)10,3%. Спектральные характеристики ЧСК бездефектного рельса и с относительным дефектом

6,9% приведены на рис.14. Установлено, что с ростом размера дефекта ЧСК смещается для каждой из колебательных мод на относительную величину от 0,04% до 0,97%. Полученный результат согласуется с теоретической оценкой смещения ЧСК для упругого металлического стержня.

и 16 о и

О 12

Ы1

и

1X1

Рис.14. спектральные характеристики бездефектного рельса (сверху) и рельса с отн. дефектностью. 6,9%.

Динамика смещения частоты в зависимости от величины дефекта, полученная при наложении спектров для бездефектного рельса и рельса с различной относительной дефектностью, наглядно представлена на рис.15 на примере одной КМ (1280Гц). Графическая зависимость суммарного частотного сдвига (рис.15) показывает, что при суммировании частотного смещения информативность признака дефекта повышается в несколько раз.

Рис. 15. Графическая зависимость частотного сдвига от размера дефекта 8деф/8р (слева). Наложение спектров (справа).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной задачей в диссертационной работе получены следующие результаты:

• разработан новый метод дефектоскопии объектов ЖД транспорта, основанный на регистрации ЧСК с помощью РЛ.

• разработана математическая модель свободных колебаний.

• дано обоснование дистанционного считывания колебательных мод рельса РЛ методом.

• определены потенциальные характеристики чувствительности РЛ метода в функции относительно размера дефекта.

• определен набор информационных критериев метода для решения задачи нейрокомпьютерного распознавания в пространстве наблюдаемых параметров.

Полученные результаты могут быть использованы для дефектоскопии рельсов, деталей и узлов ПС, опор контактной сети при движении на высокой скорости, а также для контроля техничесого состояния ЖД мостов при стационарной установке диагностического оборудования. При этом, для осуществления оперативного НК рельсов в движении целесообразно использовать информативный признак обнаружения дефектов по наличию дополнительных КМ, так как длина междушпального промежутка может существенно отличаться от заданного значения, что отражается на смещении ЧСК. Критерий обнаружения дефектов по частотному сдвигу КМ может быть эффективно использован при фиксированном расстоянии между опорами. Данный признак можно применять, например, для осуществления непрерывного мониторинга технического состояния ЖД мостов, а также при контроле рельсов на стадии их производства.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Журналы из перечня ВАК

1. Кудинов, Д.С. Проблемы неразрушающего контроля рельсовых путей на железнодорожном транспорте / Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Датчики и Системы № 9,2009 г. - С. 6-10.

Сборники трудов конференций

2. Kudinov, D.S. Non-contact nondestructive rail testing / D.S. Kudinov, G.Y. Shaydurov. // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2009). Proceedings. - Russia, Tomsk, March, 2009. - p. 290-295.

3. Кудинов, Д.С. Проблема дистанционного метода неразрушающего контроля рельсов на железнодорожном транспорте/ Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. научн. тр. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2008 г. - С. 147-150.

4. Кудинов, Д.С. О применении радиолокационного метода бесконтактной дефектоскопии рельсов и узлов подвижного состава в движении/ Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Межвузовская научно-практическая конференция с международным участием: сб. науч. тр. -Красноярск: КрИЖТ, 2010 г.

5. Кудинов, Д.С. Бесконтактная дефектоскопия железнодорожных путей на основе параметрической модуляции электромагнитных волн СВЧ диапазона / Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // XV Всероссийская научно-практическая конференция «Радиолокация, навигация и связь». Т.1: сб. научн. тр. - Воронеж: 2010 г. - С. 852-858.

6. Кудинов, Д.С. Радиолокационный метод бесконтактной дефектоскопии железнодорожных путей / Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Всероссийская научно-практическая конференция, тезисы к докладам: Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2010 г.

7. Кудинов, Д.С. Потенциальные возможности радиолокационного метода для бесконтактного неразрушающего контроля на железнодорожном транспорте // Высокие технологии, исследования промышленность. Т. 2: сб. трудов IX Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург, Россия / под. ред. А.П. Кудинова - СПб.: Изд-во: Политехи, ун-та, 2010. - С. 213-217.

Изобретения и патенты

8. Патент РФ №2380259, МПК В61К 9/08. Способ неразрушающего контроля железнодорожных рельсов в процессе движения подвижного состава и устройство для его осуществления / Кудинов Д.С., Шайдуров Г.Я., // Опубл.: 27.01.2010.

Отчеты по НИР

9. Шайдуров Г.Я. Исследование эффектов параметрического взаимодействия электромагнитных и акустических волн на границах раздела сред с разным типом проводимости и определение наиболее оптимальных прикладных направлений их использования / А.М. Алешечкин, В. В. Сухотин, В.А. Вяхирев, В.Н. Лукьянчиков, Д.С. Кудинов, B.C. Потылицын, A.A. Петряшов, Г.Н. Романова // Отчет по НИР. - №2.1.2/775. - Красноярск. КГТУ. 2009.

Подписано в печать 24.08.2010 Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,3 Тираж 100 экз. Заказ № 2139

Отпечатано в типографии БИК СФУ 660041, г.Красноярск, пр. Свободный, 82а

Введение.

1. Состояние и перспективы развития бесконтактного неразрушающего контроля на железнодорожном транспорте.

1.1. Постановка проблемы.

1.2. Дефекты рельсового пути.

1.2.1. Структура дефектного состояния металлических конструкций.

1.2.2. Типичные дефекты железнодорожных рельсов.

1.2.3. Дефекты сварных рельсовых стыков.

1.3. Методы неразрушающего контроля, применяемые на железных дорогах РФ.

1.3.1. Применение акустических методов неразрушающего контроля рельсов.

1.3.2. Применение электромагнитных методов неразрушающего контроля рельсов.

1.4. Методы возбуждения и приёма ультразвука для бесконтактной дефектоскопии.

1.5. Применение метода свободных колебаний для дефектоскопии рельсов.

1.6. Потенциальные возможности использования радиолокаторов на ЖД транспорте.

1.7. Выводы.

2. Разработка математической модели колебаний рельса при движении подвижного состава.

2.1. Возможность использования параметров собственных колебаний для обнаружения дефектов рельса.

2.2. Механические колебания рельса при движении по нему подвижного состава.

2.3. Разработка математической модели процесса свободных колебаний междушпального пролёта рельса.

2.4. Прогиб рельса под действием сосредоточенной силы.

2.4.1. Уравнение прогиба рельса при движении по нему подвижного состава.

2.4.2. Уравнение максимального прогиба рельса.

2.5. Уравнение свободных колебаний рельса, жёстко закреплённого на двух опорах.

2.6. Уравнения зависимости частоты колебаний и максимального прогиба упругого стержня от наличия дефектов.

2.7. Оценка чувствительности метода.

2.8. Выводы.

3. Разработка алгоритмов реализации радиолокационного дефектоскопа.

3.1. Уравнение радиолокации для РЛСД.

3.2 Уравнение дальности при анализе спектра механических колебаний объекта контроля.

3.3 Радиопомехи и шумы движения.

3.4 Индустриальные помехи, связанные с движением состава.

3.5 Расчетная оценка основных рабочих параметров PJI дефектоскопа.

3.6 Информативные критерии обнаружения дефекта рельса

PJI методом.

3.7 Разработка нейрокомпьютерного алгоритма распознавания дефектов рельса.

3.8 Структурная схема реализации РJI дефектоскопа.

3.8.1. Метод компенсации синхронных помех, возникающих вследствие отражения сигнала от статистически неровной поверхности. Метод подавления синхронных помех, связанны? движения. кериментальных работ.] ение собственных частот механических колеба] ктного отрезка рельса.

Актуальность темы.

Основной задачей железнодорожного транспорта является удовлетворение потребностей в перевозках пассажиров, грузов, багажа и грузобагажа при безусловном обеспечении безопасности движения, сохранности перевозимых грузов и соблюдении охраны окружающей природной среды [1].

Любая нештатная или аварийная ситуация влечет за собой дополнительные экономические убытки, а в худшем случае может привести к техногенной или экологической катастрофе. Поэтому обеспечение безопасности движения на железнодорожном транспорте требует постоянного контроля качества всех подсистем, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию железных дорог (ЖД). К объектам, от технического состояния которых напрямую зависит безопасность движения, относятся, в первую очередь, ЖД путь, колесные пары, детали и узлы подвижного состава (ПС), опоры контактной сети, ЖД мосты и т.п.

В условиях современного железнодорожного транспорта неразрушающий контроль и диагностика (НКД) является одним из основных средств по обеспечению безопасности движения. Поэтому на всей сети железных дорог РФ созданы специализированные центры неразрушающего контроля (НЕС), оснащенные более чем пятью тысячами съёмных и мобильных средств электромагнитного (ЭМ) и ультразвукового (УЗ) контроля, эксплуатацией которых занимается около десяти тысяч операторов. Однако, действующие системы НКД не удовлетворяют в полной мере современным потребностям ЖД транспорта. В качестве примера можно привести тот факт, что в среднем ежегодно допускается 100 - 150 изломов рельсов, что создаёт угрозу безопасности движения [2].

На сегодняшний день основными средствами дефектоскопии на ЖД транспорте являются электромагнитные и акустические дефектоскопы, устанавливаемые на съёмных тележках и на выгонах-дефектоскопах. В области дефектоскопии применительно к объектам ЖД транспорта широко известны работы российских ученых Гурвича А.К., Клюева В.В., Маркова А.А., Ермолова И.Н.

К преимуществам ЭМ методов можно отнести возможность ведения бесконтактного контроля в движении, однако малая глубина проникновения электромагнитного поля в металл не позволяет обнаруживать дефекты на глубине более 6-8мм.

К достоинствам акустических методов (AM) контроля можно отнести высокую проникающую способность, что определяет их повсеместное использование для дефектоскопии рельсового пути и узлов ПС. Недостатком существующих AM является необходимость наличия физического контакта между пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) и объектом контроля (ОК), что не позволяет создавать дистанционные средства дефектоскопии рельсов и узлов ПС в движении.

Таким образом, проблема повышения эффективности средств дефектоскопии на ЖД транспорте продолжает оставаться актуальной и требует для своего решения не только усовершенствования существующих средств дефектоскопии, но и разработки принципиально новых методов НК. В настоящее время решение данной проблемы многими исследователями в области дефектоскопии видится в создании бесконтактных AM НК, основанных на различных физических принципах возбуждения и регистрации акустических колебаний.

В диссертационной работе даётся обоснование возможности создания дистанционного способа дефектоскопии ЖД объектов, в том числе рельсов, узлов ПС, опор контактной сети в движении, с использованием радиолокационного (PJI) метода, заключающегося в облучении объекта контроля радиосигналом сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. При этом извлечение информации о дефектах осуществляется путем регистрации частоты собственных механических колебаний (ЧСК) объекта контроля PJI методом.

Предмет исследования

1. Эффективность обнаружения дефектов при регистрации свободных механических колебаний рельса с помощью PJI метода.

2. Оценка влияния размера дефекта на спектральную характеристику ЧСК рельса.

3. Исследование влияния помех на вероятность обнаружения дефектов. Целью работы является определение потенциальных возможностей PJI метода НК, разработка алгоритмов работы и аппаратной части PJI дефектоскопа для контроля технического состояния объектов ЖД транспорта. Основные задачи исследования

1. Разработка математической модели колебаний и теоретическая оценка частотного диапазона свободных колебаний контролируемых объектов на примере ЖД рельса.

2. Разработка алгоритмов работы PJI системы дефектоскопии (РЛСД).

3. Разработка алгоритмов компенсации синхронных помех, связанных с движением РЛСД.

4. Выбор и обоснование оптимальных конструктивных параметров РЛ системы дефектоскопии.

5. Экспериментальное определение частотного диапазона свободных колебаний рельса при помощи микрофонного и РЛ датчиков.

6. Анализ спектральных характеристик ЧСК рельса с различной дефектностью и определение информативных признаков дефекта.

7. Разработка алгоритмов идентификации дефектов на основе теоретических и экспериментальных исследований.

Методы исследований

Основными методами, которые применялись при проведении исследований, являются методы теории колебаний упругих стержней, метод малого параметра, методы статистической теории радиолокации, метод спектрального анализа, методы статистической обработки результатов экспериментов, метод компьютерного моделирования в среде MatLab.

Достоверность результатов исследований

Подтверждается соответствием экспериментальных данных с результатами, полученными расчётным путём, а также сходимостью данных наблюдений, базирующихся на двух различных физических принципах. Основные положения, выносимые на защиту

• Математическая модель определения частоты свободных колебаний рельсового пути.

• В качестве информативных критериев обнаружения дефектов используются два признака: 1) частотный сдвиг колебательных мод Av; спектра ЧСК; 2) появление в спектре ЧСК дефектного объекта дополнительных колебательных мод.

• При увеличении размера дефекта соответственно растет величина частотного сдвига Avj колебательных мод в спектре ЧСК.

• Информативность критерия обнаружения дефекта по частотному сдвигу повышается за счёт суммирования частотных сдвигов характерных колебательных мод.

Научная новизна

• Разработана математическая модель колебаний междушпального пролёта рельса, как частный случай металлического объекта, закрепленного по концам.

• Определена зависимость спектров ЧСК рельса от размеров дефекта.

• Определены информативные критерии обнаружения и оценки параметров дефектов рельса.

• Разработан экспериментальный измерительный стенд для исследования потенциальных возможностей PJI дефектоскопа и впервые получены экспериментальные результаты, подтверждающие разработанную математическую модель.

• Впервые предложен и научно обоснован на примере рельсового дефектоскопа дистанционный PJI метод НК объектов ЖД транспорта.

• Новый метод дефектоскопии защищён патентом РФ №2380259.

Практическая ценность работы

На основании результатов диссертационной работы сформулированы основные принципы построения PJI системы дефектоскопии применительно к объектам ЖД транспорта. Выявлены информативные признаки и критерии оценки дефектности рельса при измерении параметров частоты собственных колебаний.

В работе показана возможность применения PJ1 технологий для диагностирования технического состояния других объектов ЖД транспорта.

Личный вклад автора в диссертационную работу

Вклад автора заключается в разработке и изготовлении экспериментального стенда, личном участии в проведении натурных экспериментов, разработке программ обработки полученных результатов, создании математической модели колебаний рельсового пути, в первичной обработке и анализе результатов эксперимента.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы представлялись на Международной научно-практической конференции SibCon-2009, 1ЕЕЕ( г.Томск, 2009), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2010), научном семинаре в Красноярском филиале ИрГУПСа (КрИЖТ).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе статей в издании, входящем в перечень ВАК — 1, патент на изобретение — 1, публикаций в сборниках докладов Международных и Всероссийских конференций - 6.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация содержит 151 страницу, в том числе 43 рисунка 8 таблиц, 4 приложения. Библиографический список состоит из 59 названий.

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БЕСКОНТАКТНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

4.6 Выводы

1. Экспериментально определена ЧСК рельса как упругого, жёстко закреплённого стержня с помощью микрофонной сборки. Получена хорошая сходимость результатов с расчётными значениями собственных частот рельса.

2. Экспериментально показана возможность регистрации собственных механических колебаний с помощью радиолокационного датчика. Результаты эксперимента соответствуют данным, полученным с помощью микрофонной сборки.

3. При облучении PJI датчиком рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях установлено, что поперечные свободные колебания жёстко закреплённого рельса происходят как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

4. Проанализированы спектральные характеристики ЧСК бездефектного рельса и рельса с дефектами различных размеров. Определена зависимость частотного смещения Av колебательных мод спектра при изменении размеров дефекта. Установлено, что относительное смещение Л частоты колебательной моды спектра для дефекта площадью S=284mm составляет порядка 0,04-0,17%. Получена удовлетворительная сходимость результатов с расчётными значениями Av, полученными во 2-й гл.

5. Использование в качестве информативного критерия дефектоскопии суммарного частотного сдвига Avv позволяет в несколько раз повысить информативность частотного признака.

6. Наличие дефекта приводит к появлению в спектре ЧСК дополнительных колебательных мод, частота которых возрастает с увеличением дефекта.

7. Шунтирование рельсового пролёта эквивалентом ЖД подстилающей поверхности приводит к появлению в спектре ЧСК колебательных мод в диапазоне частот 5,5-6,5кГц.

Приведенные данные экспериментальных исследований показали возможность диагностирования объектов железнодорожного транспорта PJI методом. Однако, имеется специфика в использовании информативных критериев обнаружения дефектов, в зависимости от поставленной задачи. Например, при оперативном диагностировании рельсов и рельсовых стыков в движении, использование частотного смещения колебательных мод спектра ЧСК как критерия оценки дефектности неприемлемо, в силу того, что длина междушпального рельсового пролета не является строго фиксированной. Даже небольшое изменение длины пролета приводит к существенному частотному сдвигу КМ, что в результате влечет за собой искажение информации о дефектности контролируемого пролета. Поэтому для оперативного контроля уложенного пути целесообразно использовать информативный признак появления дополнительных КМ в спектре ЧСК.

Тем не менее, критерий обнаружения дефектов по частотному смещению КМ в спектре ЧСК можно использовать для мониторинга состояния ЖД мостов, в силу фиксированного расстояния между его опорами, а также при контроле рельсов в заводских условиях на стадии производства и для диагностики опор контактной сети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В итоге проведённых исследований разработана математическая модель свободных колебаний и дано обоснование дистанционного считывания колебательных мод рельса РЛ методом.

2. Определены потенциальные характеристики чувствительности РЛ метода в функции относительно размера дефекта.

3. Разработан экспериментальный стенд с использованием стандартного рельса и проведены лабораторные исследования разработанного РЛ метода.

4. Определён набор информационных параметров метода для решения задачи нейрокомпьютерного распознавания в пространстве наблюдаемых параметров.

5. Направление дальнейших работ заключается в составлении технического задания на НИОКР опытного образца, разработке опытного образца РЛ дефектоскопа, проведении масштабных экспериментальных исследований на действующих участках ЖД путей.

6. В дальнейшем необходимо экспериментальным путём определить потенциальные возможности РЛ метода для дистанционного контроля деталей и узлов подвижного состава.

Исследования производились при финансовой поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009-2010 гг.) по проекту №2.1.2/775.

Материалы исследований внедрены в НИОКР НТЦР «Мезон» и ООО НПФ «Фаза», а также использовались в учебном процессе кафедры Радиоэлектронных систем Сибирского федерального университета.

1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. - инистерство путей сообщения Российской Федерации. — М.: «Техинформ», - 2000г. - 190 с.

2. Кудинов Д.С., Шайдуров Г.Я. Проблемы неразрушающего контроля рельсовых путей на железнодорожном транспорте// Датчики и Системы. -2009. -№10.-С.19-27.

3. Гурвич А.К., Довнар Б.П., Козлов В.Б., Круг Г.А., Кузьмина Л.И., Матвеев А.Н. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте. / Под ред. А.К. Гурвича. М: Транспорт, 1983. - 318 с.

4. Канцельсон А.А., Степанюк B.C. Межчастичные взаимодействия и свойства металлов / МГУ, Физ. фак. М.: Изд-во МГУ, 1987. - 102 с.

5. Ермаков С.С. Физика металлов и дефекты кристаллического строения / Учебное пособие для студентов вузов. — Ленингр. политехи, ин-т им. М.И. Калинина. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 271с.

6. В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков Сварка. Введение в специальность. — М.: Интермет Инжиниринг, 2004. — 296 с.

7. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. — Киев: Техника, 1972. 460с.

8. Контроль качества сварных соединений. Щебеко Л.П., Яковлев А.П. — М.: Стройиздат, 1972, 122 с.

9. Кретов Е.Ф. Физика Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. — М.: Радиоавионика, 1995. 316 с.

10. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалёв и др.; Под ред. В.В.Клюева, 2-е изд., испр. И доп. М.: Машиностроение, 2003. - 656 е., ил.

11. Неразрушающий контроль: Справочник:8т./ Под общ. ред. В.В.Клюева.-2-е изд., испр. Т.7: В 2 кн. Кн. 1: Иванов В.И., Власов И.Э. Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Балицкий Ф.Я., Баркова Н.А. и др. Вибродиагностика. — М. Машиностроение, 2006. 829с. :ил.

12. Методы акустического контроля металлов / Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А.Х. Вопилкин и др. М.: Машиностроение, 1989. — 445 с.

13. Дорофеев А.Л., Кузаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия. — 2-е изд., доп. и перераб. -М.: Машиностроение, 1980. —232 е.: ил.

14. Балдев Р. Применение ультразвука / Балдев, Раджендран, Паланичами; пер. с англ. А.Ширшова. М.: Техносфера, 2006. - 575 с.

15. Каганов М.И., Васильев А.Н. Электромагнитно-акустическое преобразование — результат действия поверхностной силы // Успехи физических наук. Том 163, № 5, октябрь, 1987.

16. Горделий В.И. Состояние и перспективы развития средств неразрушающего контроля рельсов // Нефть, газ, промышленность №6, 2005.

17. Лямшев Л.М. Лазеры в акустике // Успехи физических наук. Том 151, № 3, март, 1993.

18. Гарсия Г., Дэвис Д. Методы неразрушающего контроля состояния рельсов // Железные дороги мира. 2003. - №9. - С. 18-21.

19. Кудинов, Д.С. Проблема дистанционного метода неразрушающего контроля рельсов на железнодорожном транспорте/ Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. научн. тр. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2008 г. С. 147-150.

20. Pollock, A.A., "Acoustic Emission Inspection," Metals Handbook, ninth edition, Vol. 17, Materials Park, Ohio, ASM International, 1989, pp. 278-294.

21. Муравьев В.В. К возможности диагностирования рельсов в эксплуатации акустико-эмиссионным методом / В.В. Муравьев, М.В. Муравьев, Т.В. Муравьев// Дефектоскопия. 2008. - №1. - С.42-50.

22. Шапран Е.Н. Применение метода акустической эмиссии для исследования процесса формирования сцепных характеристик контакта колесо рельс // Вестник ВНИИЖТ. 2005. №5. С 31 - 35.

23. Кудинов, Д.С. Радиолокационный метод бесконтактной дефектоскопии железнодорожных путей / Д.С. Кудинов, Г.Я. Шайдуров // Всероссийская научно-практическая конференция, тезисы к докладам: Красноярск: ИПЦКГТУ, 2010 г.

24. Помозов В.В. Антенная система георадарного комплекса для мониторинга балластной призмы железнодорожного пути// Успехи современной радиоэлектроники. 2009. - №9. — С. 162—166.

25. Гринёв А.Ю., Андриянов А.В., Багно Д.В. Многоканальный сверхширокополосный короткоимпульсный радар подповерхностного зондирования// Успехи современной радиоэлектроники. 2009. — №9. — С. 19-27.

26. Лэмб Г. Динамическая теория звука / Под ред. М.А. Исаковича; пер. с англ. Н.С.Агеевой. М.: Наука, 1960. - 372 с.

27. Вериго М.Ф., Коган А .Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. -М.: Транспорт, 1997. 326 с.

28. Коган А.Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом./ Под ред. М.Ф. Вериго. М.: Транспорт, 1986. - 559

29. Козырев А.И. Что способствует образованию волнообразных неровностей. Путь и путевое хозяйство, — № 10, 2007

30. Скучик Е., Основы акустики/ пер. с англ.(в двух томах) Под ред. J1.M. Лямшева Т. 1 - М.: Мир, 1976.-520 с.

31. Кимпел Т., Ноте К. Шум качения и методы борьбы с ним // Железные дороги мира №12, 2003.

32. Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики: Учеб. Пособие для вузов / Б.П. Демидович, В.А. Кудрявцев. М.: ООО «Издательство Астрель»; ООО «Издательство ACT», 2001. — 656 с.:ил.

33. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. — 3-е изд., перераб. и доп.— К.: «Издательство Дельта», 2008. 816с.

34. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1995. - 560 с.

35. Саргсян А.Е. Сопротивление материалов, теории упругости и пластичности. Основы теории с примерами расчетов. М.: АСВ, 1998. -240с.

36. Радиотехнические системы: учебник для студ. высш. учеб. Заведений/ Ю.М. Казаринов и др.; под. ред. Ю.М. Казаринов.- М.: Издательский центр «Академия», 2008. 592 с.

37. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Скольника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырёх томах) под общ. ред. К.Н.Трофимова. — Т.1. Основы радиолокации. Под ред. Я.С.Ицхоки. М.: Сов. Радио, 1976. -456 с.

38. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Скольника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырёх томах) под общ. ред. К.Н.Трофимова. Т.2. Радиолокационные антенные устройства. Под ред. П.И.Дудника. — М.: Сов. Радио, 1977.-408 с.

39. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов /И.С. Гоноровский. 5-е изд., испр. и доп. — М.: Дрофа, 2006. - 719 е.: ил.

40. Современная радиолокация (Анализ, расчет и проектирование систем) / Под ред. Ю.Б. Кобзарева. М.: Сов. радио, 1969, - 704 с.

41. Финкелыитейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1983. - 536 с. с ил.

42. Воскресенский Д.И., Грановская Р.А., Гостюхин B.JL, Филиппов B.C. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и излучающих элементов / Учебное пособие для вузов / под ред. Воскресенского Д.И. М.: Советское радио, 1972. - 320 с.

43. С.М. Рытов, Ю.А. Кравцов, В.И. Татарский Введение в статистическую радиофизику. Под. общ. ред. С.М. Рытова, ч.2, Случайные поля. — М.: Наука, - 1978.-464 с.

44. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1992. - 304 с. с ил.

45. ГОСТ 29205-91: Межгосударственный стандарт. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от электротранспорта. Нормы и методы испытаний.

46. Патюков В.Г. Теоретические основы усредняющих устройств: Монография Красноярск: КГТУ, 2000. 204 с.

47. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М: Сов. радио, 1975, — 336 с. с ил.

48. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко — СПб.: Питер, 2003. -608 е.: ил.

49. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Ширман Я.Д., Лосев Ю.И., Минервин Н.Н., Москвитин С.В., Горшков С.А., Леховицкий Д.И., Левченко Л.С. / Под ред. Я.Д. Ширмана. — М.: ЗАО «МАКВИС», 1998. 828 с: ил., библ. 539 назв.

50. Легалов А.И. Нейроинформатика: учеб. пособие / А.И. Легалов, Е.М. Миркес, Н.Ю. Сиротинина. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - 172 с.

51. Комарцова Л.Г., Максимов А.В. Нейрокомпьютеры: Учеб. пособия для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 е., ил.

52. Комашинский В.И., Смирнов Д.А. Нейронные сети и их применение в системах управления и связи. — М: Горячая линия. Телеком, 2003. — 94 с.

53. Ясницкий Л.Н. Введение в искусственный интеллект: Учеб пособие для вузов / Л. Н. Ясницкий. М.: Издательский центр «Академия», 2005. -176 с.

54. Kudinov, D.S. Non-contact nondestructive rail testing / D.S. Kudinov, G.Y. Shaydurov. // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2009). Proceedings. Russia, Tomsk, March, 2009.-p. 290-295.

55. Патент РФ №2380259, МПК B61K 9/08. Способ неразрушающего контроля железнодорожных рельсов в процессе движения подвижного состава и устройство для его осуществления / Кудинов Д.С., Шайдуров ГЛ.,// Опубл.: 27.01.2010.

56. ГОСТ 8161-75: Рельсы железнодорожные типа Р65. Конструкция и размеры.