专利名称：光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于光纤光栅传感列车车轮状态在线监测装置，特别涉及到车轮踏面故障的监测，属于轨道交通安全监测领域。
背景技术：
轮轨接触在关系轨道交通行车安全和运行可靠性方面起着重要的作用，轮对的踏面即列车车轮对与轨道的接触面，轮对踏面的不圆度改变、多边形化、破损等故障会导致高频冲击振动，使钢轨垂向的冲击力增大，这会降低列车的舒适性，产生大的噪声，甚至诱发断轨断轴等严重事故，因此必须及时有效地对列车轮对状态进行监测。而且随着铁路运输的密集化和高速化的发展，对踏面在线监测的需求更加迫切。目前国内对火车轮对踏面的检测还停留在手工机械式测量阶段，检测技术落后， 工作效率低，劳动强度大，并容易产生人为检测误差，无法快速、准确掌握轮对状态，同时也不便于信息管理。在公开号为CN101830237A的发明专利中，公开了一种基于光纤传感网络的重载运输线路安全实时监测系统和方法。该系统中，利用光纤光栅应变传感器、加速度传感器、 以及温度传感器对钢轨和铁路桥梁结构进行检测，可被用于判断钢轨无焊缝处的断裂情况、钢轨和车轮的情况以及铁路桥梁的结构安全状态。但是该专利只是简略的提到能用该系统进行车轮伤病监测，且没有提供具体的实现方案，更未涉及到传感装置的具体结构的设计。在公开号为CN201362^55Y的发明专利中，公开了一种光纤光栅列车计轴系统，该系统是基于检测轮轨耦合状况来实现计轴功能的，但是该系统不能完整的检测车轮踏面整个展开面的故障状况，不具备准确踏面监测的功能，该发明中也未涉及传感装置的具体结构的设计。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种光纤光栅传感列车车轮踏面缺陷在线检测装置。本实用新型目的以下述技术方案来实现一种光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置(传感器)，其特征在于，该装置由光纤光栅敏感元件和弹性元件组成，所述的弹性元件是一块置于钢轨底部的不锈钢板，它被两对夹块卡在钢轨上，每对夹块通过一根螺栓连接并利用螺栓的预紧力使弹性元件和钢轨密贴，光纤光栅敏感元件被粘结剂固化于不锈钢板表面，两端光纤从保护管中弓丨出。上面主要是介绍光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置的技术实现方案，该装置是实现踏面在线监测的基础。选取一段监测区域，其长度大于列车车轮在钢轨上走行一周的距离，在该区域每两根枕木之间的钢轨上都安装本实用新型装置，组成一个传感器阵列。安装好传感器阵列后，将它们的光纤引出端两两熔接在一起。用光纤光栅解调仪表的输入端与传感器阵列通过通信光纤连接在一起，输出端和计算机的输入端连接。这样就可以组成一个光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测系统。当列车车轮经过布有本实用新型装置的监测区域时，钢轨在车厢的重力作用下会产生应力变化，同时亦会发生形变，由于本实用新型装置和钢轨是密贴的，没有相对位移，因此光纤光栅敏感元件亦会随之发生形变，从而实现本实用新型装置(传感器)对轮轨耦合的感知。同一车轮致使传感器阵列中的传感器相继产生的变化，当车轮还未完全离开前一传感器所在的那段钢轨时，就已经使后一传感器产生变化，而且监测区域的长度大于车轮踏面圆的周长，使得车轮整个踏面圆周与轨道接触的情况就可以完全展开，任何位置出现故障，在传感器阵列的输出信号中都可以得到反映。本实用新型适用于列车车轮踏面健康状况的在线监测。本实用新型利用夹块通过紧固螺栓将传感器安装在钢轨上，结构简单，便于维修和更换，不影响列车的正常运营；由于采用光纤光栅作为传感器，是基于光波长信号调制的成熟的传感技术，因此具有精度高、 不受电磁干扰，结合光纤光栅成熟的封装技术，使得能在恶劣的环境下长期稳定的工作；传感器阵列有效的检测距离大于列车车轮踏面圆的周长，这就保证了能够完整的检测整个踏面的健康状况；计算机接收数据后，制定应用程序绘制实时曲线并对数据进行处理，从实时曲线中可以直观的观测到踏面的故障，对数据进行分析和处理可以进一步了解故障的类型和病害程度；由于传感器阵列的各传感器之间的距离是固定的，解调仪表的采样速率也是固定，因此可以利用车轮经过不同传感器间隔的采样点数来确定时间间隔，将两传感器的距离除以时间就可以得到列车通过该监测区域的速度，还可以利用多个传感器的间隔，进一步求出列车经过该区域时的加速度；另外，本传感装置可用于列车计轴。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图图2为在监测区域安装本实用新型组成的传感器阵列示意图。图中1-螺母，2-夹块，3-弹性元件，4-钢轨，5-螺栓，6_光纤光栅传感装置，7_枕木，8-通信光纤，9-解调仪表，10-计算机。
具体实施方式
参考
图1和图2详细说明本实用新型的具体实施方案。
图1为本实用新型光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置的结构示意图。本装置(光纤光栅传感装置)6由光纤光栅敏感元件和弹性元件3组成，所述的弹性元件3是一块置于钢轨底部的不锈钢板，弹性元件3置于钢轨4底部，夹块2将弹性元件3卡在钢轨4 上，夹块通过螺栓5连接并利用螺栓5的预紧力使弹性元件3和钢轨4密贴，不产生相对位移。光纤光栅敏感元件被粘结剂固化于不锈钢板表面，两端光纤从保护管中引出。每个光纤光栅传感装置用两对夹块2固定在钢轨4上，安装时只要拧紧两个螺母1就可以实现传感装置的紧固。该结构没有对钢轨结构产生破坏，不会影响钢轨的使用，而且安装方便，便于维修。图2为在监测区域安装本装置组成的传感器阵列。每两根枕木之间的钢轨上都安装本装置组成传感器阵列，安装好传感器阵列后，将它们的光纤引出端两两熔接在一起，用光纤光栅解调仪表9的输入端与传感器阵列通过通信光纤8连接在一起，输出端和计算机10的输入端连接，这样就可以组成一个光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测系统。当有车轮经过监测区域时，在正常列车车轮经过安装有光纤光栅传感器的钢轨时，光纤光栅传感器的输出随着钢轨应变的变化先平稳增大然后减小，是一个渐变的过程，连接采样数据点得到的是平滑的曲线。在车轮还未行走完前一传感器所在的钢轨时，后一传感器就已经能检测到轮轨接触时钢轨的应变变化了，因此当传感器阵列所能检测到的有效距离大于车轮踏面圆周长时，传感器阵列就能完整的检测到车轮轮踏面与钢轨耦合情况。车轮的踏面故障主要有不圆度改变、多边形化、破损等，这些故障会使行驶在钢轨上车轮的质心与钢轨的相对高度发生变化，依据动力学的知识，这将对钢轨产生冲击激励，使得传感器的采集到的信号受到相应影响。利用解调仪表9时输出的传感器参量变化值就可以及时的发现故障。
权利要求1. 一种光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置，其特征在于，该装置由光纤光栅敏感元件和弹性元件(3)组成，其弹性元件(3)是一块置于钢轨底部的不锈钢板，它被两对夹块( 卡在钢轨上，每对夹块通过一根螺栓( 连接并利用螺栓(5)的预紧力使弹性元件 (3)和钢轨(4)密贴，光纤光栅敏感元件被粘结剂固化于不锈钢板表面，两端光纤从保护管中引出。
专利摘要一种光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置，涉及到轨道交通安全监测领域。本实用新型设计了一种监测钢轨的光纤光栅传感装置，该装置由光纤光栅敏感元件和弹性体元件组成。弹性元件是一块置于钢轨底部的不锈钢板，它被两对夹块卡在钢轨上，每对夹块通过一根螺栓连接，将螺栓拧紧使不锈钢板与钢轨底部密贴。光纤光栅敏感元件被粘结剂固化于不锈钢板表面，两端光纤从保护管中引出。在一段监测区域的每两根枕木之间的钢轨上都安装上本实用新型中的光纤光栅传感装置，组成一个传感器阵列。当列车车轮通过该监测区域时，由于轮轨之间形成耦合作用，利用传感阵列就可以连续地监测整个踏面的状况。
文档编号B61K9/12GK201951493SQ201120012920
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者姜德生, 李维来, 潘建军, 王立新 申请人:武汉理工大学