CN102303626A - 光纤光栅铁路道岔密贴监测装置 - Google Patents

Abstract

一种光纤光栅铁路道岔密贴监测装置，由光纤光栅密贴传感器、固定夹组件和刚性挡板组成。光纤光栅密贴传感器包括光纤光栅对、弹性杆、可调节顶杆、传感器保护盒和光纤保护软管，光纤光栅对贴于弹性杆两侧表面、可调节顶杆装于弹性杆上；固定夹组件包括固定夹、紧固螺栓、传感器保护盒固定板和固定螺栓。光纤光栅密贴传感器由固定夹组件固定于道岔基本轨内侧，刚性挡板固定于尖轨端部。尖轨移动与基本轨密贴的过程中，刚性挡板与可调节顶杆逐渐接触并使弹性杆发生形变，贴于弹性杆两侧表面的两光纤光栅的中心波长发生相反方向偏移，用其偏移量绝对值的和来表征尖轨的密贴状态。该装置有密贴监测距离长、体积小，易安装，抗干扰，便于维护和保养的优点。

Description

光纤光栅铁路道岔密贴监测装置

技术领域

本发明涉及铁路道岔安全监测技术领域和光纤光栅传感技术领域。具体为一种光纤光栅铁路道岔密贴监测装置。

背景技术

铁路运输作为我国交通运输业的主要力量，在国民经济发展中有着非常重要的地位。在铁路运输中，确保安全始终是第一位的，所以开发新技术以提高铁路设备的检测水平意义重大。

道岔作为铁路线路变更，线路交合分离的转换设备，是铁路线路运行不可或缺的一部分，道岔在轨道结构中使用率较高，但相对薄弱，也是工务线路技术指标最繁杂，对线路条件要求最高的关键环节，道岔运行的监测直接关系到列车运行的安全和效率，需要对道岔设备实施工务、电务一体化的实时监测。目前，我国开工建设了多条高速客运专线，高铁列车运行对于道岔的安全性能要求就更高，所以，道岔成为既有线路和高速客专线路运营安全的主要关注点。

当道岔转辙机发生动作时，其尖轨与基本轨的密贴状态是影响列车行驶的一个致命因素，因此产生了监测铁路道岔尖轨与基本轨密贴状态的技术。当前国内采用的道岔密贴状态监测装置大多数结构复杂，采用大量电子线路，并以开关量监测居多，不能给出密贴过程的距离值。这是因为模拟量电信号传感器的零点漂移严重，无法进行长期监测。这样的密贴状态监测装置无论从产品成本、安全性能、监测准确性和可靠性等方面来看，都无法满足发展越来越迅速的铁路运输安全监测要求。应用先进的光纤传感技术监测道岔密贴状态为铁路道岔安全运行监控提供了一个新的技术手段。

发明内容

本发明目的旨在提供一种测量准确、安全可靠、耐腐蚀、不受环境温度变化影响的铁路道岔尖轨密贴状态监测装置。

实现本发明目的的技术方案：

一种道岔尖轨密贴监测装置，该装置由光纤光栅密贴传感器、固定夹组件和刚性挡板三部分组成；其中光纤光栅密贴传感器包括光纤光栅对、弹性杆、可调节顶杆、传感器保护盒和光纤保护软管。弹性杆一端固定形成悬臂梁，可调节顶杆安装于弹性杆悬臂端，光纤光栅对的第1光纤光栅和第2光纤光栅分别贴于弹性杆表面两侧正相对的位置，且位于弹性杆固定点与可调节顶杆之间传感器保护盒内，光纤光栅对的光纤通过保护软管穿过光缆孔安置在传感器保护盒内；固定夹组件包括基本轨固定夹、固定夹紧固螺栓、保护盒固定板和固定板固定螺栓，所述的基本轨固定夹通过紧固螺栓夹持固定于基本轨底部，传感器保护盒安装在保护盒固定板上，保护盒固定板通过螺栓固定在基本轨固定夹上，光纤光栅密贴传感器通过基本轨固定夹固定于道岔基本轨内侧不影响列车行驶的位置，可调节顶杆朝向刚性挡板；刚性挡板固定于尖轨端部且伸出尖轨外，刚性挡板伸出尖轨的长度保证尖轨与基本轨密贴时能够与可调节顶杆接触，且刚性挡板随尖轨移动不妨碍列车正常运行。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置中，所述的弹性杆一端通过弹性杆固定装置固定形成悬臂梁，弹性杆固定装置通过固定板的螺栓固定在基本轨固定夹上，位于传感器保护盒内。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置中，所述的第1光纤光栅和第2光纤光栅为不同波长的两个光纤光栅。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置中，所述的可调节顶杆通过顶杆固定螺栓安装于弹性杆悬臂端。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置中，所述的刚性挡板通过尖轨间距固定装置和螺栓固定在尖轨端部且伸出尖轨外。

本发明特点使用简单的悬臂梁结构作为光纤光栅传感器的弹性杆。当尖轨从斥离状态向密贴状态移动时，连接在尖轨端部的刚性挡板随着尖轨一起移动，尖轨移动到一定位置时，刚性挡板会挤压弹性杆前端的可调节顶杆，从而使弹性杆产生形变。将两个波长不同的光纤光栅传感器贴于弹性杆悬臂梁两侧表面正相对位置处，利用弹性杆形变时两侧表面所受力方向相反的特性使得两个光纤光栅传感器的中心波长发生相反方向偏移。根据其波长位移值的叠加便可知当前弹性杆的形变量，从而得知尖轨移动距离，即尖轨与基本轨的密贴状态。特别需要检测的是：尖轨从斥离状态移向密贴状态的终了，尖轨与基本轨间隙是否小于4mm。

由于两个不同波长的光纤布喇格光栅(FBG)传感器结构性能、固贴位置完全一致，所以其所受的温度变化影响相同。利用两个光栅的中心波长位移差值求得弹性杆产生的形变量时，由温度影响而引起的光纤FBG中心波长位移变化量就作为共模干扰被抵消，这就是利用差动结构进行温度去敏进而求得形变变化的原理。对两个光纤光栅的中心波长偏移量进行数据处理，便可准确的得出不受温度变化影响的道岔尖轨与基本轨密贴状态。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置，随着尖轨向密贴方向移动，其刚性挡板与基本轨上的光纤光栅密贴传感器的可调节顶杆相接触开始产生光的波长位移信号，直至达到密贴，信号达到最大值，以此测量密贴程度。其光纤光栅密贴传感器的可调节顶杆安装于弹性杆一端，保证尖轨与基本轨密贴状态良好时，可调节顶杆与刚性挡板接触状况良好，并且弹性杆的弯曲变化在其设定范围内。这样的设计是为了该装置能够更准确的监测当前道岔尖轨的密贴状态。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置，弹性杆通过螺栓固定在固定夹上，固定夹由螺栓夹持在基本轨底部。这样的设计可以使随尖轨移动的仅仅是挡板，而光纤光栅信号采集装置处于静止状态，不随尖轨移动，避免了其他外在干扰对监测装置的影响。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置中，光纤光栅传感器保护盒利用螺栓固定在固定夹上。其保护盒的作用就是保证弹性杆的固定位置不受外力的影响而被破坏或松动，并且保护盒能够保护贴于弹性杆上的光纤光栅直接暴露于外部环境当中，避免因外力干扰、破坏光纤光栅传感对的监测，从而使整个系统准确性受到影响。

本发明的特点及优点：

1、本发明采用悬臂梁结构，分别安装固定于道岔尖轨内侧和基本轨内侧，这样的安装避免了在轨道上进行影响轨道结构的钻孔或焊接等对钢轨破坏的作业，而且体积小、结构简单。

2、本发明采用光纤光栅传感技术，达到监测现场完全无电信号，并完全不受电磁干扰，可以避免因为钢轨作为牵引电力机车的电源回路，现场如采用电信号易被其强电磁场干扰的问题。

3、因为光纤光栅传感技术利用光栅的波长进行监测，具有长期可靠的特点，所以密贴的零位置信号是可以长期稳定的，这是电信号传感器所不具备。

4、本发明具备结构简单、安装方便、功能可靠、可扩展性强、适用于各种道岔密贴监测(还可用于监测道岔心轨与翼轨的密贴状态等)、使用寿命长、便于维护和保养等优点。

附图说明

图1为本发明的道岔尖轨密贴监测装置安装结构示意图。

图2是本发明的光纤光栅固定的位置图。

图3是固定夹组件的安装示意图。

图中：1基本轨；2尖轨；3螺栓；4保持两尖轨间距的固定装置；5刚性挡板；6可调节顶杆；7顶杆固定螺栓；8弹性杆；9固定板螺栓；10固定夹组件；11传感器保护盒；12光缆孔；13光纤保护软管；14-弹性杆固定装置；15-1第1光纤光栅；15-2第2光纤光栅；16基本轨固定夹；17固定夹紧固螺栓；18保护盒固定板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的道岔尖轨密贴监测装置的结构。

本发明的道岔尖轨密贴监测装置如图1、图2和图3所示。该装置由光纤光栅密贴传感器、固定夹组件和刚性挡板三部分组成；其中光纤光栅密贴传感器包括光纤光栅对、弹性杆8、可调节顶杆6、传感器保护盒11和光纤保护软管13，弹性杆8一端固定形成悬臂梁，可调节顶杆6通过顶杆固定螺栓7安装于弹性杆8悬臂端，光纤光栅对的第1光纤光栅15-1和第2光纤光栅15-2分别贴于弹性杆8表面两侧正相对的位置，且位于弹性杆固定点与可调节顶杆6之间传感器保护盒11内，光纤光栅对的光纤保护软管13穿过光缆孔12安置在传感器保护盒11内；固定夹组件包括基本轨固定夹16、固定夹紧固螺栓17、保护盒固定板18和固定板固定螺栓9，基本轨固定夹16通过固定夹紧固螺栓17夹持固定于基本轨1底部，传感器保护盒11安装在保护盒固定板18上，保护盒固定板18通过固定板固定螺栓9固定在基本轨固定夹16上，光纤光栅密贴传感器通过基本轨固定夹16固定于道岔基本轨1内侧不影响列车行驶的位置，可调节顶杆6朝向刚性挡板5；所述的刚性挡板5通过保持两尖轨间距的固定装置4和螺栓3固定在尖轨2端部且伸出尖轨2外，刚性挡板5伸出尖轨2的长度，保证尖轨2与基本轨1密贴时能够与可调节顶杆6接触，且刚性挡板5随尖轨2移动不妨碍列车正常运行。

弹性杆8一端通过弹性杆固定装置14固定形成悬臂梁，弹性杆固定装置14通过固定板固定螺栓9固定在基本轨固定夹16上，位于传感器保护盒11内。

本道岔尖轨密贴监测装置，所用的第1光纤光栅15-1和第2光纤光栅15-2为不同波长的两个光纤光栅。

其传感器保护盒11安装在保护盒固定板18上，保护盒固定板18通过固定板固定螺栓9固定在基本轨固定夹16上。两个基本轨固定夹16在安装时牢固地卡在基本轨1底部，再通过固定夹紧固螺栓17进行紧固。固定夹安装在基本轨底部，位于基本轨底部与路基之间的空间上。

本发明道岔尖轨密贴监测装置，光纤光栅密贴传感器的可调节顶杆安装于弹性杆一端，保证尖轨与基本轨密贴状态良好时，可调节顶杆与刚性挡板接触状况良好，并且弹性杆的弯曲变化在其设定范围内。这样的设计是为了该装置能够更准确的监测当前道岔尖轨的密贴状态。通过对可调节顶杆位置的适当调节，使得当尖轨移动与基本轨发生密贴时，尖轨上的刚性挡板能够与基本轨内侧的可调节顶杆逐步接触，弹性杆受力发生形变，贴于其两侧表面的光纤光栅的中心波长发生相反方向偏移，根据其偏移变化绝对值的相加便可求得当前尖轨与基本轨的密贴状态。随着尖轨向密贴方向移动，其刚性挡板与基本轨上的光纤光栅密贴传感器的可调节顶杆相接触开始产生光的波长位移信号，直至达到密贴，信号达到最大值，以此测量密贴程度。

Claims (5)

1.一种道岔尖轨密贴监测装置，其特征在于：该装置由光纤光栅密贴传感器、固定夹组件和刚性挡板三部分组成；其中光纤光栅密贴传感器包括光纤光栅对、弹性杆(8)、可调节顶杆(6)、传感器保护盒(11)和光纤保护软管(13)，弹性杆(8)一端固定形成悬臂梁，可调节顶杆(6)安装于弹性杆悬臂端，光纤光栅对的第1光纤光栅(15-1)和第2光纤光栅(15-2)分别贴于弹性杆(8)表面两侧正相对的位置，且位于弹性杆固定点与可调节顶杆(6)之间传感器保护盒(11)内，光纤光栅对的光纤保护软管(13)穿过光缆孔(12)安置在传感器保护盒(11)内；固定夹组件包括基本轨固定夹(16)、固定夹紧固螺栓(17)、保护盒固定板(18)和固定板固定螺栓(9)，基本轨固定夹(16)通过固定夹紧固螺栓(17)夹持固定于基本轨(1)底部，传感器保护盒(11)安装在保护盒固定板(18)上，保护盒固定板(18)通过固定板固定螺栓(9)固定在基本轨固定夹(16)上，光纤光栅密贴传感器通过基本轨固定夹(16)固定于道岔基本轨(1)内侧不影响列车行驶的位置，可调节顶杆(6)朝向刚性挡板(5)；刚性挡板(5)固定于尖轨(2)端部且伸出尖轨(2)外，刚性挡板(5)伸出尖轨(2)的长度保证尖轨(2)与基本轨(1)密贴时能够与可调节顶杆(6)接触，且刚性挡板(5)随尖轨(2)移动不妨碍列车正常运行。

2.根据权利要求1所述的道岔尖轨密贴监测装置，其特征在于：弹性杆(8)一端通过弹性杆固定装置(14)固定形成悬臂梁，弹性杆固定装置(14)通过固定板固定螺栓(9)固定在基本轨固定夹(16)上，位于传感器保护盒(11)内。

3.根据权利要求1所述的道岔尖轨密贴监测装置，其特征在于：所述的第1光纤光栅(15-1)和第2光纤光栅(15-2)为不同波长的两个光纤光栅。

4.如权利要求1所述的一种道岔尖轨密贴监测装置，其特征在于：所述的可调节顶杆(6)通过顶杆固定螺栓(7)安装于弹性杆(8)悬臂端。

5.根据权利要求1所述的道岔尖轨密贴监测装置，其特征在于：所述的刚性挡板(5)通过尖轨间距固定装置(4)和螺栓(3)固定在尖轨(2)端部且伸出尖轨(2)外。

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