CN109677457A - 一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置和方法，所述装置包括：光纤光栅传感器、传输光纤、信号检测装置、数据处理终端和报警装置；所述方法在所述装置基础上，实时检测道岔转辙机工作状态的多参量，并对道岔转辙机异常情况进行报警。本发明所述装置稳定性好、抗干扰能力强，同时通过本发明所述方法能够全面地、系统地实现道岔转辙机状态监测，为轨道交通安全运营提供充实的科学依据。

Description

一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置和方法

技术领域

本发明涉及轨道交通安全监测领域，尤其涉及一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置和方法。

背景技术

在轨道交通系统中，道岔转辙机作为轨道变更和线路交合分离的转换设备，会受到长期的重荷载、恶劣的工作环境等多种因素影响，这些影响会造成道岔转辙机的损伤或变形，使得道岔转辙机无法正常工作，甚至会危及列车行车安全。为了避免出现安全事故，轨道交通安全监测工程师或工作人员应及时对道岔转辙机的工作状态及其结构的健康状况做出监测和维护。

目前，监测道岔转辙机工作状态主要采用人工检测的技术手段，效率低下，难以为轨道交通健康运行提供科学的决策依据。为实现道岔转辙机长期稳定工作和及时安全护养，创新道岔转辙机状态监测方法，全面地、系统地建立道岔转辙机状态实时监测系统是目前亟待解决的关键问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置和方法。

一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，所述装置包括：光纤光栅传感器、传输光纤、信号检测装置、数据处理终端和报警装置，其中，

所述光纤光栅传感器包括以下不同类型传感器：光纤光栅应变传感器、光纤光栅转辙机位移传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅液压传感器，所有传感器部署于道岔转辙机上，所述不同类型传感器用于实时检测道岔转辙机上部件或位置的不同工作状态参量，并将工作状态参量的变化转化为光纤光栅的波长变化；

所述传输光纤连接所述光纤光栅传感器和所述信号检测装置，用于传输信号检测装置发射的扫描光源和光纤光栅的波长变化信号；

所述信号检测装置，用于发射扫描光源到光纤光栅传感器并解调反射回来的波长变化信号，将所述波长变化信号转化为所述工作状态参量，并将解调结果发送至所述数据处理终端；

所述数据处理终端，用于分析和处理信号检测装置发送的波长变化信号解调结果，获得道岔转辙机的工作状态参量实时变化数据，并连接报警装置，在道岔转辙机的工作状态参量变化出现异常时，触发报警装置的故障报警功能；

所述报警装置，用于在所述转辙机工作状态参量变化异常时发出报警信号，并远程发送故障信息至工作人员。

进一步地，所述光纤光栅应变传感器、光纤光栅转辙机位移传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅液压传感器之间通过波分复用或空分复用中至少一种方式实现组网连接。

进一步地，所述光纤光栅应变传感器敷设于道岔转辙机的动作杆销轴和/或锁闭铁销轴中，用于感知销轴所受载荷的变化。

进一步地，所述光纤光栅转辙机位移传感器通过固定装置、传感器保护壳和辅助装置安装于转道岔辙机内动作部件，用于检测转辙机定位和反位过程中动作部件的位移变化。

进一步地，所述光纤光栅液位传感器安装于道岔转辙机液压装置内，用于感知道岔转辙机液压装置的液位变化。

进一步地，所述光纤光栅液压传感器安装于道岔转辙机液压装置内，用于感知道岔转辙机液压装置的液压大小。

进一步地，所述传输光纤采用单模光纤。

进一步地,所述信号检测装置为多通道光纤光栅解调仪。

一种光纤传感道岔转辙机状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：

在道岔转辙机关键部件或位置部署光纤光栅传感器，形成监测点；

将所述光纤光栅传感器通过传输光纤与信号检测装置连接；

控制所述信号检测装置发射扫描光源，所述扫描光源通过所述传输光纤进入所述监测点，当道岔转辙机的工作状态参量发生变化时，所述监测点的光纤光栅中心波长也随之变化；

所述监测点的光纤光栅波长变化信号返回所述信号检测装置，所述信号检测装置解调监测点光纤光栅波长变化信号，将波长变化解调结果发送至数据处理终端；

所述数据处理终端汇总处理波长变化解调结果，得到道岔转辙机上监测点的工作状态参量变化数据，实时监测道岔转辙机工作状态，重构道岔转辙机的工作过程，并将异常情况发送至报警装置，实时报警。

进一步地,所述道岔转辙机的工作状态参量包括道岔转辙机部件或位置的应变、动作位移、液位和液压中至少一种参量。

本发明的光纤传感道岔转辙机状态监测装置利用光纤光栅传感器检测道岔转辙机工作时部件或位置的应变、位移、液位和液压参量，该装置稳定性好，抗干扰能力强；同时，本发明的光纤传感道岔转辙机状态监测方法利用多参量、实时检测技术，全面地、系统地实现道岔转辙机工作状态监测，通过数据分析和处理掌握道岔转辙机工作状态，重构道岔转辙机动作过程，为轨道交通安全运营提供充实的科学依据，确保轨道交通设备长期稳定的工作。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种光纤传感道岔转辙机状态监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置的结构示意图，如图所示，本发明实施例所述光纤传感道岔转辙机状态监测装置包括：光纤光栅传感器、传输光纤、信号监测装置、数据处理终端和报警装置。其中，所述光纤光栅传感器包括以下不同类型传感器：光纤光栅应变传感器、光纤光栅转辙机位移传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅液压传感器，所有传感器部署于道岔转辙机的关键部件或位置，例如：动作杆销轴、锁闭铁销轴、动作部件或液压装置等，所述不同类型传感器用于检测道岔转辙机上部件或位置的不同工作状态参量，可以将转辙机工作状态参量的变化转化为传感器的光纤光栅波长变化；所述传输光纤连接所述光纤光栅传感器和所述信号检测装置，用于传输光纤光栅波长变化信号至信号检测装置进行处理；所述信号检测装置，用于发射扫描光源并解调传感器波长变化信号，将所述波长变化信号转化为所述工作状态参量，并将解调结果发送至所述数据处理终端；所述数据处理终端，用于分析和处理信号检测装置发送的波长变化信号解调结果，获得道岔转辙机的工作状态参量变化数据，并连接报警装置，当道岔转辙机的工作状态参量变化出现异常时，触发报警装置的故障报警功能。所述数据处理终端可以产生转辙机工作状态状态分析报表，并保存转辙机工作状态的历史数据；所述报警装置，用于在所述转辙机工作状态参量变化异常时发出报警信号，并能远程发送故障信息至工作人员，提醒工作人员查看道岔转辙机的工作状态或检测维修故障设备。优选的，所述报警信号为声光信号，可以有效地吸引工作人员的注意。

所述道岔转辙机即轨道交通线路中使用的现有设备，是轨道变更和线路交合分离的转换设备，本发明实施例所述光纤传感道岔转辙机状态监测装置不对道岔转辙机的结构或功能进行限制。

本发明实施例所述光纤光栅传感器包括：M个光纤光栅应变传感器、N个光纤光栅转辙机位移传感器、P个光纤光栅液位传感器和Q个光纤光栅液压传感器，其中，M≥1，N≥1,P≥1,Q≥1。M个光纤光栅应变传感器、N个光纤光栅转辙机位移传感器、P个光纤光栅液位传感器和Q个光纤光栅液压传感器均是采用光纤光栅敏感元件、固化剂以及金属材料结构封装而成，并且所有传感器之间通过波分复用和空分复用实现组网连接。光纤光栅应变传感器敷设于动作杆销轴和锁闭铁销轴等部件中，直接感知道岔转辙机内部件或敏感点所受载荷的变化；光纤光栅转辙机位移传感器利用固定装置、传感器保护壳以及辅助装置安装于转辙机内动作部件上，实时检测转辙机定位和反位行程中转辙机动作部件的位移变化。其中，所述辅助装置可以为光纤护套、保护管或光纤跳线紧固装置等，有辅助固定所述位移传感器的功能；光纤光栅液位传感器安装于道岔转辙机液压装置，用于感知道岔转辙机液压动力的液位变化；光纤光栅液压传感器安装于道岔转辙机液压装置，用于感知道岔转辙机液压装置的液压大小；其中，液压装置为道岔转辙机的动作部件进行道岔转换提供动力，是道岔转辙机进行道岔转换的关键部件。

所述光纤光栅传感器在道岔转辙机的关键部件或位置形成监测点，各类型的光纤光栅传感器感知道岔转辙机工作时关键部件或位置的应变、动作位移、液位和液压4个参量的实时变化情况，将参量变化转化为光纤光栅波长的变化，监测点波长变化信号可以通过传输光纤实时发送至信号检测装置。所述传输光纤采用单模光纤，与多模光纤相比，单模光纤多用于光纤传感器、光纤局部区域网和光纤通信系统中，具有传输距离远、传输质量可靠和传输容量大等优点，满足本发明实施例道岔转辙机状态监测装置中数据或信号传输需要。

所述信号检测装置周期性循环发射扫描光源，扫描光源通过传输光纤进入监测点的传感器光纤光栅中，由于道岔转辙机的工作状态参量发生变化，监测点光纤光栅中扫描光源中心波长也随之变化，监测点反射该光纤光栅波长变化信号至信号检测装置。该光纤光栅波长变化信号携带有道岔转辙机工作状态参量变化数据，并通过传输光纤进入信号检测装置的波长检测和查询单元中，利用光纤波长变化与道岔转辙机工作状态参量变化之间的映射关系，对波长变化信号进行解调，并将解调结果发送至数据处理终端。本实施例中信号检测装置使用多通道光纤光栅解调仪，多通道光纤光栅解调仪的数据采集装置和光纤接入部件一体化，结构简单、安装方便，可进行多通道同步采集传输，通道拓展性强，且光纤传感器容量大，该仪器的波长扫描查询容量能满足上述M个光纤光栅应变传感器、N个光纤光栅转辙机位移传感器、P个光纤光栅液位传感器、Q个光纤光栅液压传感器的需求，其中，M≥1，N≥1,P≥1,Q≥1。

所述数据处理终端与信号检测装置之间通过通信接口连接，接收并汇总处理信号检测装置发送的所有传感器光纤波长变化信号解调结果，得到道岔转辙机相应传感器监测点的应变、位移、液位和液压4个参量变化数据，实时监测道岔转辙机部件或位置的应变、动作位移、液位和液压工作状态，并能重构道岔转辙机的工作过程；当道岔转辙机的工作参量数据表现为异常情况时，数据处理终端会将该异常情况相关数据发送至报警装置，利用报警装置发出报警信号，提醒工作人员查看道岔转辙机的工作状态或对故障设备进行维护维修。其中，道岔转辙机工作状态表现为异常包括：道岔转辙机的销轴应变参量异常，即销轴应变量超限，影响销轴正常工作；道岔转辙机的动作部件位移参量异常，即动作部件的运动轨迹与正常工作时的轨迹有所区别；道岔转辙机液压装置液位或液压参量异常，即液压装置工作状态不稳定，影响道岔转辙机执行轨道变更和线路交合分离任务。对异常情况进行报警，提高了工作人员的工作效率，保证了轨道线路正常工作。

在上述装置的基础上，本发明实施例提供了一种光纤传感道岔转辙机状态监测方法，如图2所示，所述方法包括：在道岔转辙机在关键部件或位置部署光纤光栅传感器，形成监测点；将所述光纤光栅传感器通过传输光纤与信号检测装置连接；控制所述信号检测装置发射扫描光源，所述扫描光源通过所述传输光纤进入监测点，当道岔转辙机的工作状态参量发生变化，所述监测点的光纤光栅中心波长也随之变化；所述监测点的光纤光栅波长变化信号返回所述信号检测装置，所述信号检测装置解调监测点光纤光栅波长变化信号，将波长变化解调结果发送至数据处理终端；所述数据处理终端汇总处理波长变化解调结果，得到道岔转辙机上监测点的工作状态参量变化数据，实时监测道岔转辙机工作状态，重构道岔转辙机的工作过程，并将异常情况发送至报警装置，实时报警。其中，所述道岔转辙机的工作状态参量包括道岔转辙机部件或位置的应变、动作位移、液位和液压4种参量。所述数据处理终端根据获得的转辙机工作状态参量，可以重新构建转辙机的具体工作过程，包括构建转辙机上各关键部件或位置为实现道岔转辙需要进行的动作；当转辙机工作状态参量出现异常，所述数据处理终端会进行报警，提醒工作人员转辙机状态出现异常，需要及时查看或维修，保证转辙机工作状态稳定。

本发明实施例利用光纤光栅传感器检测道岔转辙机工作时部件或位置的应变、位移、液位和液压参量，实施例所述状态监测装置稳定性好，抗干扰能力强；同时，本发明实施例利用多参量、实时检测技术，全面地、系统地实现道岔转辙机部件或位置的应变、动作位移、液位和液压工作状态监测，通过数据分析和处理掌握道岔转辙机工作状态，重构道岔转辙机动作过程，为轨道交通安全运营提供充实的科学依据，确保轨道交通设备长期稳定的工作。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，所述装置包括：光纤光栅传感器、传输光纤、信号检测装置、数据处理终端和报警装置，其中，

所述光纤光栅传感器包括以下不同类型传感器：光纤光栅应变传感器、光纤光栅转辙机位移传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅液压传感器，所有传感器部署于道岔转辙机上，所述不同类型传感器用于实时检测道岔转辙机上部件或位置的不同工作状态参量，并将工作状态参量的变化转化为光纤光栅的波长变化；

所述传输光纤连接所述光纤光栅传感器和所述信号检测装置，用于传输信号检测装置发射的扫描光源和光纤光栅的波长变化信号；

所述信号检测装置，用于发射扫描光源到光纤光栅传感器并解调反射回来的波长变化信号，将所述波长变化信号转化为所述工作状态参量，并将解调结果发送至所述数据处理终端；

所述数据处理终端，用于分析和处理信号检测装置发送的波长变化信号解调结果，获得道岔转辙机的工作状态参量实时变化数据，并连接报警装置，在道岔转辙机的工作状态参量变化出现异常时，触发报警装置的故障报警功能；

所述报警装置，用于在所述转辙机工作状态参量变化异常时发出报警信号，并远程发送故障信息至工作人员。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器、光纤光栅转辙机位移传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅液压传感器之间通过波分复用或空分复用中至少一种方式实现组网连接。

3.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器敷设于道岔转辙机的动作杆销轴和/或锁闭铁销轴中，用于感知销轴所受载荷的变化。

4.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述光纤光栅转辙机位移传感器通过固定装置、传感器保护壳和辅助装置安装于转道岔辙机内动作部件，用于检测转辙机定位和反位过程中动作部件的位移变化。

5.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述光纤光栅液位传感器安装于道岔转辙机液压装置内，用于感知道岔转辙机液压装置的液位变化。

6.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述光纤光栅液压传感器安装于道岔转辙机液压装置内，用于感知道岔转辙机液压装置的液压大小。

7.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于，所述传输光纤采用单模光纤。

8.根据权利要求1所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测装置，其特征在于,所述信号检测装置为多通道光纤光栅解调仪。

9.一种光纤传感道岔转辙机状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：

在道岔转辙机关键部件或位置部署光纤光栅传感器，形成监测点；

将所述光纤光栅传感器通过传输光纤与信号检测装置连接；

控制所述信号检测装置发射扫描光源，所述扫描光源通过所述传输光纤进入所述监测点，当道岔转辙机的工作状态参量发生变化时，所述监测点的光纤光栅中心波长也随之变化；

所述监测点的光纤光栅波长变化信号返回所述信号检测装置，所述信号检测装置解调监测点光纤光栅波长变化信号，将波长变化解调结果发送至数据处理终端；

所述数据处理终端汇总处理波长变化解调结果，得到道岔转辙机上监测点的工作状态参量变化数据，实时监测道岔转辙机工作状态，重构道岔转辙机的工作过程，并将异常情况发送至报警装置，实时报警。

10.根据权利要求9所述的一种光纤传感道岔转辙机状态监测方法，其特征在于,所述道岔转辙机的工作状态参量包括道岔转辙机部件或位置的应变、动作位移、液位和液压中至少一种参量。