CN109969231A - 一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁路运营行业道岔尖轨运行状态监测设备技术领域，特指一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，包括超声信号源、光纤声学传感器、光学传感信号处理单元与计算机，超声信号源固定于道岔尖轨的尖端位置，光纤声学传感器固定于道岔尖轨的粗端位置，超声信号源与光纤声学传感器对应设置，光纤声学传感器通过光缆连接于光学传感信号处理单元，光学传感信号处理单元连接于计算机。由于光纤传感本身具有抗电磁干扰，本征防爆，可在恶劣环境中工作，测量灵敏度高和精度高，便于组网等优点，采用本监测系统可实现对铁道道岔尖轨断裂损伤的在线监测，提高铁路的维修效率，保证旅客的人身安全和设备安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路运营行业道岔尖轨运行状态监测设备技术领域，特指一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统。
背景技术
目前，铁路运输作为我国交通运输业的主要力量，在国民经济中有着举足轻重的地位。近年来，随着重载和提速列车的大量开行，铁路运输发生的事故也时有发生，对于基础设施的监测要求越来越高，确保其安全运行至关重要，道岔作为铁路线路变更，线路交合分离的转换设备，是铁路线路不可或缺的一部分，当道岔转辙机运作时，其尖轨与基本轨的密贴状态和尖轨的损伤与否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状态的技术。目前，铁道岔尖轨损伤程度及部位监测方法有以下几种:
1)中国专利号CN201810510480.4“一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法”中所介绍的在线检测系统，由分布式声学传感监测到的声学信号易受环境影响，且该系统不能判断铁轨的异常程度；
2)中国专利号CN201110139596.X“光纤光栅铁路道岔密贴监测装置”中所介绍的监测系统，整个监测系统通过采集处理号实现对道岔尖轨与基本轨的密贴状态的监测，但该发明只能通过道岔尖轨与基本轨的密贴状态分析道岔尖轨的状态，不能监测铁轨的损伤程度及损作部位。
目前，有关铁道道岔尖轨损伤程度及部位监测方面的文献较少，以现有的监测方法，不能同时监测道岔尖轨损伤的部位及损伤程度，使得铁轨不能及时的维修，影响道路的运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，由于光纤传感本身具有抗电磁干扰，本征防爆，可在恶劣环境中工作，测量灵敏度高和精度高，便于组网等优点，采用本监测系统可实现对铁道道岔尖轨断裂损伤的在线监测，提高铁路的维修效率，保证旅客的人身安全和设备安全。
为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：
一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，包括超声信号源、光纤声学传感器、光学传感信号处理单元与计算机，超声信号源固定于道岔尖轨的尖端位置，光纤声学传感器固定于道岔尖轨的粗端位置，超声信号源与光纤声学传感器对应设置，光纤声学传感器通过光缆连接于光学传感信号处理单元，光学传感信号处理单元连接于计算机。
进一步而言，所述光纤声学传感器包括光纤F-P光学敏感单元、光缆接入单元与传感器固定基座，光纤F-P光学敏感单元与光缆接入单元设于传感器固定基座内，光纤F-P光学敏感单元连接于光缆接入单元，光缆接入单元通过光缆连接于光学传感信号处理单元。
进一步而言，所述传感器固定基座通过黄油耦合剂与密封圈安装于道岔尖轨的粗端轨腰上。
进一步而言，所述光缆接入单元由光缆与金属封装盒组成。
进一步而言，所述超声信号源通过溶胶剂安装于道岔尖轨的尖端轨腰上。
进一步而言，所述超声信号源采用超声波换能器激励源或压电陶瓷激振源。
进一步而言，所述道岔尖轨的粗端连接于道岔正轨。
本发明有益效果：
1)本系统采用光纤F-P超声发射传感探头和聚声装置相结合构成的传感系统，增强了接收到的声学信号；
2)本系统采用快速信号处理方法，对所采集的数据信号进行快速分析与判断，对数据进行缓存和道轨尖轨状态的实时显示；
3)本系统实时在线监测轨道尖轨的损伤程度与断裂部位，获得不同的特征信号以实现及时预警和报警；
4)该铁道道岔尖轨监测方法与报警系统，通过自检系统监测预装光谱信号的变化，实现传感器的自检功能，实现该系统故障导向安全的保障；
5)该铁道道岔尖轨监测方法与报警系统，运用声学传感网络，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、防爆、频带宽、损耗低、精度较高等特点，成功解决了在火车运行的安全隐患问题，通过全程在线监测道轨尖轨的损伤程度与部位，使得操作人员能够及时发现问题并解决问题，从而有效提高铁路维护的效率，保证铁路运营的的顺畅与安全。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
1.超声信号源；2.光纤F-P光学敏感单元；3.黄油耦合剂；4.密封圈；5.光缆接入单元；6.传感器固定基座；7.光学传感信号处理单元；8.计算机；9.道岔正轨；10.道岔尖轨；11.溶胶剂。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，包括超声信号源1、光纤声学传感器、光学传感信号处理单元7与计算机8，超声信号源1固定于道岔尖轨10的尖端位置，光纤声学传感器固定于道岔尖轨10的粗端位置，超声信号源1与光纤声学传感器对应设置，光纤声学传感器通过光缆连接于光学传感信号处理单元7，光学传感信号处理单元7连接于计算机8。以上所述构成本发明基本结构。
采用这样的结构设置，位于道岔尖轨10尖端处的超声信号源1产生超声信号，被位于道岔尖轨10粗端处的光纤声学传感器拾取，光纤声学传感器再通过光缆传输到光学传感信号处理单元7进行处理后送入计算机8进行噪声滤除和模态识别，检测到道岔尖轨10的断裂损伤出现并及时报警，进而保证铁路运营的顺畅与安全。
实际应用中，本发明所述的光纤声学传感器实时在线探测超声信号源1发出的超声信号特征频谱特性，判断道岔尖轨10的断裂损伤是否发生并实时报警。
实际应用中，本发明所述的光学传感信号处理单元7，光纤声学传感器探测到的信号通过光纤实时传送到远离道岔尖轨10的监测控制室，进行信号处理，进而保证铁路的安全运行。
实际应用中，本发明所述的计算机8内预先设有噪声滤除软件与模态识别软件。
更具体而言，所述光纤声学传感器包括光纤F-P光学敏感单元2、光缆接入单元5与传感器固定基座6，光纤F-P光学敏感单元2与光缆接入单元5设于传感器固定基座6内，光纤F-P光学敏感单元2连接于光缆接入单元5，光缆接入单元5通过光缆连接于光学传感信号处理单元7。
实际应用中，本发明所述的光纤F-P光学敏感单元2主要通过监测铁轨传输过来的声音信号，从而判断道岔尖轨10的状态。
实际应用中，本发明所述的光纤F-P光学敏感单元2具有本征防爆与抗电磁干扰的特性，有效提高了接收信号的准确性。
更具体而言，所述传感器固定基座6通过黄油耦合剂3与密封圈4安装于道岔尖轨10的粗端轨腰上。采用这样的结构设置，使光纤声学传感器不影响列车的正常运行，且能够长期稳定工作。
所述光缆接入单元5由光缆与金属封装盒组成。采用这样的结构设置，光纤声学传感器产生的信号通过光缆输出，金属封装盒保证了光纤声学传感器与光缆的损伤。
所述超声信号源1通过溶胶剂11安装于道岔尖轨10的尖端轨腰上。采用这样的结构设置，使超声信号源1不影响列车的正常运行，且能够长期稳定工作。
所述超声信号源1采用超声波换能器激励源或压电陶瓷激振源。采用这样的结构设置，通过超声波换能器激励源或压电陶瓷激振源将输入的电功率转换成超声源再传递出去，作为整个系统的信号源。
所述道岔尖轨10的粗端连接于道岔正轨9。
本发明工作原理：
在铁路运行中，火车从轨道上经过，不同状态的道岔尖轨10所产生的声频信号各不相同，都具有不同的频率特征，超声信号源1发出超声信号，遇到断裂损伤处反馈回声频信号，光纤F-P光学敏感单元2荼取到的声频信号通过光缆接入单元5实时传输到远离铁路的轨道监测室的光学传感信号处理单元7中，获得相应的数字信号，由光学传感信号处理单元7将信号传送到计算机8进行频谱分析，通过分板系统与模态识别软件分析采集到的频率分布图谱与道岔尖轨10正常情况下的特征图谱比较，判断道岔尖轨10的损伤程度与损伤部位，并实现预警和报警。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：包括超声信号源(1)、光纤声学传感器、光学传感信号处理单元(7)与计算机(8)，所述超声信号源(1)固定于道岔尖轨(10)的尖端位置，所述光纤声学传感器固定于道岔尖轨(10)的粗端位置，所述超声信号源(1)与光纤声学传感器对应设置，所述光纤声学传感器通过光缆连接于光学传感信号处理单元(7)，所述光学传感信号处理单元(7)连接于计算机(8)。以上所述构成本发明基本结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述光纤声学传感器包括光纤F-P光学敏感单元(2)、光缆接入单元(5)与传感器固定基座(6)，所述光纤F-P光学敏感单元(2)与光缆接入单元(5)设于传感器固定基座(6)内，所述光纤F-P光学敏感单元(2)连接于光缆接入单元(5)，所述光缆接入单元(5)通过光缆连接于光学传感信号处理单元(7)。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述传感器固定基座(6)通过黄油耦合剂(3)与密封圈(4)安装于道岔尖轨(10)的粗端轨腰上。
4.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述光缆接入单元(5)由光缆与金属封装盒组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述超声信号源(1)通过溶胶剂(11)安装于道岔尖轨(10)的尖端轨腰上。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述超声信号源(1)采用超声波换能器激励源或压电陶瓷激振源。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感在线监测铁道道岔尖轨断裂报警系统，其特征在于：所述道岔尖轨(10)的粗端连接于道岔正轨(9)。
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