CN113056407A - 用于监测轨道区段的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量系统，用于监测具有固定在轨枕(3)上的钢轨(1)的轨道区段，其中，光纤(12)与测量装置(20)连接，以便探测作用于钢轨(1)上的负载。在此，所述光纤(12)可松脱地夹在至少一个钢轨固定件(2)中。从钢轨(1)通过钢轨固定件(2)传递到轨枕(3)的应力以该方式直接作用于光纤(12)。

Description

用于监测轨道区段的测量系统

技术领域

本发明涉及一种测量系统，用于监测具有固定在轨枕上的钢轨的轨道区段，其中，光纤与测量装置连接，以便探测作用于钢轨上的负载。此外，本发明还涉及一种用于建立相应的测量系统的方法。

背景技术

在轨道区段上使用不同的测量系统，以便监测铁路基础设施、铁路交通和轨道上的其他活动。在相应的测量系统中，光纤越来越重要。光纤一方面用于信号传输，并且另一方面用作传感器元件。

例如由文献WO 2016/027072 A1已知了一种测量系统和一种相应的测量方法，具有铺设在轨道旁边的光纤。测量装置连接至光纤，借助测量装置进行所谓的分布式声波传感系统(DAS)。在此，光纤的至少一个纤维用于探测纤维脉冲的反射。被检测的光信号能够推断出沿轨道区段的振荡。因此具体地监测列车的车轮，以便提前识别损坏。该解决方案旨在将为其他目的已经铺设的光纤用作传感器元件。

文献WO 2015/110361 A2公开了一种具有光纤传感器单元的测量装置，用于测量作用于钢轨上的机械参量。在此，光纤传感器单元倾斜地布置在钢轨连接段上，并且被基准光照射，用于在反射或透射中产生信号光。信号光被评估，以便推断出钢轨中的负载改变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，改进前述类型的测量系统，从而可以以更高的可重复性实现简单的制造和维护以及精确的测量结果。此外，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于建立相应的测量系统的方法。

根据本发明，所述技术问题通过权利要求1和10的特征解决。本发明的有利的扩展方案由从属权利要求得到。

在此规定，所述光纤可松脱地夹在至少一个钢轨固定件中。从钢轨通过钢轨固定件传递到轨枕的应力以该方式直接作用于光纤。源自轨道环境中的的振动也通过轨枕和钢轨固定件作用于光纤上，并且因此可以被探测到。可以利用已知的方法评估光纤所产生的很小的变形。在此，与光纤连接的测量装置将光信号发送到光纤中，其中，光信号的反射与光纤的变形相关联。因此也可以对变形进行精确的定位。因此直接探测到振动或车轮负载，因为光纤布置在钢轨与轨枕之间的力路径中。通过将光纤安装到钢轨固定件的承重构件中，在探测时在受负载的与未负载的状态之间产生较大的信号间距(测量信号相对于噪声)。由此，与已知的解决方案相比，光纤作为探测器元件的根据本发明的使用受到明显更小的干扰影响。此外，测量系统能够实现对在负载下的钢轨固定件进行状态分析。

在布置的有利的扩展方案中，所述光纤在两个连续的轨枕上夹在同一条钢轨的钢轨固定件中。有利地，光纤在待监测的轨道区段的广阔的区域上延伸，并且在此夹在同一条钢轨的所有钢轨固定件中。光纤以该方式用作传感器元件，其具有跨越多个轨枕的纵向延伸尺寸。与在轨道旁在电缆沟中引导的光纤不同地，根据本发明布置的光纤在不连续或离散的区段中(与轨枕的相应的接触部位)被激励。由此，可以为每个轨枕分配自身的虚拟的传感器。通过对测量结果的地点的分配来监测每个单独的轨枕。例如可以立即识别空心层或变松的固定器件。也可以以该方式实现轴计数器，其中，产生与现有的系统的互通性。此外，与在已知的系统中相比，通过光纤的离散激励来对测量系统进行校准则更简单。

另外的改进规定，所述光纤在两个夹紧位置之间具有用于纵向补偿的环圈。因此，在需要时可以执行测量系统的改变。此外存在以下可能性，即在施工现场将光纤从夹紧位置松脱，并且将其放置在轨道旁。例如在钢轨焊接之前在使用纵向补偿的情况下与焊接部位间隔足够距离地放置光纤。

在测量系统已安装的状态下有利的是，所述光纤在两个连续的轨枕之间借助固定器件可松脱地固定在钢轨上。卡在轨底上的夹子例如阻止光纤在轨枕之间下垂。附加的保护措施尤其对于顺利实施维护过程、如钢轨打磨、轨道捣固或轨道稳定来说是有意义的。

测量系统的有利的扩展方案规定，至少一个钢轨固定件包括作为用于轨底的底座的中间层，并且被夹住的光纤贴靠在所述中间层上。作用于钢轨上的竖直的负载在此直接传递至光纤。此外，在该布置方式中，光纤通过钢轨来保护以防受到外部影响。

在另一扩展方案中规定，至少一个钢轨固定件包括卡扣，并且被夹住的光纤贴靠在所述卡扣上。尤其通过弹性的卡扣导出钢轨的振动负载。通过贴靠的光纤可以特别好地探测这种负载。在此也有利的是可以简单地通过卡扣的松弛松脱光纤的夹紧。

另一有利的变型方案能够实现非常精确地检测水平的横向负载。在此，至少一个钢轨固定件包括用于侧向支撑钢轨的侧面导引件，其中，被夹住的光纤贴靠在所述侧面导引件上。

在该变型方案的有利的设计方案中，所述侧面导引件是导向支撑板。在相应的钢轨固定件中，导向支撑板布置在轨底的每个侧面上，以便固定钢轨的侧面位置。相应的导向支撑板在此通常也用作用于卡扣的支座。

备选地，至少一个钢轨固定件包括带肩垫板，其中，平行于钢轨延伸的肋布置为侧面导引件。这种带肩垫板通常结合枕木使用，以便也确保钢轨朝轨道中心的预设的倾斜。在此在大多数情况下，螺栓用作固定元件。

根据本发明轨道一种建立前述测量系统的方法，在借助线路上部工程机械新建轨道或改造轨道时，将钢轨放置在轨枕上，在这之前、在这之后或在这期间，光纤从布置在线路上部工程机械上的线圈展开并且定位在相应的夹紧位置上，并且在夹紧光纤的同时借助钢轨固定件将钢轨固定在轨枕上。以该方式在轨道施工作业期间建立测量系统，其中，为此需要的费用是可忽略的。通用的线路上部工程机械尤其可以以简单的方式装备有用于展开光纤的线圈，所述线路上部工程机械设计用于铺设或更换钢轨。

附图说明

以下以示例性的方式参考附图阐述本发明。在附图中：

图1示出剖切钢轨和具有带肩垫板的钢轨固定件的剖面示意图；

图2示出在松脱状态下的具有光纤的根据图1的细节A的示意图；

图3示出在夹紧状态下的具有光纤的根据图1的细节A的示意图；

图4示出剖切钢轨和具有导向支撑板的钢轨固定件的剖面示意图；

图5示出钢轨和两个轨枕的俯视示意图。

具体实施方式

图1所示的钢轨1借助钢轨固定件2稍微倾斜地固定在轨枕3上。为了预设精确的倾斜角度，钢轨固定件2包括带肩垫板4，带肩垫板通过螺栓5拧紧在轨枕3上。在轨底6与带肩垫板4之间布置有大多由塑料制成的中间层7。为了侧向支撑，带肩垫板4在钢轨1的两侧包括沿钢轨纵向延伸的肋8。肋8具有向下延伸的凹部，凹部用作用于螺栓连接件10的防松螺栓9的反向固定。在钢轨1的每个侧面，卡扣11通过螺栓连接件10从上方挤压轨底6。这种布置在使用枕木时是常见的。

根据本发明布置有至少一个光纤12，其可松脱地夹紧在钢轨固定件2中。在此，光纤12和钢轨固定件2的机械特性相互协调。例如，光纤12具有由耐磨的塑料或复合材料构成的外套。由此避免光纤12的过早的机械磨损。必要时，光纤12在钢轨更换时一起被更换，其中，由此产生的额外费用是可忽略的。

在图1中示出了光纤12的多个有意义的位置。例如，在中间层7中设置有用于容纳光纤12的纵向槽13。备选或附加地，带肩垫板4具有相应的纵向槽13。纵向槽13也可以设置在轨枕3中，从而可以在没有另外调整的情况下使用常规的钢轨固定件2。相同的情况适用于在轨底6的下侧的纵向槽13。

在图2和图3中可看到，相应的纵向槽13具有以下深度，该深度小于在松脱状态下的光纤12的直径。在夹紧状态下，光纤12挤压钢轨固定件2和必要时钢轨1或轨枕3的表面。由此，作用于钢轨1或轨枕3上的负载和振动直接传输到光纤12。

为了精确地检测沿水平的钢轨横向的力和振动，光纤12布置在肋8的纵向槽13中。在已安装的状态下，在此，光纤12在肋8与轨底6的侧面连接段之间夹紧。在有利的扩展方案中，该光纤12与轨底6下方的光纤12组合。以该方式可以对水平的和竖直的力和振动进行单独的检测和评估。

图4示出了备选的钢轨固定件2，其通常使用在混凝土轨枕中。在此，轨枕3为了容纳钢轨固定件2在上侧具有浮雕状的凹陷部。具体地，在凹陷部中布置有中间层7和钢轨固定件2的两个导向支撑板14。中间层7在此形成轨底6与轨枕3之间的阻尼元件。导向支撑板14用作侧面导引件，其沿水平的钢轨横向固定轨底7。每个导向支撑板14此外具有槽15，从圆形材料弯曲制成的卡扣11卡入在槽中。相应的卡扣11借助钢轨固定螺栓16被夹紧，其中，卡扣11的端部从上方挤压轨底6。

在此也示出了光纤12的多个有意义的位置。例如，纵向槽13设置在中间层7中或中间层7下方的轨枕3中。光纤12在相应的导向支撑板14下方或相应的卡扣11下方的布置也是有利的。有利地利用在导向支撑板14与轨底6的配属的连接段之间的光纤12探测沿水平的钢轨横向的力和振动。为此，相应的导向支撑板14具有侧面的纵向槽13。在该变型方案中，多个光纤12的布置也可以是有意义的。

在图5中的俯视图中示例性示出了两个具有相应的带肩垫板4的钢轨固定件2。光纤12夹入在钢轨1下方的相应的钢轨固定件2中。相应的带肩垫板4例如具有相应的纵向槽13。在负载情况下，光纤12在这些夹紧位置17上被不连续地激励，从而在测量过程中相应存在离散的测量结果。

光纤12以环圈18的形式布置在轨枕之间。如果必须维修或以其他方式定位光纤12，那么环圈18用作纵向补偿。为了使用多个环圈18的纵向补偿，松脱在它们之间的钢轨固定件2，从而光纤12可以滑动通过钢轨固定件2。在钢轨1上进行焊接作业时，光纤12例如在使用纵向补偿的情况下与焊接部位间隔足够距离地被放置。

有利地，在两个轨枕3之间的相应的轨枕盒中设有固定器件19，光纤12利用固定器件可松脱地固定在钢轨1上。在最简单的情况下，固定器件是卡箍，其卡在轨底6上并且使光纤12保持在位置中。以该方式，光纤12在诸如钢轨磨削或钢轨捣固的维护作业时得到充分保护。这种固定器件19也可以用于在复杂的轨道装置中省略光纤12的探测功能。在道岔的区域中，光纤12例如仅卡在钢轨1上，而没有被夹在钢轨固定件2中。

光纤12的端部与测量装置20连接。测量装置将光脉冲发送到光纤12的至少一个纤维，并且评估产生的反射。反射与光纤12的相关的纤维中的机械应力有关。当力作用于光纤12上，或者光纤12由于振荡或由于声音影响处于振动中时，形成这种机械应力。通过可评估的信号模式，尤其由于测量信号的离散的形成，还可以定位力作用或振动加载。

参考图5中的变型方案阐述根据本发明的用于建立测量系统的方法。作为示例的是轨道维护，在轨道维护中，在连续的作业进程中将旧的钢轨1更换为新的钢轨1。在这种钢轨更换中，新的钢轨1预先存储在轨道旁边。在第一步骤中，钢轨固定件2松脱。所谓的线路改造车用作线路上部工程机械。该线路改造车在中间部分中具有改造装置，其桥式地支撑在前方的和后方的铁路机车上。在此，前方的铁路机车驶过旧的钢轨1，并且后方的铁路机车已经驶过新的钢轨1。

在机器向前行驶时，改造装置利用相应的引导元件将旧的钢轨1从轨枕3抬起，并且将其向外引导至轨道旁边。通过其他的引导元件从外向内引导新的钢轨，并且将其放置到轨枕3上。在交换过程中露出各个轨枕3的钢轨固定件2。该状态用于将光纤12定位在相应的夹紧位置17上。

在此，在改造装置中布置有线圈(电缆筒)，光纤12在机器向前行驶时从线圈展开。定位装置将光纤12引导到带肩垫板4的裸露的纵向槽13中。这要么仅针对一个轨条实施，要么针对每个轨条各条光纤12从所属的线圈展开。随后，中间层7利用相应的铺设设备铺设到带肩垫板4上。

随后才将新的钢轨1定位在轨枕3上的带肩垫板4的肋8之间。在最后的作业步骤中，利用螺栓连接件10固定卡扣11。在此，光纤12也夹紧在相应的钢轨固定件2中。

Claims (10)

1.一种测量系统，用于监测具有固定在轨枕(3)上的钢轨(1)的轨道区段，其中，光纤(12)与测量装置(20)连接，以便探测作用于钢轨(1)上的负载，其特征在于，所述光纤(12)可松脱地夹在至少一个钢轨固定件(2)中。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光纤(12)在两个连续的轨枕(3)上夹在同一条钢轨(1)的钢轨固定件(2)中。

3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述光纤(12)在两个夹紧位置(7)之间具有用于纵向补偿的环圈(18)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述光纤(12)在两个连续的轨枕(3)之间借助固定器件(19)可松脱地固定在钢轨(1)上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量系统，其特征在于，至少一个钢轨固定件(2)包括中间层(7)，并且被夹住的光纤(12)贴靠在所述中间层(7)上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量系统，其特征在于，至少一个钢轨固定件(2)包括卡扣(11)，并且被夹住的光纤(12)贴靠在所述卡扣(11)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量系统，其特征在于，至少一个钢轨固定件(2)包括用于侧向支撑钢轨(1)的侧面导引件，并且被夹住的光纤(12)贴靠在所述侧面导引件上。

8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，导向支撑板(14)布置为侧面导引件。

9.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，至少一个钢轨固定件(12)包括带肩垫板(4)，并且平行于钢轨(1)延伸的肋(8)布置为侧面导引件。

10.一种建立根据权利要求1至9中任一项所述的测量系统的方法，其特征在于，在借助线路上部工程机械新建轨道或改造轨道时，将钢轨(1)放置在轨枕(2)上，在这之前、在这之后或在这期间，光纤(12)从布置在线路上部工程机械上的线圈展开并且定位在相应的夹紧位置(17)上，并且在夹紧光纤(12)的同时借助钢轨固定件(2)将钢轨(1)固定在轨枕(3)上。

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