CZ31872U1 - Mezikolejnicový detektor průjezdu a snímač náprav kolejových vozidel - Google Patents

Description

Zařízení spadá do oblasti dopravy a je využitelné pro monitorování vybraných parametrů tramvajového provozu, kdy základním sledovaným parametrem je detekce průjezdu a snímání náprav tramvajových vozidel.

Dosavadní stav techniky

Detekce dopravy a rychlosti vozidel je v současné době jedno z velkých témat. Pro detekci automobilové dopravy se užívají různé druhy senzorů, které mohou být destruktivní nebo určeny pro více užití. Rovněž mohou být vybaveny různými typy interferometrů, jako jsou například interferometry typu Michelson nebo Fabry-Perot apod.

Mezi řešení, která spadají do této skupiny patří například „Road vehicle runnig speed detecting method and device“, popsané v CN 1641359, kde zařízení detekuje vozidlo a na základě průjezdu vozidla mezi dvěma interferometry lze dopočítat jeho rychlost. Dalším řešením je „Distributed opticai fiber vehicie comprehensive Information detecting systém“, popsané v CN 1498105, pro detekci vozidla a snímání rychlosti. V tomto případě je zařízení zabudováno do vozovky. Mezi destruktivní senzory patří řešení popsané v dokumentu „Road traffic monitoring systém“, popsané ve WO 02065425, které je určeno pro detekci vozidel a lze je využít i pro měření jejich rychlosti nebo řešení „Novel opticai fiber vehicle detector“, popsané v CN 200962255, které kromě detekce vozidla a měření rychlosti zlepšuje i poměr signál/šum. V obou případech je optické vlákno zabudováno do vozovky.

Pro detekci tramvajových vozidel v drážních systémech se dnes využívají nejvíce tyto systémy:

- snímače počítačů náprav

- kolejové obvody

- indukční smyčky

Tyto výše uvedené detekční prvky jsou založené na elektromagnetickém nebo elektrickém principu měření a jsou tak primárně citlivé na elektromagnetická rušení. Zdrojů, které generují tato rušení v tramvajové dopravě stále přibývá, např. pohony nových trakčních vozidel nebo atmosferické výboje. Problémy, které tyto rušení generují primárně neznamená přímo bezpečnostní ohrožení cestujících, ale velmi často způsobují výrazné komplikace v řízení dopravy, tedy zpoždění, výluky vozidel apod. Výše uvedené problémy lze účinně minimalizovat pomocí navrženého řešení, které je zcela imunní vůči elektromagnetickému rušení, respektive nebezpečným přepětím, které mohou vznikat i díky atmosferickým výbojům.

Publikace věnující se této problematice zahrnují například publikaci „Fiber optic sensors for infrastructure applications“, vydanou v únoru 1998, https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/23026/dot_23026_DSl.pdf , kdy je pro monitorování průjezdu soupravy využit optovláknový senzor na bázi inteferometrického zapojení. Rychlost je možné snímat pouze v případě využití dvou senzorů. Další publikací je například „Strain monitoring of a newly developer precast concrete trackfor high speed railway traffic using embedded fiberoptic sensors“, vydaná v červnu 2002, https://www.spiedigitallibrary.org/conferenceproceedmgs-of-spie/4694/l/Stram-monitoring-of-a-newly-developed-precast-concrete-trackfor/10.1117/12.472627.short?SSO=l , kde jsou využity snímače na bázi Fabry-Perotova interferometru využity přímo při výrobě předpjatých prefabrikovaných pražců z betonu. Senzory

- 1 CZ 31872 Ul je možné využít pro kalkulaci počtu náprav či směru jízdy i rychlosti kolejové soupravy, přičemž zde je nutnost použít více senzorů. Z patentové literatury lze upozornit například na „Rail contacting device in railway systems, particularly for axle counting devices “, popsané v DE 3537588, a určené pro detekci kolejových vozidel, které lze využít také jako čítač náprav. Detekována je vibrační odezva projíždějící soupravy a z tohoto důvodu musí být senzorická část ve fyzickém kontaktu s kolejnicemi. Dalším spisem z této oblasti je „Contact fiberoptic impact sensor“, US 6144790, kde je popsán základní princip čítače náprav na bázi optovláknového interferometru. Senzorická část, tedy optické vlákno, je ve fýzickém kontaktu s kolejnicí, přičemž měření spočívá ve změně tlaku na vlákno při průjezdu kolejového vozidla a následné změně Specklova obrazce měřícího vlákna.

Mezi nevýhody výše uvedených řešení patří malá odolnost proti elektromagnetickému rušení a nedostatečná imunita vůči tzv. falešným signálům. Další nevýhodou je nutnost odstínění elektromagnetického rušení proti zemním proudům. Většina výše uvedených zařízení je určena pro snímání pouze jednoho parametru. Mezi značné nevýhody současných řešení patří nutnost užití dodatečných optických převodníků, mají-li být senzory napojeny na drážní vláknově optickou síť.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje níže popsané technické zařízení. Toto řešení reprezentuje prototyp snímače, který je založený na jedno vidových optických vláknech a využívá konstrukčně nejjednoduššího zapojení dvouramenného Mach-Zehnderova interferometru. Snímač je navržen s ohledem na detekci nízkých frekvencí v pásmu od 1 do 80 Hz pro detekci vibračně-akustických signálů, které generují projíždějící tramvajová vozidla dle mezinárodní normy ISO 4866:1990. Konstrukce snímače je zvolena s ohledem na materiály, které se vyznačují imunitou vůči elektromagnetickým interferencím. Snímač je díky umístění v mezipražcovém poli imunní vůči falešnému ovlivnění nežádoucími signály, což limituje chybné detekce vozidel.

Na horní straně plastového krytu/boxu jsou umístěna dvě vstupní rozhraní, první a druhé. První vstupní rozhraní je propojeno optickým vláknem s prvním optickým rozdělovacím členem napojeným na druhý optický rozdělovači člen. Optické vlákno z druhého optického rozdělovacího členu je pak napojeno na druhé vstupní rozhraní. Oba optické rozdělovači členy jsou pak optickým vláknem propojeny se senzorickou částí, umístěnou ve spodní části krytu/boxu. V krytu/boxu je mezi optické rozdělovači členy umístěna tlumící část. Celé zařízení je pak uchyceno k detekční podložce.

Základní výhodou představeného řešení vůči konvenčním elektromagnetickým nebo elektrickým snímačům je odolnost proti elektromagnetickému rušení EMI. Další výhodou je vyšší elektrická izolace od kolejiště, a tedy minimalizace nebezpečí inicializace zpětných trakčních proudů na základě použitých materiálů, které jsou charakteristické pro stávající kolejové obvody. Vyhodnocovací jednotka k představenému technickému řešení snímače může být umístěna odděleně, a to ve vzdálenosti až jednotek kilometrů od snímače. Pro propojení vyhodnocovací jednotky a snímače lze využít jednovidová vlákna standardu G.652.D nebo G.653, které se vyznačují velmi nízkou cenou a útlumem při zachování neelektrického propojení se snímačem v celé délce vedení. Snímač je také možné napojit na stávající temná nevyužívaná vlákna podél kolejových tratí. Zařízení také umožňuje monitorovat dopravu v nebezpečných prostředích, což jsou vlečky, průmyslové závody, výbušná prostředí apod. Zařízení rovněž umožňuje monitoring více parametrů pomocí 1 snímače, tedy detekci vozidel i snímání náprav.

Pro účely této přihlášky se vstupním rozhraním rozumí konektor typu FC/APC, tedy šroubovatelný pevný spoj.

-2CZ 31872 Ul

Objasnění výkresů

Na obr. 1 se nachází zařízení v řezu. Obr. 2 a 3 pak představují blokové schéma zařízení s rozdílně umístěnou senzorickou částí a detekční podložkou. Obr. 4 představuje časový záznam detekce náprav tramvajové soupravy, přičemž jednotlivé nápravy jsou uvedeny v kroužcích. A obr. 5 znázorňuje příklad měřeného frekvenčního spektra získaného při průjezdu tramvajové soupravy.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Na drážní vláknově optickou síť určenou pro vozidla tramvají je přímo připojeno zařízení umístěné v plastovém krytu 2. Tento kryt 2 představuje plastový voděodolný box. Na horní straně plastového krytu 2 jsou umístěna dvě vstupní rozhraní 1, 9, první a druhé. První vstupní rozhraní 1 je propojeno optickým vláknem 4 s prvním optickým rozdělovacím členem 3 napojeným na druhý optický rozdělovači člen 8. Optické vlákno 4 z druhého optického rozdělovacího členu 8 je pak napojeno na druhé vstupní rozhraní 9. Optické vlákno 4 je jednovidové vlákno standardu G652.D nebo G.653. Oba optické rozdělovači členy 3, 8, s dělícím poměrem 75:25, jsou pak optickým vláknem 4 propojeny se senzorickou částí 5, umístěnou ve spodní části krytu 2. Senzorickou část 5 představuje jednovidové optické vlákno s ochranou 2,8 mm, umístěné v kruhovém zapojení s poloměrem 10 cm umístěné na detekční podložce 7. Detekční podložka 7 je ze sodnovápenatého skla. V krytu 2 je mezi optické rozdělovači členy 3, 8 umístěna tlumící část 6, kterou představuje PVC materiál příslušné šířky.

Příklad 2

Příklad 2 se od předchozího příkladu 1 liší umístěním senzorické části 5 a detekční podložky 7. V tomto případě jsou tyto části umístěny vlevo od prvního optického rozdělovacího členu 3, jak je uvedeno na obr. 2 při pohledu z užší části krytu 2 ze strany vstupních rozhraní 1, 9.

Příklad 3

Příklad 3 se od předchozích příkladů liší tím, že senzorická část 5 a detekční podložka 7 jsou umístěny vpravo od prvního optického rozdělovacího členu 3.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je možné využít v kolejové dopravě, zahrnující městskou tramvajovou dopravu nebo metro a dále meziměstskou dopravu, vlaky. Zařízení je rovněž možné použít i v průmyslovém prostředí s určitým stupněm výbušnosti, což představuje například důlní kolejová doprava tzv. důlní vlečky.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Mezikolejnicový detektor průjezdu a snímač náprav kolejových vozidel, jehož součástí je optické vlákno, vyznačující se tím, že sestává ze dvou vstupních rozhraní (1, 9), která jsou optickým vláknem (4) propojena s dvěma optickými rozdělovacími členy (3, 8), která jsou

-3CZ 31872 Ul propojena optickým vláknem se senzorickou částí (5), která je umístěna ve spodní části krytu (2) na detekční podložce (7), a dále z tlumící části (6).

2. Mezikolejnicový detektor průjezdu a snímač náprav kolejových vozidel, jehož součástí je 5 optické vlákno, podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlumící část (6) je umístěna mezi optické rozdělovači členy (3, 8).

3. Mezikolejnicový detektor průjezdu a snímač náprav kolejových vozidel, jehož součástí je optické vlákno, podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že senzorická část (5) a detekční ío podložka (7) mají variabilní umístění.

4. Mezikolejnicový detektor průjezdu a snímač náprav kolejových vozidel, jehož součástí je optické vlákno, podle nároku 1, vyznačující se tím, že všechny části zařízení jsou vyrobeny z elektromagneticky nevodivých materiálů.

2 výkresy