CZ31888U1 - Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel - Google Patents

Description

Oblast techniky

Zařízení se týká monitorovací techniky, zejména pak ochrany senzorů pro monitorování kolejových vozidel a prostředí, po kterém se pohybují.

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. Senzory pro více užití však vyžadují určitou ochranu. Tuto ochranu jim obvykle určitým způsobem poskytuje jejich uložení nebo případně obal či pouzdro.

Mezi dokumenty, které popisují uložení senzorů, patří například článek „Raiway trnek component condition monitoring using optical fibre Bragg grating sensors vydáno v roce 2016 v časopise „Measurement Science and Technology“. V tomto článku je popsáno řešení, které využívá pole Braggovských mřížek, které jsou použity pro monitorování mechanického napětí. Jsou řazeny sériově a paralelně. Tyto mřížky jsou lepeny přímo na kolej nebo na výhybku, a to vždy bez vnější ochrany pouzdrem či obalem. Takto aplikovány jsou využity pro monitorování tramvajových tratí. Jejich ochranou proti destrukci je blíže nedefinovaný polymer.

Dalším článkem z této oblasti je „Fiber optic sensing systém for wighing in motion (WIM) and wheel flat detection (WFD) in railways assets: The twbcs systém zveřejněný na „ 8th European Workshop On Structural Health Monitoring (EWSHM 2016)“, 5-8 July 2016, Spain, Bilbao. V tomto článku je popsán FBG systém pro měření deformací. Tento systém využívá k ochraně FBG senzorů kovové pouzdro, které je však dimenzováno a navrženo pouze pro jeden senzor.

Z patentové literatury je možné zmínit například „Rail transportation axle-counting device for packaging FBG based on semifreedom“, evidovaný jako CN 101797928, kde je popsána existence jakéhosi „instalačního nástroje“ jehož součástí je jediný FBG senzor. Tento nástroj je pak umisťován zespoda kolejnice.

Z výše uvedeného je patrné, že v současnosti jsou tato měření zaměřena primárně na oblast deformací, a tedy pro měření využívají pouze jeden senzor. V případě měření rychlosti by bylo nutné na měřenou oblast aplikovat více samostatných senzorů, což by samotné měření zkomplikovalo z hlediska montáže jednotlivých senzorů. Výše uvedená zařízení jsou určena primárně pro jedno použití, v případě poruchy senzoru je nutné vyměnit vždy celé zařízení. Senzor i jeho obal/pouzdro nejsou dva oddělitelné cetky, což komplikuje i výměnu jednotlivých zařízení - vždy je nutné měnit celé zařízení, a nikoliv pouze senzor.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zařízení dle níže uvedeného textu. Celek představuje rozebíratelné pouzdro s vyměnitelnou lištou pro optické vlákno. Do lišty je vloženo optické vlákno obsahující vláknově optické senzory kolejových vozidel typu FBG (Fiber Bragg Grating). Lišta s optickým vláknem, které obsahuje vláknově optické FBG senzory, s výhodou 3, je pak vložena do pouzdra. Konstrukce pouzdra chrání tyto vláknově optické FBG senzory před nechtěným vnějším zásahem, vnějšími vlivy a zajišťuje kontaktní styk FBG senzorů bez snížení jejich citlivosti a bez potřeby jejich lepení případně mechanického uchycení přímo s kolejnicí.

- 1 CZ 31888 Ul

Pouzdro je regulovatelné, neboť použité šrouby mají funkci rozebíratelného spoje, tedy umožňují přímou aplikaci na patu kolejnice bez narušení její celistvosti a zároveň jsou určeny pro regulaci citlivosti celého zařízení.

Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory je rozebíratelné a skládá se ze dvou částí. Vnější část pouzdra sestává z levé, pravé a spodní plochy. Vnitřní část sestává z lišty s optickým vláknem a FBG senzory.

Levá plocha a pravá plocha vnější části pouzdra jsou tvarovány do písmena L. V každé z těchto ploch jsou vyvrtány otvory pro mechanické spoje. Otvory v kratších částech levé a pravé plochy jsou určeny pro střední šrouby, které zajišťují upevnění celého pouzdra ke kolejnici. Otvory v delší části levé a pravé plochy jsou určeny pro velké šrouby, které zajišťují spojení levé a pravé plochy se spodní plochou pouzdra. Ve spodní části plochy je prostor, jehož velikost odpovídá vnitřní části pouzdra, kterou představuje lišta. Dále se zde mohou nacházet otvory pro malý šroub, který je určen pro regulaci citlivosti zařízení a jeho přichycení k patě kolejnice. Ve středu lišty se nachází vyfrézovaná drážka pro optické FBG vlákno. Hloubka drážky je 1/3 její výšky.

Výhodou tohoto zařízení je jeho rozebíratelnost. Pouzdro umožňuje uložení lišty, do které je vloženo optické vlákno s několika vláknově optickými senzory typu FBG. Lze tak využít více FBG senzorů v jednom pouzdře. Tato skutečnost je nespornou výhodou při monitorování rychlosti vozidel, kde je při měření nutné aplikovat vždy 2 FBG senzory a ty lze v našem případě umístit do jednoho pouzdra.

Dále je důležité, že v případě poruchy optického vlákna s FBG senzory ve vnitřní části pouzdra může být tato vnitřní část jednoduše nahrazena novou, s novým optickým vláknem s FBG senzory. Tuto změnu lze díky tomuto typu konstrukce provést velmi rychle.

Rovněž je podstatné, že pouzdro zajišťuje ochranu FBG senzorů před nechtěným vnějším zásahem a vnějšími vlivy a zajištuje kontaktní styk FBG senzorů s kolejnicí bez snížení jejich citlivosti. Pouzdro lze tedy nedestruktivně mechanicky aplikovat na patu kolejnice, tedy bez lepení, vrtání apod., a tudíž nedochází k narušení celistvosti podkladu, jako je pata kolejnice či výhybka, což zároveň zjednodušuje celkovou aplikaci pouzdra.

Senzory jsou umístěny v pouzdře tak, že jejich vztyčná plocha s kolejnicí je maximalizována. Pouzdro zároveň umožňuje styk senzoru-kolejnice ze spodu kolejnice, kde se projevují největší deformace vznikající při průjezdu kolejových vozidel.

Pro účely této přihlášky se mechanickým spojovacím prostředkem rozumí různě velké šrouby, které odpovídají svou velikostí otvorům v jednotlivých částech zařízení. Tyto šrouby, kromě své spojovací funkce zastávají i funkci regulátorů citlivosti zařízení.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn řez oběma částmi zařízení. Obr. 2 představuje detailní pohled na vnitřní část pouzdra, kterou představuje lišta pro uložení optického vlákna s FBG senzory. Obr. 3 je pohledem shora na vnější část pouzdra, bez vnitřní části, tj. bez lišty. Obr. 4 znázorňuje detailní pohled na lištu pro uložení optického vlákna, tentokrát shora.

-2CZ 31888 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Na patu kolejnice je upevněno pouzdro pro vláknově optické FBG senzory, které sestává ze dvou částí. Vnější část pouzdra je složena z levé, pravé a spodní plochy 2, 3, 1. Vnitřní část, pak představuje lišta 8 s optickým vláknem a FBG senzory. Levá plocha 2 a pravá plocha 3 jsou tvarovány do písmena L. V každé z těchto ploch 2, 3 jsou vyvrtány otvory pro mechanické spoje. Otvory v kratší části ploch 2, 3 jsou určeny pro střední šrouby 6, které zajišťují upevnění celého pouzdra ke kolejnici. Otvory v delší části ploch 2, 3 jsou určeny pro velké šrouby 5, které zajišťují spojení levé a pravé plochy 2, 3 se spodní plochou 1 pouzdra. Ve spodní části spodní plochy 1 je prostor 4 pro zasunutí vnitřní části, tedy lišty 8 s optickým vláknem a FBG senzory. Velikost prostoru 4 přesně odpovídá rozměrům použité lišty 8. Uprostřed lišty 8 se nachází vy frézo váná drážka 9 pro optické FBG vlákno. Hloubka drážky 9 je 1/3 její výšky.

Příklad 2

Příklad 2 se od předchozího příkladu 1 liší tím, že prostor 4 určený pro lištu 8 je vybaven otvory pro malé šrouby 7, které jsou určeny pro regulaci citlivosti celého zařízení, zejména jeho vnitřní části, tedy lišty 8 s optickým vláknem a FBG senzory.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je možné využít v kolejové dopravě, zahrnující městskou tramvajovou dopravu nebo například metro či vlak. Zařízení je rovněž možné použít i v průmyslovém prostředí, které představuje například důlní kolejová doprava tzv. důlní vlečky nebo vlečky v průmyslových podnicích, případně jeřáby.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel, vyznačující se tím, že je složeno ze dvou oddělitelných částí, rozebíratelné vnější části a vnitřní části, přičemž vnější část je složena ze tří tvarovaných ploch (1, 2, 3) jejichž mechanické propojení zajišťují mechanické spojovací prostředky.

2. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1, vyznačující se tím, že levá plocha (2) a pravá plocha (3) jsou tvarovány do písmene L a ve spodní ploše (1) je pak vytvarován prostor (4), jehož velikost odpovídá rozměrům vnitřní části.

3. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že v každé z těchto ploch (1, 2, 3) jsou otvory pro mechanické spojovací prostředky, s výhodou šrouby (5, 6, 7).

4. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1 a 3, vyznačující se tím, že otvory v kratší části levé a pravé plochy (2, 3) odpovídají svou velikostí středním šroubům (6) pro zajištění pouzdra k podkladu, otvory v delší části levé a pravé plochy (2, 3) odpovídají svou velikostí velkým šroubům (5) pro spojení levé a pravé plochy (2, 3) se spodní plochou (1).

5. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1 a 4, vyznačující se tím, že ve tvarovaném prostoru (4) spodní plochy (1) se nachází otvory odpovídající svou velikostí malým šroubům (7).

-3 CZ 31888 U1

6. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že vnitřní část sestává z lišty (8) s vyfrézovanou drážkou (9) pro optické vlákno, které obsahuje s výhodou tři vláknově optické FBG senzory.

7. Pouzdro pro vláknově optické FBG senzory kolejových vozidel podle nároku 1 a 6, vyznačující se tím, že hloubka drážky (9) je 1/3 její výšky.