PL208704B1

PL208704B1 - Sposób pomiaru rozkładu odkształceń w torze bezstykowym, stosowanym zwłaszcza w trakcji kolejowej

Info

Publication number: PL208704B1
Application number: PL380546A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Wilde; Michał Zasada
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2011-05-31
Also published as: PL380546A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru rozkładu odkształceń w torze bezstykowym, stosowanym zwłaszcza w trakcji kolejowej.

Znane są sposoby pomiaru rozkładu odkształceń w torach bezstykowych trakcji kolejowej polegające na tym, że pomiar dokonuje się punktowo za pomocą tensometru lub na krótkich odcinkach wykorzystując ekstensometr. Pomiar ten daje tylko cząstkowy obraz zachowania się torów bezstykowych na krótkich odcinkach.

Znane są sposoby pomiaru rozkładu odkształceń w konstrukcjach wielkogabarytowych takich jak mosty, tunele, nabrzeża polegające na wykorzystaniu własności włókien światłowodowych. Sposoby te polegają na pomiarze przesunięcia częstotliwości Brillouin'a pod wpływem zaburzeń światłowodu (odkształcenie, temperatura). Do badanego elementu konstrukcji wielkogabarytowej przymocowuje się sztywno światłowód pomiarowy. Równolegle do światłowodu pomiarowego umieszcza się światłowód kompensacyjny znajdujący się w osłonie, którą sztywno przymocowuje się do badanego elementu. Do każdego ze światłowodów wpuszcza się wiązkę światła, o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a i mierzy wielkości przesunięcia częstotliwości Brillouin'a. Na podstawie uzyskanych pomiarów ustala się rozkład odkształceń w tych konstrukcjach.

Sposób pomiaru rozkładu odkształceń w torze bezstykowym, stosowanym zwłaszcza w trakcji kolejowej, w oparciu o własności włókien światłowodowych charakteryzuje się według wynalazku tym, że wzdłuż odcinka toru o długości, co najwyżej 120 km przymocowuje się sztywno do jednej z szyn światłowód pomiarowy, oraz na tej samej szynie równolegle do światłowodu pomiarowego przymocowuje się światłowód kompensacyjny znajdujący się swobodnie w osłonie przymocowanej sztywno do szyny. Do światłowodu pomiarowego ze źródła światła wpuszcza się pierwszą wiązkę światła o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a, zaś do światłowodu kompensacyjnego ze źródła światła wpuszcza się drugą wiązkę światła o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a. W układzie pomiarowym mierzy się wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a pierwszej wiązki światła na całej długości światłowodu pomiarowego, oraz mierzy się w układzie pomiarowym wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a drugiej wiązki światła na całej długości światłowodu kompensacyjnego. Z uzyskanych pomiarów rozkład odkształceń w szynie wyznacza się następująco:

€s ^ερ^(Δν Bp) ^{- ε}Ι<(^ΔνΒΙ<)>

gdzie: ε.; - rozkład odkształceń w szynie, ε_ρ - odkształcenie włókna pomiarowego, e_k - odkształcenie włókna kompensacyjnego, Av_Bp - przesuniecie częstotliwości Brillouin'a we włóknie pomiarowym, a Av_Bk - przesuniecie częstotliwości Brillouin'a we włóknie kompensacyjnym.

Wykorzystanie sposobu według wynalazku umożliwia dokonanie pomiaru odkształceń w torze bezstykowym zwłaszcza na długich odcinkach dochodzących nawet do 120 km, co nie było możliwe przy zastosowaniu innych metod. Jednocześnie sposób według wynalazku zapewnia wzrost dokładności pomiaru, a pomiar długiego odcinka torów może być prowadzony z oddalonego punktu. Ponadto można na bieżąco śledzić zmiany zachodzące w torze, dzięki czemu wzrasta bezpieczeństwo eksploatacji torów, a tym samym możliwe jest zwiększenie prędkości pojazdów szynowych.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny torowiska pokazujący miejsce umieszczenia światłowodu pomiarowego i światłowodu kompensacyjnego, fig. 2 schematycznie sposób pomiaru według wynalazku, zaś fig. 3 przedstawia wykres zależności pomiędzy rozkładem odkształceń a długością pomiarową światłowodu.

P r z y k ł a d:

Wzdłuż odcinka toru 5 o długości L = 100 km przykleja się sztywno do jednej z szyn 4 światłowód pomiarowy 1. Na tej samej szynie 4, równolegle do światłowodu pomiarowego 1 przymocowuje się światłowód kompensacyjny 2 znajdujący się swobodnie w osłonie 3 przyklejonej sztywno do szyny

4. Do światłowodu pomiarowego 1 ze źródła światła 6 wpuszcza się pierwszą wiązkę światła 8 o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a, zaś do światłowodu kompensacyjnego 2 ze źródła światła 6 wpuszcza się również drugą wiązkę światła 9 o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a. Jako źródło światła stosuje się laser wbudowany w urządzenie AQ8602 firmy ANDO.

Następnie mierzy się w układzie pomiarowym 7 wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a pierwszej wiązki światła 8 na całej długości L = 100 km światłowodu pomiarowego 1. Mierzy się w układzie pomiarowym 7 wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a drugiej wiązki światła 9 na

PL 208 704 B1 całej długości L = 100 km światłowodu kompensacyjnego 2. Z uzyskanych wyników rozkład odkształceń w szynie 4 wyznacza się następująco:

€s ^ερ^(Δν Bp) ^{- ε}Ι<(^ΔνΒΙ<)>

gdzie: ε,_; - rozkład odkształceń, ε_ρ - odkształcenie włókna pomiarowego, e_k - odkształcenie włókna kompensacyjnego, Av_Bp - przesuniecie częstotliwości Brillouin'a we włóknie pomiarowym, a Av_Bk przesuniecie częstotliwości Brillouin'a we włóknie kompensacyjnym.

Jako układ pomiarowy wykorzystuje się urządzenie pomiarowe Brillouin Domain Reflectometer BOTDR AQ8602 firmy ANDO. Urządzenie to wyświetla rozkład odkształceń na całej długości mierzonego włókna w postaci wykresu zależności e = f(L) gdzie ε - oznacza rozkład odkształceń, a L - długość pomiarowa światłowodu, przedstawionego na fig.3, na której miejsce wystąpienia odkształcenia oznaczono, jako L1. Z analizy wykresu wynika, że odkształcenie w szynie 4 nastąpiło na 50,525 km toru.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób pomiaru rozkładu odkształceń w torze bezstykowym, stosowanym zwłaszcza w trakcji kolejowej, w oparciu o własności włókien światłowodowych, znamienny tym, że wzdłuż odcinku toru (5) o długości, co najwyżej 120 km przymocowuje się sztywno do jednej z szyn (4) światłowód pomiarowy (1), oraz na tej samej szynie (4) równolegle do światłowodu pomiarowego (1) przymocowuje się światłowód kompensacyjny (2) znajdujący się swobodnie w osłonie (3) przymocowanej sztywno do szyny (4), po czym do światłowodu pomiarowego (1) ze źródła światła (6) wpuszcza się pierwszą wiązkę światła (8) o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a, zaś do światłowodu kompensacyjnego (2) ze źródła światła (6) wpuszcza się drugą wiązkę światła (9) o mocy progowej dla rozproszenia Brillouin'a, po czym mierzy się w układzie pomiarowym (7) wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a pierwszej wiązki światła (8) na całej długości (L) światłowodu pomiarowego, oraz mierzy się w układzie pomiarowym (7) wielkość przesunięcia częstotliwości Brillouin'a drugiej wiązki światła (9) na całej długości (L) światłowodu kompensacyjnego (2), zaś rozkład odkształceń w szynie kolejowej wyznacza się następująco:

€s Μ^Δν Bp) ^- £k^^vBk)>

gdzie: ε,_; - rozkład odkształceń w szynie, ε_p - odkształcenie włókna pomiarowego, e_k - odkształcenie włókna kompensacyjnego, Av_Bp - przesunięcie częstotliwości Brillouin'a we włóknie pomiarowym, a Av_Bk - przesunięcie częstotliwości Brillouin'a we włóknie kompensacyjnym.