CN105109516A - 具有温度测量功能的光纤光栅道岔密贴监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有温度测量功能的道岔密贴监测装置，包括密贴传感器和固定器，固定器用于将密贴传感器固定在道岔的基本轨的内侧轨腰，密贴传感器包括上盖、弹簧、底盖、简支梁及至少一光纤光栅，尖轨移动时，推动上盖与底盖相对滑动，使弹簧压缩，其恢复力作用在简支梁上，简支梁发生弯曲，粘贴在其上的光纤光栅随之弯曲被拉伸，光纤光栅的中心波长发生变化，通过中心波长的变化，可以反推出道岔尖轨的密贴度。本发明能简单、精确、耐蚀、可靠地来监测铁路道岔密贴状态，不受环境影响，同时还具有温度测量功能。

Description

具有温度测量功能的光纤光栅道岔密贴监测装置

技术领域

本发明涉及铁路道岔安全监测技术领域和光纤光栅传感技术领域，具体为一种光纤光栅铁路道岔密贴监测装置，并且能同时实现道岔温度的测量。

背景技术

我国铁路运输繁忙，道岔转换频繁，而且道岔是线路的咽喉部位，其机械强度又远不如正线区段，机械状态容易发生变化。道岔又是电务和工务部门检修工作的一个交界口，是一个薄弱环节。如果道岔不密贴，将直接影响列车行车安全。

随着列车速度的提高，对道岔夹异物的检查也越来越严格。秦沈客运专线一次铺设无缝线路关键技术的研究——《道岔夹异物动力标准的研究》报告提出，在60kg/m钢轨30号提速道岔上，车速为160km/h时夹异物动力标准为5mm，车速为200km/h时夹异物动力标准为4mm、车速为250km/h及300km/h时夹异物动力标准为3mm。铁工务函[1996]313号文《60kg/m钢轨提速道岔及转换设备铺安装维护及验收技术条件》要求两牵引点之间有5mm以上间隙时，道岔不锁闭或不接通。根据此标准，既有道岔原有结构很难保证此指标，必须增加密贴监测设备，监测道岔状态。

当前国内采用的道岔密贴状态监测装置大多数结构复杂，采用大量电子线路，并以开关量监测居多，不能给出密贴过程的距离值。这是因为模拟量电信号传感器的零点漂移严重，无法进行长期监测。这样的密贴状态监测装置无论从产品成本、安全性能、监测准确性和可靠性等方面来看，都无法满足发展越来越迅速的铁路运输安全监测要求。应用先进的光纤传感技术监测道岔密贴状态为铁路道岔安全运行监控提供了一个新的技术手段。

随着无缝道岔的发展，温度应力对道岔的几何平顺性的影响越来越重要，再考虑到铁路道岔融雪***的需要，温度已成为道岔越来越重要的参数之一，所以如何实现道岔密贴度与温度的测量，意义重大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种简单、精确、耐蚀、可靠、不受环境影响的兼顾温度测量的铁路道岔密贴状态监测装置。

(二)技术方案

本发明提供一种道岔密贴监测装置，包括密贴传感器和固定器，固定器用于将密贴传感器固定在道岔的基本轨的内侧轨腰，密贴传感器包括上盖、弹簧、底盖、简支梁及至少一光纤光栅，其中：

上盖与底盖相扣合以构成一腔体，且上盖与底盖可沿同轴方向相对滑动，简支梁置于腔体中，其两端固定在底盖上，光纤光栅粘贴在简支梁的表面，弹簧一端与上盖固定连接，另一端与简支梁固定连接。

(三)有益效果

本发明提供的道岔密贴监测装置具有以下优点：

1、本发明采用光纤传感，简化了密贴监测装置的结构与工艺，体积小、结构简单，当尖轨与基本轨密贴时，该密贴传感器能隐藏于基本轨轨腰，不影响轨道结构与行车安全。

2、本发明采用固定夹具安装于道岔的基本轨内侧，安装方便，且避免了在轨道上进行钻孔或焊接等对钢轨破坏的作业，不影响轨道的结构。

3、本发明采用光纤传感技术，不受铁路网电磁场干扰，可靠性高。

4、本发明突破了电传感的开关式测量，能测量出尖轨与基本轨密贴距离的具体数值。

5、本发明监测道岔密贴状态的同时，还可以测量其温度，为道岔的温度应力、融雪监测等提供指导与参考。

附图说明

图1为本发明实施例提供的道岔密贴监测装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的光纤光栅固定的位置图。

图3是本发明实施例提供的道岔密贴监测装置的安装示意图。

具体实施方式

本发明提供一种道岔密贴监测装置，用于检测道岔的基本轨与尖轨的密贴程度，道岔密贴监测装置包括密贴传感器和固定器，固定器用于将密贴传感器固定在道岔的基本轨的内侧轨腰，密贴传感器包括上盖、弹簧、底盖、简支梁及至少一光纤光栅，尖轨移动时，推动上盖与底盖相对滑动，使弹簧压缩，其恢复力作用在简支梁上，简支梁发生弯曲，粘贴在其上的光纤光栅随之弯曲被拉伸，光纤光栅的中心波长发生变化，通过中心波长的变化，可以反推出道岔尖轨的密贴度。

根据本发明的一种实施方式，上盖与底盖相扣合以构成一腔体，且上盖与底盖可沿同轴方向相对滑动，简支梁置于腔体中，其两端固定在底盖上，光纤光栅粘贴在简支梁的表面，弹簧一端与上盖固定连接，另一端与简支梁固定连接。

根据本发明的一种实施方式，道岔密贴监测装置具有两个光纤光栅，两个光纤光栅具有不同的中心波长、温度灵敏度系数和应变灵敏度系数。两个光纤光栅分别测量在相同温度ΔT和应变条件Δε下的波长漂移Δλ₁和Δλ₂，根据如下矩阵方程及预先测定的光纤光栅的温度灵敏度系数K_T1、K_T2和应变灵敏度系数K_ε1、K_ε2，

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\λ}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{K}_{T1}& K_{\mathrm{\ϵ}1}\\ K_{T2}& K_{\mathrm{\ϵ}2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}T\\ \mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}\end{array}\right]$

可知当时，可求出ΔT和Δε，实现测量密贴度时，兼顾温度的测量。

根据本发明的一种实施方式，上盖具有一带螺纹的螺栓孔，底盖具有螺栓限位孔，限位螺栓通过螺栓孔***螺栓限位孔，以使上盖和底盖相互连接。

根据本发明的一种实施方式，固定器包括固定夹、固定夹紧固螺栓、固定杆和固定杆固定螺栓，其中，基本轨固定夹通过所述固定夹螺栓固定在基本轨底部，固定杆通过固定杆固定螺栓固定在基本轨固定夹上，密贴传感器通过所述固定杆固定于道岔的基本轨内侧轨腰。

根据本发明的一种实施方式，弹簧为异性弹簧，其两端大小不同，其中大端与上盖固定连接，小端与简支梁固定连接。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明实施例提供的道岔密贴监测装置的结构示意图，如图1所示，道岔包括基本轨12和尖轨，道岔密贴监测装置包括密贴传感器和固定器，固定器用于将密贴传感器固定在道岔的基本轨12的内侧轨腰，密贴传感器包括上盖1、异性弹簧2、底盖3、简支梁4及两个光纤光栅5，其中：

上盖1与底盖3相扣合以构成一腔体，且上盖1与底盖3可沿同轴方向相对滑动，简支梁4置于腔体中，其两端固定在底盖3上，两个光纤光栅5粘贴在简支梁4的表面，异性弹簧2的大端与上盖1固定连接，小端与简支梁4固定连接；上盖1具有一带螺纹的螺栓孔6，底盖3具有螺栓限位孔7，限位螺栓通过所述螺栓孔6***螺栓限位孔7，以使上盖1和底盖3相互连接。

图2是本发明实施例提供的光纤光栅固定的位置图，如图2所示，两个光纤光栅5平行地粘贴在简支梁4上，两个光纤光栅5具有不同的中心波长、温度灵敏度系数和应变灵敏度系数。

图3是本发明实施例提供的道岔密贴监测装置的安装示意图，如图3所示，固定器包括固定夹8、固定夹紧固螺栓9、固定杆11和固定杆固定螺栓10，其中，固定夹8通过所述固定夹螺栓9固定在基本轨12底部，固定杆11通过所述固定杆固定螺栓10固定在固定夹8上，密贴传感器通过固定杆11固定于道岔的基本轨12内侧轨腰。

本实施例提供的道岔密贴检测装置，通过调节固定杆11，使密贴传感器的上盖1伸出基本轨12外侧适当的长度(如5mm)，当尖轨密贴基本轨12时，尖轨与上盖1接触，并推动上盖1与底盖3相对滑动，异形弹簧2压缩，其恢复力作用在简支梁4上，简支梁4发生弯曲，粘贴在其上的光纤光栅5随之弯曲被拉伸，光纤光栅5的中心波长发生变化，通过中心波长的变化，可以反推出道岔尖轨的密贴度；同时，两个光纤光栅具有不同的中心波长、温度灵敏度系数和应变灵敏度系数。两个光纤光栅分别测量在相同温度ΔT和应变条件Δε下的波长漂移Δλ₁和Δλ₂，根据如下矩阵方程及预先测定的光纤光栅的温度灵敏度系数K_T1、K_T2和应变灵敏度系数K_ε1、K_ε2，

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\λ}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{K}_{T1}& K_{\mathrm{\ϵ}1}\\ K_{T2}& K_{\mathrm{\ϵ}2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}T\\ \mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}\end{array}\right]$

可知当时，可求出ΔT和Δε，实现测量密贴度时，兼顾温度的测量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种道岔密贴监测装置，用于检测道岔的基本轨(12)与尖轨的密贴程度，其特征在于，所述装置包括密贴传感器和固定器，所述固定器用于将所述密贴传感器固定在所述基本轨(12)的内侧轨腰，所述密贴传感器包括上盖(1)、弹簧(2)、底盖(3)、简支梁(4)及至少一光纤光栅(5)，其中：

所述上盖(1)与底盖(3)相扣合以构成一腔体，且所述上盖(1)与底盖(3)可沿同轴方向相对滑动，所述简支梁(4)置于所述腔体中，其两端固定在所述底盖(3)上，所述光纤光栅(5)粘贴在所述简支梁(4)的表面，所述弹簧(2)一端与所述上盖(1)固定连接，另一端与所述简支梁(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的道岔密贴监测装置，其特征在于，所述光纤光栅(5)为两个，所述两个光纤光栅(5)具有不同的中心波长、温度灵敏度系数和应变灵敏度系数。

3.根据权利要求1所述的道岔密贴监测装置，其特征在于，所述上盖(1)具有一带螺纹的螺栓孔(6)，所述底盖(3)具有螺栓限位孔(7)，限位螺栓通过所述螺栓孔(6)***螺栓限位孔(7)，以使所述上盖(1)和底盖(3)相互连接。

4.根据权利要求1所述的道岔密贴监测装置，其特征在于，所述固定器包括固定夹(8)、固定夹紧固螺栓(9)、固定杆(11)和固定杆固定螺栓(10)，其中，所述固定夹(8)通过所述固定夹螺栓(9)固定在所述基本轨(12)底部，所述固定杆(11)通过所述固定杆固定螺栓(10)固定在所述固定夹(8)上，所述密贴传感器通过所述固定杆(11)固定于基本轨(12)内侧轨腰。

5.根据权利要求1所述的道岔密贴监测装置，其特征在于，所述弹簧(2)为异性弹簧，其两端大小不同，其中大端与所述上盖(1)固定连接，小端与所述简支梁(4)固定连接。