NL9201667A - Stelsel voor het detecteren van treinen. - Google Patents

Description

Stelsel voor het detecteren van treinen

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het detecteren van treinen, omvattende ten minste een lichtgolfgeleider, ten minste een lichtbron en ten minste een lichtdetector alsmede met spoorstaven gekoppelde, op de aanwezigheid van een trein reagerende en de stralengang in de ten minste ene lichtgolfgeleider beïnvloedende opnemers. Een dergelijk stelsel is uit de praktijk bekend.

Voor het detecteren van de aanwezigheid van een trein op een bepaald spoortraject zijn in het verleden elektromagnetische detectiemid-delen toegepast. Zo werd bijvoorbeeld de kortsluiting tussen spoorstaven, die door wielen en assen van treinstellen wordt veroorzaakt, gedetecteerd en gebruikt om bijvoorbeeld een spoorwegovergang automatisch te bedienen. Het nadeel van dergelijke elektrotechnische middelen is echter dat dergelijke kortsluitingen ook door andere oorzaken kunnen optreden, bijvoorbeeld bij regenval of het strooien van pekel. Bovendien kunnen de toegepaste elektromagnetische relais op nadelige wijze worden beïnvloed door de elektrische en magnetische velden, die in de treinen zelf worden opgewekt.

Optische treindetectiemiddelen hebben het voordeel, dat hun werking niet of nauwelijks door weersomstandigheden of elektromagnetische stoor-velden wordt beïnvloed. Derhalve zijn reeds optische detectiestelsels voorgesteld, waarbij een lichtgolfgeleider langs een spoorstaaf is aangebracht en geschikte opnemers de lichtoverdracht beïnvloeden in afhankelijkheid van de aanwezigheid van een trein. Zo zijn bijvoorbeeld optische buigingsdetectoren bekend, die de doorbuiging van een spoorstaaf tussen twee dwarsliggers bij het passeren van een trein detecteren. De gevoeligheid van dergelijke buigingsdetectoren is in het algemeen echter niet bevredigend. Ook is voorgesteld tussen spoorstaaf en dwarsligger, of in het railbed, drukdetectoren aan te brengen. In een dergelijke drukdetec-tor wordt de lichtgolfgeleider onder invloed van een treinwiel in zekere mate samengedrukt, waardoor bijvoorbeeld een gedeelte van het overgedragen licht uit de lichtgolfgeleider in een andere lichtgolfgeleider wordt gekoppeld. Dit in de andere lichtgolfgeleider gekoppelde licht wordt gebruikt om de aanwezigheid van druk en derhalve van een trein te detecteren. Een dergelijke drukdetector heeft echter het nadeel, dat de lichtgolfgeleider zelf herhaaldelijk tamelijk sterk wordt vervormd, waardoor met name de coating van de lichtgolfgeleider kan beschadigen. De levens- duur van de lichtgolfgeleider, zoals een glasvezel, is in dergelijke bekende drukopnemers derhalve relatief kort. Bovendien is een aanvullende lichtgolfgeleider nodig om het uitgekoppelde licht naar detectieapparatuur over te dragen.

De uitvinding beoogt derhalve een stelsel voor het detecteren van treinen te verschaffen, waarin de lichtgolfgeleider niet wordt blootgesteld aan ernstige, de levensduur beïnvloedende, vervormingen en waarin in principe met een enkele lichtgolfgeleider de aanwezigheid van een trein kan worden gedetecteerd. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door het stelsel van de in de aanhef genoemde soort zodanig uit te voeren, dat de opnemers zijn ingericht voor het in afhankelijkheid van de verplaatsing van de spoorstaaf ten opzichte van diens ondergrond zodanig verbuigen van de ten minste ene lichtgolfgeleider, dat de demping van de lichtgolfgeleider plaatselijk wordt beïnvloed.

In het stelsel volgens de uitvinding zijn derhalve de opnemers zelf niet blootgesteld aan de druk van een passerende trein, maar meten zij de verplaatsing van de spoorstaaf ten opzichte van diens ondergrond ten gevolge van de druk. Hierdoor wordt de levensduur van de opnemer en met name van de lichtgolfgeleider sterk verlengd. Doordat de opnemers zijn ingericht voor het plaatselijk beïnvloeden van de demping van de lichtgolfgeleider kan een aanwezigheid- en plaatsdetectie op eenvoudige wijze worden uitgevoerd zonder de noodzaak een aanvullende lichtgolfgeleider te verschaffen voor het wegleiden van uitgekoppeld licht. In het stelsel volgens de uitvinding hoeven de lichtgolfgeleiders in de opnemers niet te worden onderbroken, zodat per opnemer een relatief kleine demping optreedt, hetgeen een relatief groot aantal opnemers per lichtgolfgeleider mogelijk maakt. Ook worden op deze wijze condensatieproblemen op onder-brekingsvlakken voorkomen, terwijl het aanbrengen van lichtgolfgeleider-koppelingen of het uitrichten van geleiders ter plaatse van de opnemers achterwege kan blijven, hetgeen de montage aanzienlijk vereenvoudigt.

Opgemerkt wordt dat met de ondergrond van de spoorstaaf met name de dwarsligger of de op een dwarsligger aangebrachte rughellingplaat of mon-tageplaat wordt bedoeld. Teneinde een verplaatsing van de spoorstaaf ten opzichte van diens ondergrond te kunnen meten, moet de spoorstaaf in zekere mate verend zijn ondersteund, bijvoorbeeld door het onder de spoorstaaf aanbrengen van een beddingplaat van bijvoorbeeld kunststof, rubber, kurk of hout. Aangezien de te detecteren verplaatsing in het algemeen klein is, bijvoorbeeld in de orde van grootte van enkele honderden micrometers, is slechts een zeer geringe mate van veerkrachtigheid vereist.

Een eerste uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding is zodanig uitgevoerd, dat de opnemers zijn ingericht voor het als reactie op de aanwezigheid van een trein plaatselijk doen toenemen van de demping dat wil zeggen de demping van de ten minste ene lichtgolfgeleider. In deze uitvoeringsvorm wordt in afwezigheid van een trein een minimale demping en derhalve een maximale lichttransmissie verschaft.

Volgens een tweede uitvoeringsvorm is het stelsel volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat de opnemers zijn ingericht voor het als reactie op de aanwezigheid van een trein plaatselijk doen afnemen van de demping. Hierdoor wordt bereikt dat de overgedragen hoeveelheid licht, bij aanwezigheid van een trein toeneemt. Deze uitvoeringsvorm heeft het voordeel, dat een door externe omstandigheden veroorzaakte onbedoelde afname van de lichtoverdracht niet met de aanwezigheid van een trein kan worden verward.

Bij voorkeur is het stelsel volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat de opnemers in wezen tegen de zijkant van de spoorstaven zijn aangebracht. Hierdoor is het mogelijk een goed, nauw contact tussen opnemers en spoorstaven tot stand te brengen, waardoor de kleine relatieve verplaatsing van de spoorstaven kan worden gedetecteerd. Bij voorkeur rust het lichaam van de opnemer hierbij in de ziel van de spoorstaaf, waardoor de positie van dit lichaam ten opzichte van de spoorstaaf goed wordt gedefinieerd. Het tegen de zijkanten van de spoorstaven monteren van de opnemers biedt het verdere voordeel, dat tijdens vele vormen van baanonderhoud de opnemers gefixeerd kunnen blijven.

Bij voorkeur is het stelsel volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat de opnemers zijn voorzien van een opneemarm, waarvan een uiteinde op een met de ondergrond van de spoorstaaf verbonden oplegvlak rust. Het oplegvlak kan gevormd worden door de bovenzijde van de dwarsligger, maar wordt bij voorkeur gevormd door een op de dwarsligger aangebracht oplegplaatje. De opnemer is hierbij in nauw contact met de spoorstaaf aangebracht. Hierdoor is het mogelijk de relatieve beweging van de spoorstaaf ten opzichte van de ondergrond van de spoorstaaf nauwkeurig te bepalen.

In een andere uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding zijn de opnemers voorzien van een opneemarm, waarvan een uiteinde vrij is. In dit geval registreert de opneemarm niet de relatieve verplaatsing van de spoorstaaf ten opzichte van diens ondergrond, maar door de rijdende trein opgewekte trillingen in de spoorstaaf, zodat de aanwezigheid van een rijdende trein kan worden gedetecteerd. Indien dergelijke opnemers worden gecombineerd met opnemers, die de relatieve verplaatsing van de spoorstaaf registreren, is een aanvullende en derhalve betrouwbaarder treindetectie mogelijk.

In principe kan in het stelsel volgens de uitvinding worden volstaan met een enkele lichtgolfgeleider, die met een aantal opnemers is gekoppeld. Het kan echter voordelig zijn het stelsel zodanig uit te voeren, dat hierin meerdere afzonderlijke, op alternerende opnemers aangesloten, lichtgolfgeleiders zijn toegepast. Het toepassen van twee of meer lichtgolfgeleiders biedt het voordeel, dat de door de opnemers in een bepaald traject veroorzaakte demping over de lichtgolfgeleiders wordt verspreid, zodat binnen de grenzen van de maximaal toegestane demping een groter aantal opnemers in een traject kan worden opgenomen. Zo kan met een relatief lage instrumentele resolutie een hoge plaatsresolutie in het traject worden verkregen. Bovendien wordt een vorm van redundantie verschaft, die de betrouwbaarheid van het stelsel vergroot. Onder de term "alternerend" wordt hier niet alleen verstaan dat de opnemers om en om met bijvoorbeeld twee lichtgolfgeleiders zijn gekoppeld, maar bijvoorbeeld ook dat deze opnemers in een andere, al dan niet repeterende volgorde met de lichtgolfgeleiders kunnen zijn gekoppeld.

Het stelsel volgens de uitvinding kan zodanig zijn uitgevoerd, dat het is ingericht voor het bepalen van de demping in de ten minste ene lichtgolfgeleider aan de hand van het door de lichtgolfgeleider overgedragen licht. Dat wil zeggen, dat de lichtbron aan één zijde van de lichtgolfgeleider licht in deze geleider koppelt, en dat de lichtdetector aan het andere uiteinde het overgedragen licht detecteert, of dat een uiteinde van de lichtgolfgeleider is voorzien van een reflector, waarbij de lichtbron en de lichtdetector aan hetzelfde einde van de lichtgolfgeleider zijn aangebracht. Het bij een dergelijke transmissiedetectie gebruikte licht kan zowel continu als gepulseerd zijn. Met een dergelijke transmissiedetectie is het mogelijk de aanwezigheid van een trein in het traject, waarlangs de lichtgolfgeleider zich uitstrekt, te detecteren.

Een verdere plaatsbepaling binnen dit traject is met een transmissiedetectie niet mogelijk.

Een verdere uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding is zodanig uitgevoerd, dat voor het meten van modusruis een lichtgolfgeleider in nauw contact met de spoorstaven is aangebracht. Modusruis ("modal noise") kan met voordeel voor het detecteren van treinen worden gebruikt. Door de aanwezigheid van een rijdende trein wordt, door trilling van de spoorstaven, het. ruissignaal in de lichtoverdracht van een dergelijke, in nauw contact met de spoorstaven aangebrachte lichtgolfgeleider aanzienlijk vergroot. Indien geen nauwkeurige plaatsdetectie, maar slechts aanwezigheidsdetectie in een bepaald traject gewenst is, is het mogelijk slechts een enkele lichtgolfgeleider, namelijk die voor het meten van modusruis, langs de spoorstaven aan te brengen. Bij voorkeur wordt een lichtgolfgeleider voor het meten van modusruis echter gecombineerd met één of meer, met opnemers gekoppelde lichtgolfgeleiders, waarbij de lichtgolfgeleiders met voordeel in een gemeenschappelijk omhulsel zijn aangebracht. Hierbij kan met behulp van de modusruis de aanwezigheid van een trein in een bepaald traject worden gedetecteerd, en tegelijkertijd of eventueel als reactie daarop aan de hand van de opnemers de precieze locatie binnen dat traject kan worden vastgesteld. Ook kan een lichtgolfgeleider van een traject met behulp van reflectoren in deeltra-jecten worden opgedeeld, waardoor een globale plaatsdetectie mogelijk wordt.

In het bovenstaande is met de term "opnemer" in de eerste plaats een puntopnemer bedoeld, die voor plaatsdetectie kan worden gebruikt. Een puntopnemer beïnvloedt de demping op een bepaald punt. Een langs één of meer spoorstaven aangebrachte lichtgolfgeleider voor aanwezigheidsdetectie door middel van modusruis- of transmissiemetingen vormt echter ook een opnemer, in het navolgende trajectopnemer genoemd.

Het is mogelijk een traject- en één of meer puntopnemers te combineren, bijvoorbeeld door een lichtgolfgeleider voor modusruisdetectie met behulp van zwak reflecterende reflectoren in delen op te splitsen, waardoor met behulp van terugverstrooiingsdetectie een globale plaatsindica-tie mogelijk wordt gemaakt. Ook kan. een lichtgolfgeleider worden aangebracht in een nauw tegen de spoorstaven bevestigde buis, waarin de lichtgolfgeleider door middel van doorboorde tussenschotten wordt opgehangen. Met behulp van gewichten, die tussen de tussenschotten aan de lichtgolfgeleider zijn bevestigd, wordt de detectie van modusruis versterkt, terwijl een juiste keuze van de gewichten de mogelijkheid biedt als reactie op de aanwezigheid van een trein de demping van de lichtgolfgeleider plaatselijk te beïnvloeden, waardoor de gewichten tevens puntopnemers vormen en een vorm van plaatsdetectie mogelijk wordt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding is derhalve zodanig uitgevoerd, dat het is ingericht voor het bepalen van de plaatselijke demping in de tenminste ene lichtgolfgeleider door het uitzenden van lichtpulsen en het detecteren van terugverstrooide licht-pulsen. Door het meten van terugverstrooid licht ("Rayleigh backscatter") wordt een detectiesignaal verkregen, dat het dempingsverloop binnen de lichtgolfgeleider representeert. De tijd die verstrijkt tussen het uitzenden van een lichtpuls en het detecteren van de terugverstrooide licht- puls is evenredig met de afstand van het terugverstrooiingspunt tot de lichtbron en -detector. Op deze wijze kan aan de hand van een tijdmeting in het gedetecteerde signaal een nauwkeurige indicatie worden verkregen van de plaats waar bijvoorbeeld een geactiveerde opnemer een vergrote demping veroorzaakt. Door de duur en de intervallen van de lichtpulsen geschikt te kiezen kan de totale benodigde hoeveelheid lichtenergie zodanig worden gekozen, dat een gunstige signaal-ruisverhouding en een goede detectiebetrouwbaarheid ontstaat. Bij voorkeur is het stelsel volgens de uitvinding verder voorzien van middelen voor het representeren van de demping als functie van de afstand langs de ten minste ene lichtgolfgeleider. Aan de hand van een aldus verkregen representatie, die bij voorkeur met geschikte elektronische middelen wordt verkregen en met voordeel met behulp van een weergeefeenheid kan worden afgeheeld, kan eenvoudig worden bepaald, welke opnemers ten gevolge van de aanwezigheid van een trein een vergrote (of verkleinde) demping bezitten. Bovendien is aan de hand van de dempingskarakteristiek van het traject als geheel een kwaliteitscontrole van het stelsel mogelijk. Een verandering in deze visueel weergegeven dempingskarakteristiek ten gevolge van externe omstandigheden (bijvoorbeeld beschadiging door sabotage of veroudering) kan eenvoudig worden gedetecteerd. Eventueel kan op elektronische wijze, bijvoorbeeld met behulp van een bemonster- en houdschakeling, de demping per opnemer afzonderlijk worden weergegeven.

Met voordeel kan het stelsel volgens de uitvinding zodanig zijn uitgevoerd dat de meerdere lichtgolfgeleiders aan een uiteinde zijn gekoppeld met een verdere, met de detector gekoppelde lichtgolfgeleider. Hierbij wordt in wezen de aanwezigheidsdetectie door middel van een transmissiemeting bepaald, waarvoor de lichtgolfgeleiders via een verdere lichtgolfgeleider met de detector zijn verbonden. De plaatsdetectie vindt door middel van de opnemers en de, in een tweede detector uitgevoerde detectie van terugverstrooide lichtpulsen plaats. Voor de plaats- en aanwezigheidsdetectie kan in principe dezelfde lichtbron worden gebruikt, maar kunnen ook twee afzonderlijke lichtbronnen worden toegepast. Bij voorkeur wordt in dit laatste geval voor de plaatsdetectie en de aanwe-, zigheidsdetectie licht met verschillende golflengten gebruikt.

Bij voorkeur zijn meerdere opnemers met een enkele lichtgolfgeleider gekoppeld. Voor het op eenvoudige wijze herkennen van treinen kan het van voordeel zijn, een opnemer op een afzonderlijke, individuele lichtgolfgeleider aan te sluiten, of kan uit het dempingsverloop van een traject de dempingsbijdrage van een enkele opnemer worden geïsoleerd, bijvoorbeeld door toepassing van een bemonster- en houdschakeling. Aan de hand van de wisselende demping, van een individuele opnemer, die door de wisselende afdruk van een passerende trein ontstaat, is het mogelijk een signatuur van een afzonderlijke trein te bepalen. Aan de hand van deze signatuur (dempingssignatuur) kan een individuele trein in een spoorwegnet worden geïdentificeerd en gevolgd.

Ook kan door toepassing van het stelsel in principe de totale massa van een passerende trein worden bepaald (gepasseerd tonnage). Indien nodig kunnen zowel aan de linker- als aan de rechterzijde van het spoor opnemers worden aangebracht. Het is op deze wijze in principe ook mogelijk wisselende krachten, bijvoorbeeld als gevolg van onregelmatigheden in de wielen, te meten (quality of rolling stock). Met een gebruikelijk stelsel, voorzien van discrete assentellers, is een dergelijke meting niet mogelijk. Met het stelsel volgens de onderhavige uitvinding is het uiteraard wel mogelijk aan de hand van de bepaalde, analoge signatuur het aantal assen te tellen.

Een opnemer voor toepassing in een stelsel volgens de uitvinding is bij voorkeur voorzien van een opneemarm, welke opneemarm gekoppeld is met een as, waarbij de as is ingericht voor het in afhankelijkheid van verplaatsingen van de opneemarm verbuigen van een door de opnemer gevoerde lichtgolfgeleider. Met voordeel is een dergelijke opnemer voorzien van bevestigingsmiddelen voor het bevestigen aan de spoorstaaf.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot treinen, maar evenzeer toepassing kan vinden in bijvoorbeeld tram- en metronetten, of in railverbindingen in bijvoorbeeld mijnen en fabrieken.

De uitvinding zal in het onderstaande aan de hand van de tekeningen nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont in dwarsdoorsnede een opnemer volgens de uitvinding, aangebracht tegen een spoorstaaf.

Figuur 2 toont schematisch in zij-aanzicht een deel van het inwendige van de opnemer van figuur 1.

Figuur 3 toont in perspectief een deel van een spoortraject, voorzien van het stelsel volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont schematisch een eerste uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding.

Figuur 5 toont een grafiek van dempingsverloop in een lichtgolfge-leider als functie van de plaats.

Figuur 6 toont grafieken van het detectiesignaal bij transmissie-metingen.

Figuur 7 toont schematisch een stelsel volgens de uitvinding, ingericht voor het detecteren van modusruis.

Figuur 8 toont in een grafiek het uitgangssignaal van het stelsel van figuur 7·

Figuur 9 toont een treinsignatuur, verkregen met behulp van een enkele puntopnemer.

Figuur 1 toont in dwarsdoorsnede een spoorstaaf 2, die met tussen-plaatsing van een beddingsplaatje 3 op een dwarsligger 4 is aangebracht en met behulp van bevestigingsmiddelen (niet getoond) aan de dwarsligger 4 bevestigd. Een eveneens in doorsnede weergegeven opnemer 1 is tegen de spoorstaaf 2 aangebracht. De opnemer 1 heeft een afgeronde top 101, die zodanig is gevormd, dat deze nauw past in de ziel 201 van de spoorstaaf 2, zodat een goed contact tussen de spoorstaaf 2 en de opnemer 1 wordt verkregen.

De opnemer 1 omvat een opneemarm of meetstift 102, waarvan één uiteinde is voorzien van een kogel 103· De kogel 103 rust op een oplegplaatje 401, dat op het bovenvlak van de dwarsligger 4 is bevestigd. Eventueel kan het oplegplaatje 401 worden weggelaten, zodat de kogel 103 direct op de bovenzijde van de dwarsligger 4 rust. Voor het instellen van de afstand tussen de meetstift 102 en de kogel 103 is het middendeel van de meetstift 102 uitgevoerd als een instelschroef 111. Een borgschroef 112 is verschaft voor het in de ingestelde positie vastzetten van de schroef 111.

De meetstift 102 is vast verbonden met een pen 104. Deze pen 104 is opgenomen in een deel 105, dat door middel van een smalle verbinding 106 scharnierend met het lichaam 100 van de opnemer 1 is verbonden. De pen 104 ligt met een nauwe passing in een schacht 107, die in het lichaam 100 van de opnemer 1 is aangebracht. De pen 104 is verder voorzien van een versmalling 108 teneinde excessieve verplaatsingen van de meetstift 102 op te vangen.

Onder de opnemer 1 is een beveiligingspen 110 aangebracht die dient om op de opnemer 1 uitgeoefende externe krachten op te vangen. Hierdoor wordt een foutieve detectie, bijvoorbeeld wanneer iemand op de opnemer stapt, voorkomen. De beveiligingspen 110 is met behulp van schroefdraad in het lichaam 100 van de opnemer 1 aangebracht.

Indien een wiel van een trein zich in de nabijheid van de opnemer 1 over de spoorstaaf 2 begeeft, zal deze spoorstaaf druk uitoefenen op het beddingsplaatje 3 en dit in zekere mate samendrukken. Hierdoor ontstaat een relatieve beweging van de spoorstaaf 2 ten opzichte van de dwarsligger 4 en derhalve ook ten opzichte van het oplegplaatje 401. De kogel 103 van de meetstift 102, die vrij op het oplegplaatje 401 rust, zal hierdoor bewegen ten opzichte van het lichaam 100 van de opnemer 1, aangezien dit lichaam 100 met behulp van een arm 114 en een beugel 115 vast met de spoorstaaf 2 is verbonden. De verplaatsing wordt door de pen 104, die met behulp van de scharnierelementen 105 en 106 ten opzichte van het lichaam 100 scharniert, overgebracht op de lichtgolfgeleider 8, die door de kop 101 van de opnemer 1 is gevoerd. Zoals in figuur 2 in meer detail is getoond, ontstaat hierdoor een buiging van de lichtgolfgeleider 8, waardoor de demping van de lichtgolfgeleider 8 plaatselijk wordt beïnvloed.

In figuur 2 is het principe van de opnemer 1 in meer detail weergegeven. Figuur 2a toont de lichtgolfgeleider 8, die door de opnemer 1 loopt en bij voorkeur door een glasvezel wordt gevormd, maar ook een ander type lichtgolfgeleider, bijvoorbeeld een kunststofvezel, kan omvatten. De lichtgolfgeleider is bij voorkeur van een geschikte mantellaag (coating) voorzien. De glasvezel 8 wordt zodanig ondersteund door een drager 117 dat de glasvezel een lichte kromming vertoont. De pen 104 raakt de glasvezel 8 aan de bovenzijde van deze kromming. Door de beweging van de spoorstaaf 2 ten opzichte van de dwarsligger k, welke beweging door de meetstift 102 en de pen 104 wordt overgebracht, wordt het uiteinde van de pen 104 tegen de glasvezel 8 gedrukt. Hierdoor ontstaat in de glasvezel een aanvullende buiging, zoals in figuur 2b is weergegeven. Doordat in de glasvezel 8 nu meerdere bochten ontstaan treden er verliezen op, die zich voordoen als een vergrote plaatselijke demping. Door toepassing van dit zogenaamde "micro-bending" is het mogelijk een goed detecteerbare plaatselijke dempingsverandering te verkrijgen zonder de glasvezel te beschadigen. De drager 117 is voorzien van een daartoe aangebrachte groef (niet getoond) voor het opnemen van de glasvezel bij grote uitwijkingen van de pen 104. Hierdoor wordt beschadiging van de glasvezel bij zware belastingen van de opnemer 1 voorkomen. Een excentrisch wiel 116, dat op het uiteinde van de pen 104 is aangebracht, dient eveneens voor het beperken van de beweging van de pen 104 ten opzichte van de glasvezel 8.

Het is uiteraard mogelijk de opnemer 1 zodanig uit te voeren, dat de situatie van figuur 2b in onbelaste toestand optreedt, en in belaste toestand de situatie van figuur 2a zich voordoet, dat wil zeggen dat in aanwezigheid van een trein de door de opnemer 1 veroorzaakte demping wordt verlaagd. In beide gevallen vormt de opnemer 1 een puntopnemer oftewel mechanisch interactiepunt ("MIP"), dat wil zeggen een opnemer die door middel van een plaatselijke dempingsverandering een plaatsdetectie mogelijk maakt.

Het in figuur 3 in perspectief weergegeven deel van een spoortraject omvat spoorstaven 2 en dwarsliggers 4. Aan de zijkant van één van de spoorstaven 2, bij voorkeur aan de buitenzijde en in de ziel van de spoorstaaf, is een lichtgolfgeleider 8 aangebracht. Deze lichtgolfgeleider 8 kan bijvoorbeeld bestaan uit een enkele glasvezel of een bundel glasvezels of kunststofvezels, voorzien van een geschikte omhulling. Met behulp van klemmen 5 is de lichtgolfgeleider 8 aan de spoorstaaf 2 bevestigd. Op geschikte afstanden zijn langs de spoorstaaf 2 opnemers 1 aangebracht, waar de lichtgolfgeleider 8 doorheen is gevoerd. De opnemers 1 zijn bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat zij zich boven één van de randen van een dwarsligger 4 bevinden. Hierdoor wordt het mogelijk gemaakt dat enerzijds de meetstift 102 op de dwarsligger 4 kan rusten en dat anderzijds de opnemer 1 met behulp van de onder de spoorstaaf grijpende arm 114 en beugel 115 (zie figuur 1) kan worden bevestigd.

Figuur 4 toont schematisch, in bovenaanzicht, bij wijze van voorbeeld het stelsel volgens de onderhavige uitvinding met twee lichtgolfgeleiders 8a en 8b, die door glasvezels worden gevormd. Het stelsel, volgens de uitvinding kan echter ook met een enkele lichtgolfgeleider worden uitgevoerd. Omwille van een kleinere demping per lichtgolfgeleider en een grotere redundantie is het echter voordelig het stelsel van twee of meer, bijvoorbeeld drie, vier of tien, parallelle lichtgolfgeleiders te voorzien. Tegen een spoorstaaf (niet getoond) zijn op bepaalde afstanden opnemers 1 aangebracht. Hierbij zijn de opnemers la, 1c, le en lg verbonden met de lichtgolfgeleider 8a, terwijl de opnemers lb, ld, lf en lh met de lichtgolfgeleider 8b zijn verbonden.

De lichtgolfgeleiders 8 zijn aangesloten op een inrichting 9. die een coherente lichtbron (bijvoorbeeld een laser) en een lichtdetector omvat. In deze inrichting 9 worden lichtpulsen opgewekt en in de respectieve lichtgolfgeleiders gekoppeld. De lichtpulsen die de lichtgolfgeleider 8a doorlopen, doorlopen tevens de opnemers la, lc, le en lg. In deze opnemers zal een demping optreden, waarvan de grootte afhangt van de aanwezigheid van een trein. Met behulp van "optical time domain reflecto-metry" ("OTDR") is het mogelijk deze demping als functie van de tijd en derhalve als functie van de plaats te bepalen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de verstrooiing ("Rayleigh-backscatter") die in optische vezels optreedt. Ten gevolge van het uitzenden van een lichtpuls vanuit de inrichting 9 zal een terugverstrooid signaal optreden waarvan de grootte afhankelijk is van de demping in de vezel. Dit is in figuur 5 grafisch weergegeven, waarbij langs de horizontale as de tijd t als maat voor de afstand s in de golfgeleider en langs de verticale as de lichtintensiteit I als maat het terugverstrodide licht, aan de hand waarvan de demping kan worden bepaald, is uitgezet. De lichtbron en de detector kunnen respec tievelijk een in de handel verkrijgbare laser en een, voor de toegepaste golflengte geschikte, in de handel verkrijgbare detector zijn. De inrichting 9 is verder bij voorkeur voorzien van elektronische verwerkings- en weergeefmiddelen.

Figuur 5 toont het aldus gedetecteerde signaal als functie van de tijd. Vanaf het tijdstip t=0 wordt terugverstrooid licht ontvangen in de inrichting 9· Op het tijdstip t=T wordt licht ontvangen, dat na een looptijd gelijk aan 0,5xT werd terugverstrooid en dus in de respectieve lichtgolfgeleider een afstand heeft afgelegd, die gerelateerd is aan deze looptijd. Op deze wijze is het mogelijk informatie te verkrijgen over het dempingsverloop in de lichtgolfgeleiders.

In figuur 5& is derhalve het dempingsverloop van de lichtgolfgelei-der 8a uitgezet als functie van de afstand s vanaf de inrichting 9· Duidelijk is in figuur 5a de demping te herkennen die veroorzaakt wordt door de opnemers la, lc, le en lg, respectievelijk aangeduid met A, C, E en G. Indien nu bijvoorbeeld door opnemer la door een trein wordt geactiveerd, neemt de demping van deze opnemer toe, zoals in figuur 5a met een onderbroken lijn is weergegeven.

In figuur 5c is het totale dempingsverloop van het in figuur 4 weergegeven traject afgebeeld. Dit dempingsverloop is samengesteld uit het in figuur 5a weergegeven dempingsverloop van de lichtgolfgeleider 8a en het in figuur 5b weergegeven dempingsverloop van de lichtgolfgeleider 8b. Het zal duidelijk zijn dat de intensiteit van de uitgezonden licht-pulsen zodanig moet worden gekozen, dat terugverstrooide pulsen ook na het doorlopen van een groot aantal Opnemers nog detecteerbaar zijn. Het toepassen van twee lichtgolfgeleiders, zoals in figuur 4 is weergegeven, heeft daarbij het voordeel dat per lichtgolfgeleider een geringe demping optreedt, waardoor pulsen met een geringere lichtintensiteit kunnen worden toegepast.

De grafische weergave van het totale dempingsverloop van het traject, zoals dit in figuur 5c is weergegeven, biedt de mogelijkheid de kwaliteit van het stelsel te controleren. Bij een onderbreking van één van de lichtgolfgeleiders, bijvoorbeeld veroorzaakt door sabotage, komt dit in de grafiek van figuur 5c direct tot uiting als een zeer sterk vergrote demping op de plaats van de beschadiging.

In figuur 4 is met onderbroken lijnen een verdere uitvoeringsvorm weergegeven, die echter is aangevuld met een verdere optische detector 10 en een verdere lichtgolfgeleider 11. Eén uiteinde van deze verdere lichtgolfgeleider 11 is gekoppeld met zowel de lichtgolfgeleider 8a als de lichtgolfgeleider 8b, terwijl het andere uiteinde met de verdere optische detector 10 is verbonden. Met deze opstelling is het mogelijk in aanvulling op (of eventueel als vervanging van) de meting van terugverstrooide lichtpulsen, die in het bovenstaande werd beschreven, door de lichtgolf-geleiders 8 overgedragen lichtpulsen te meten. Voor een dergelijke trans-missiemeting kan ook een al dan niet gepulseerde niet-coherente lichtbron worden toegepast.

Figuur 6 toont grafisch het uitgangssignaal van de optische detector 10. Indien de inrichting 9 optische pulsen met een voldoende intensiteit uitzendt, zullen deze door de optische detector 10 worden gedetecteerd. Bij afwezigheid van een trein zijn deze vanwege de constante demping in het traject alle ongeveer even groot, zoals in figuur 6a is weergegeven. De aanwezigheid van een rijdende trein in het traject zal echter de opnemers 1 activeren, waardoor de demping in het traject wordt gevarieerd. Dientengevolge zullen de door de optische detector 10 ontvangen pulsen verschillende grootten bezitten, zoals in figuur 6b is weergegeven. Een dergelijke zogenaamde transmissiedetectie kan derhalve worden gebruikt om de aanwezigheid van een rijdende trein in het traject vast te stellen. Indien nauwkeuriger informatie omtrent de positie van de trein vereist is, kan als reactie op deze transmissiedetectie de aan de hand van de figuren 4 en 5 beschreven plaatsdetectie worden geactiveerd.

In figuur 7 is het geval weergegeven, waarin langs een spoorstaaf 2 een lichtgolfgeleider 12 voor het detecteren van optische modusruis is aangebracht. Deze lichtgolfgeleider 12 omvat een lichtgolfgeleider, zoals een glasvezelkabel of een kunststofvezelkabel, die in nauw contact met de spoorstaaf is bevestigd. Een coherente lichtbron 13 voert licht aan één uiteinde in de geleider 12 in. Aan het andere uiteinde van de geleider 12 wordt het licht via een modusfilter 14 naar een optische detector 15 gevoerd. Het uitgangssignaal van de optische detector 15 wordt bij voorkeur door een bandfilter 16 gevoerd teneinde ongewenste frequentiecomponenten te verwijderen. Het uitgangssignaal van het bandfilter 16 is in figuur 8 als functie van de tijd weergegeven. Indien geen of een stilstaande trein op het traject van de geleider 12 aanwezig is, heeft het ruissignaal een eerste niveau Ij. Indien zich op het traject een rijdende trein voordoet, neemt het ruisniveau toe tot I2, zoals uit figuur 8 blijkt. Experimenten hebben aangetoond, dat het aldus gedetecteerde ruisniveau ongeveer evenredig is met de snelheid van de trein. Deze vorm van detectie is derhalve niet alleen bruikbaar om de aanwezigheid van een rijdende trein binnen een traject te detecteren, maar ook om een schatting van de snelheid van de trein te geven. Deze vorm van detectie, waarbij de gehele lengte van de aan de spoorstaven bevestigde lichtgolfgeleider als opnemer, dat wil zeggen als globale trajectopnemer fungeert, kan derhalve met voordeel worden gecombineerd met de plaatsdetectie volgens figuur 4, maar kan eventueel ook afzonderlijk worden toegepast, dat wil zeggen in een detec-tiestelsel zonder puntopnemers.

Figuur 9 illustreert de toepassing van een puntopnemer voor het bepalen van de signatuur van een trein. De langs de opnemer passerende trein veroorzaakt een vergrote demping, die zich manifesteert door een sterk verminderde intensiteit I van het terugverstrooide licht. Duidelijk blijkt uit figuur 9 het passeren van een relatief zware locomotief met vier assen, gevolgd door zes lichtere wagons met elk eveneens vier assen. De aldus bepaalde signatuur van de trein kan worden gebruikt om deze trein op hetzelfde of op een ander traject te identificeren, of bijvoorbeeld het af- en bijkoppelen van wagons te controleren.

Het stelsel volgens de uitvinding biedt de mogelijkheid de plaats van zowel een rijdende als een stilstaande trein binnen een traject nauwkeurig te bepalen aan de hand van terugverstrooid licht. Hierbij wordt de optische vezel niet blootgesteld aan ernstige vervormingen. Het toepassen van een plaatsafhankelijke dempingsmeting biedt het aanvullende voordeel, dat beschadigingen van de lichtgolfgeleider(s) nauwkeurig kunnen worden gelocaliseerd. Door aanvullende lichtgolfgeleiders te gebruiken is het bovendien mogelijk de aanwezigheid en eventueel de snelheid van een trein binnen het traject te bepalen. Het stelsel volgens de onderhavige uitvinding is derhalve zeer geschikt om een spoorwegnet te beveiligen en te controleren.

Claims (16)

1. Stelsel voor het detecteren van treinen, omvattende ten minste een lichtgolfgeleider, ten minste een lichtbron en ten minste een lichtdetector alsmede met spoorstaven gekoppelde, op de aanwezigheid van een trein reagerende en de stralengang in de ten minste ene lichtgolfgeleider beïnvloedende opnemers, met het kenmerk, dat de opnemers zijn ingericht voor het in afhankelijkheid van de verplaatsing van de spoorstaaf ten opzichte van diens ondergrond zodanig verbuigen van de ten minste ene lichtgolfgeleider, dat de demping van de lichtgolfgeleider plaatselijk wordt beïnvloed.

2. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de opnemers zijn ingericht voor het als reactie op de aanwezigheid van een trein plaatselijk doen toenemen van de demping.

3. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de opnemers zijn ingericht voor het als reactie op de aanwezigheid van een trein plaatselijk doen afnemen van de demping. k. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de opnemers in wezen tegen de zijkant van de spoorstaven zijn aangebracht.

5. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de opnemers zijn voorzien van een opneemarm, waarvan een uiteinde op een met de ondergrond van de spoorstaaf verbonden oplegvlak rust.

6. Stelsel volgens één van de conclusies 1 t/m 5t waarin de opnemers zijn voorzien van een opneemarm, waarvan een uiteinde vrij is.

7. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, waarin meerdere afzonderlijke, op alternerende opnemers aangesloten, lichtgolfgeleiders zijn toegepast.

8. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, ingericht voor het bepalen van de demping in de ten minste ene lichtgolfgeleider aan de hand van het door de lichtgolfgeleider overgedragen licht.

9. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, waarin voor het meten van modusruis een lichtgolfgeleider in nauw contact met de spoorstaaf is aangebracht.

10. Stelsel volgens conclusies 7 en 9. waarin de lichtgolfgeleiders in een gemeenschappelijk omhulsel zijn aangebracht.

11. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, ingericht voor het bepalen van de plaatselijke demping in de tenminste ene lichtgolfgeleider door het uitzenden van lichtpulsen en het detecteren van terugverstrooide lichtpulsen.

12. Stelsel volgens conclusie 11, voorzien van middelen voor het representeren van de demping als functie van de afstand langs de ten minste ene lichtgolfgeleider.

13· Stelsel volgens de conclusies 7, δ en 11, waarin de meerdere twee lichtgolfgeleiders aan een uiteinde zijn gekoppeld met een verdere, met de detector gekoppelde lichtgolfgeleider.

14. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, voorzien van middelen voor het aan de hand van de demping van één opnemer herkennen van een trein.

15· Opnemer voor toepassing in het stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, voorzien van een opneemarm, welke opneemarm gekoppeld is met een as, waarbij de as is ingericht voor het in afhankelijkheid van verplaatsingen van de opneemarm verbuigen van een door de opnemer gevoerde lichtgolfgeleider. l6. Opnemer volgens conclusie 15. welke voor het met een vrije opneemarm detecteren van trillingen aan het uiteinde van de as, dat van de opneemarm is afgericht, is voorzien van een massa voor het aanpassen van de trillingseigenschappen van de opnemer.

17· Opnemer voor toepassing in het stelsel volgens een van de conclusies 1 t/m 14, omvattende een buis voorzien van doorboorde tussenschot-ten, waar doorheen ten minste een lichtgolfgeleider is gevoerd, waarbij aan de lichtgolfgeleider trillingsmassa's zijn bevestigd.

18. Opnemer volgens conclusie 15, 16 of 17, voorzien van bevestigingsmiddelen voor het bevestigen aan de spoorstaven.