研究文章| 黎志昌、甘志平、梁志昌、李国英、谭爱民、何淑丽、谭慧英、刘淑英香港列车振动和火车重量测量光纤传感系统的开发
c . c .赖
1香港理工大学电机工程系,香港九龙
2澳洲交通铁路,佛兰铁路房,佛兰州,沙田,香港
摘要
在香港设计并测试了一种新颖的操作系统,用于检测使用FBG传感网络的火车振动和火车重量。该系统的目的是用于列车的实时条件监测。由于光学系统的快速响应,可以在其正常服务期间实时监测列车,而无需任何特殊的布置。因此,可以实现条件检查,而无需在铁路系统的操作条件上发生任何破坏。
1.介绍
在香港这样严重依赖公共交通系统的现代城市,列车健康状况监测变得越来越重要。由于公众对公共交通的严重依赖,任何公共交通系统出现长时间的延误都是不可想象的,更不用说许多天的服务中断了。在过去,通常使用基于时间间隔或基于里程的调度来规划维护工作的传统方法。然而,众所周知,并非所有的系统都是完全相同的,因此排队方式可能不是铁路行业的最佳安排。换句话说,有些列车应该提前检修,有些列车即使已经安排了例行检查,也不需要检查。为了充分利用有限的维护资源,一个可靠的列车健康状态监测系统至关重要。
本文介绍了一种使用光纤的新型健康监测系统。光纤传感器的好处是电磁免疫(EMI),可靠性和耐用性。实际上,EMI是至关重要的,因为在主线列车中有25 kV架空线,并且还有数百个,如果不是数千个电流在返回轨道中流动的电流。使用光纤作为传感元件和传输介质的使用可以最小化来自牵引电动机的电磁波的干扰以及主线系统的电力线。
本研究中被利用的光学传感器基于光纤布拉格光栅(FBG)技术[<一种href="#B1">1一种>-<一种href="#B4">4.一种>]。FBG传感器网络安装在香港的2.5公里长的轨道上,它靠近东涌站和东涌行的山区山区之间的SIU Ho Wan Depot(Shd)。
为了验证测量数据,我们于2012年9月20日上午11:41:42.6对载有已知重量沙袋的车辆的“TCL 08”列车进行了测试。记录的数据在脱机时进行仔细分析。本文所述的基于校准结果的防脱轨系统已投入使用。
2.光纤布拉格光栅传感器网络
光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating, FBG)是一种在光纤上用于传感应变或温度变化的光学传感器。FBG传感器由于其快速和快速的时间响应以及其电磁干扰特性而被选择用于正在进行的研究。
2.1。FBG的工作原理
光纤布拉格光栅(FBG)传感器是通过检测反射波长的光的变化来测量菌株的光学装置。FBG传感器可以在短度上制造(<一世>≈一世>1厘米)单模光纤,通过将传感器暴露于紫外光通过相位掩模来实现薄的单模光纤。<一种href="#B8">5.一种>,如图所示<一种href="//www.newsama.com/journals/js/2012/365165/fig1/" target="_blank">1一种>.
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3.3。火车天线系统
在铁路上运行火车最重要的安全评估之一是出轨的可能性,特别是在谈判曲线和轨道扭转方面。脱轨的可能性非常依赖于轨道和车辆的调节。前者是指在轨道几何形状上的维护限制的偏差,而后者是指车辆悬架系统的条件以及其轮廓。除非有在线在职检查,否则必须检查两个条件的检查将必须在禁用时间内完成。
由轨道扭转引起的脱轨与水平引导力和前轮的垂直轮载的减小的组合有关。两个力矢量的所得到的,可以使引导轮爬轨道。
纳达尔的限制( 作为侧向力[<一种href="#B6">8.一种>]不可避免地出现在谈判轨道曲线和扭曲中的火车车轮,重要的是要确保车轮组必须设计成具有足够的垂直载荷来使Y / Q比率保持在限制范围内。
因此,轮对之间的负荷转移是至关重要的,必须控制在合理的限度内,即从一个轮转移到另一个轮的负荷不超过60%,如(<一种href="#EEq1">1一种>), 在哪里 车轮作用在轨道上的火车重量会对轨道梁产生拉应变和应力。通过把FBG放在轨道上,它们相应的变化在 作为非加载比率 值得注意的是,由于在确定潜在脱轨危险时,人们更关心轴两侧的轴重量的比例,因此没有真正需要非常准确地测量轴重量。事实上,传感器可以非常精确地测量轴重,这是一个额外的好处,它可能为未来更全面的智能铁路空调监控系统的开发提供进一步的智能。
设计了一种光纤光栅光学系统,并在商用铁路试验台上进行了测试。在25千伏供电的干线铁路上,电磁干扰可能造成严重问题。因此,本研究的重点是利用不受电磁干扰影响的光学传感器。从本质上说,这项研究报告了使用光纤光栅传感器来检测噪声列车的振动和列车重量,从而为现代铁路的基本要求——防脱轨系统的发展铺平了道路。
由FBG传感器获得的响应信号是正的,足以进一步开发。除上述目标外,FBG系统可以为许多额外的铁路应用程序量身定制: 综上所述,一小块FBG传感器可以生成大量的列车运行信息,且数据完整性良好。在常规系统的基础上建立虚拟系统,作为运行和安全两方面的备用系统,可用于铁路列车运行性能的监控。
特别是,FBG测轴系统可以建立在现有的移动闭塞信号系统的常规测轴系统之上,使虚拟轨道电路在紧急情况下或在非交通时间内运行工程列车时仍能保持运行。
在FBG传感器技术的成熟之前,在高度保守的铁路行业的实际使用情况下,在其安装在铁轨上的进一步分析和测量将与其安装在轨道上。
作者希望从MTR中承认支持,以允许在操作轨道线中进行许多测试。
版权所有©2012 C. C. Lai et al。这是一篇发布在<一种R.el="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">创意公共归因许可证一种>,允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制,但必须正确引用原作。
车轮/轨道接口力的关系。
4.总结
致谢
参考
版权
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