[发明专利]光纤传感道岔转换力检测方法及装置

说明书

本发明提出了一种光纤传感道岔转换力检测方法及装置，可用于检测道岔转换的阻力或道岔转换力，所述方法利用光纤光栅传感技术，基于销轴构建传感监测系统，在线地检测转辙机动作杆连接用的销轴在进行道岔转换时所受到应变，并建立销轴应变与道岔转换力之间的关系，实时监测道岔转换力状态，通过监测数据的分析与处理，掌握道岔转化过程的变化规律，从而及时地掌握道岔转辙机的安全状态，为其安全管理和护养提供服务。所述装置安装护养简单方便、长期稳定性好、抗干扰能力强、可靠性高，能够多点检测且测量准确、耐腐蚀、不受环境温度变化影响。

技术领域

本发明涉及阻力监测技术，尤其涉及一种道岔转换的阻力或者说道岔转换力的检测方法及装置。

背景技术

道岔是轨道交通线路变更和线路交合分离的转换设备。在道岔的工作环境中，长期的重荷载、恶劣的环境等多种因素都会造成道岔的损伤或变形。道岔的设备状态直接影响着列车的运行效率，尤其是在高速铁路中，道岔设备若发生了故障，比如道岔尖轨不密贴，而此时正好有列车高速通过，就有可能发生列车挤岔、脱轨等事故，严重影响了轨道交通运营安全。因此，轨道交通系统迫切需要研发一种实时监测系统，以便能及时地对道岔的工作状态和健康状况做出监测和预警。

对于道岔来说，道岔转换阻力或者说道岔转换力是衡量道岔能否正常转换的重要指标，对所述道岔转换力进行实时监测可以了解道岔的安装是否合理、杆件的机械强度是否满足设计要求等。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》中提到，道岔转换力与规定值的偏差过大时，转辙机将不能保证道岔的正确转换。这势必对列车的运行安全带来隐患，所以必须对道岔转换力进行监测。

在我国，一直采用人工定期监检查的方式来对道岔转换力进行监测，监测时，工务巡检工人在天窗时期利用电阻应变片式“测力销”进行检查，这种检查方式不是一种实时的监测手段，而且监测效率低，难以适应轨道交通发展高速化、密集化的运营需求。

在国外，铁路交通部门对道岔结构的在线监测十分重视。如，德国铁路道岔监测系统采用的是奥地利的Roadmaster2000，其监测对象是转辙机的电流和电压、各牵引点的转换力和转换时间等，并能够同步监测信号系统和轨道电路；俄罗斯的无接触道岔自动控制器ABKC用于检测尖轨密贴等转辙机状态；法国的Track and Turnout Monitoring System道岔检测系统属于远距离监控系统，该系统监测的数据包括电流、电压、通讯设备、轨道电路状态、转辙机监控等。在上述的在线监测系统中，对道岔转换力监测采用的是电气参数估算法，该方法是一种间接检测方法，而且这种方法只能检测到电机驱动时的信号，不能实时地反映道岔转换力，另外该方法检测的是电信号，该方法的检测精度受到传感器零点漂移、电缆电阻变化、供电电压波动以及电磁干扰等因素的影响。

光纤传感技术、特别是光纤Bragg光栅(FBG)传感检测技术具备良好的抗电磁干扰能力，该技术还具备所采用的装置体积小、结构设计灵活、封装工艺易于操作、可实现长期在线监测等特点，这些优点为解决目前道岔转换力监测问题提供了有效的解决途径。但是，将一项新技术和新方法引入到道岔转换力的监测中，新方法所采用的敏感元件(光纤光栅)布局于何处？怎样研制新方法所需的传感器，使其具备传感性能好、便于安装和护养？这是在实际的工程应用中需要解决的关键问题。

针对上述问题，专利201310224667.5提出一种铁路道岔转辙机锁闭杆应力增敏的光纤光栅动态监测方法及装置，所述方法是在道岔转辙机锁闭杆上安装光纤光栅应变传感器，通过光纤光栅应变传感器检测转辙机动作时作用在锁闭杆上的转换力，以实现道岔转换力的实时监测。但事实上，转辙机锁闭杆不是标准件，转辙机锁闭杆的界面有圆形、方形等结构形式，导致光纤光栅应变传感器不能被制作成标准件，使得所述方法不便于推广应用；另外，所述专利中是通过增加传感器安装臂长度来实现增敏的目的，而锁闭杆长度毕竟有限，因此所述方法在工程实施过程中极易造成安装和维护的不便。

发明内容