[发明专利]以钢轨作为弹性体的光纤检测装置、铁路超偏载检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤检测装置,更具体地说，它涉及一种直接用钢轨作弹性体的应用于铁路超偏载检测中的光纤检测装置。

背景技术

铁路超偏载检测装置是一种自动地对行进中的列车实行不停车、不摘钩、连续动态称量的计量和车辆识别的设备。我国的铁路上使用的超偏载检测设备通常是利用压力传感器担任称重计量的一次仪表、以剪力传感器作为计轴进行车辆识别的一次仪表。对铁路超偏载设备而言，安装在钢轨上的剪力传感器对其绝对精度有要求，传统钢轨剪力传感器9（图2）是由应变片10（图1）胶粘在锥形弹性载体内制成的，只能在钢轨轨腰2上钻孔才能通过螺栓紧固并感受钢轨受力变形。传统钢轨剪力传感器9的结构图及信号输出如附图1至图5。传统钢轨剪力传感器9的输出电路原理如附图3所示，其输出的剪力波形曲线如图5所示，这样的检测形式，虽然在得出的波形曲线上满足了超偏载检测系统的检测分析的需求，但是，由于其原理及结构决定了传统钢轨剪力传感器有着难以克服的致命缺陷：

1.不得不在钢轨轨腰2中部钻孔，从而降低了钢轨强度，这是铁路工务部门坚决反对，但由于工作需要又限于技术条件不得不接受的现状；

2.由于钢轨与剪力传感器在材质热胀冷缩系数的差别及加工工艺和螺栓紧固程度的差别，列车运行造成的振动影响，传统剪力传感器9的受力状态不稳定；

3.胶粘应变片10密封形式同压力传感器一样存在加工艺要求严，使用寿命限制，及质量差异，价格也较高；

4.以应变片10为电桥一臂，电桥输出信号增加了附加误差因素；

5.模拟量输出使信号微弱，需后续设备调理，传输距离近，抗干扰能力弱。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种以钢轨本身作为弹性体、直接将光纤敏感元件作为检测装置贴于铁路钢轨轨腰上的一种采用钢轨作为弹性体的光纤检测装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种采用钢轨作为弹性体的光纤检测装置，包括剪力检测装置和压力检测装置，所述剪力检测装置包括有光纤敏感元件，所述光纤敏感元件固定于钢轨轨腰上并通过钢轨的中和轴。

进一步地，所述光纤敏感元件的布置方向与中和轴之间呈40~50度夹角设置。

通过采用上述技术方案，中和轴为钢轨上的一个受力状况特殊的位置，在中和轴上，钢轨既不存在拉应力也不存在压应力，在这个位置上布置的光纤敏感元件，其位于中和轴与轨头之间的部分检测拉应力、中和轴和轨底之间的部分检测压应力，这样，取代现有技术中轨腰上钻孔再配合锥形弹性体，直接以钢轨本身作为变形弹性载体，利用光纤敏感元件的变形即可得出钢轨的剪力波形；并且，轨腰的外表面的位置较之轨头底部的位置便于打磨，并且其受到的震动影响较小，有利于改善输出的剪力波形的质量。

本发明进一步设置为：所述剪力检测装置内包括有两个光纤敏感元件，所述两个光纤敏感元件布置于轨腰的两相对侧面上，所述两个光纤敏感原件与轨底之间距离相同且均通过钢轨的中和轴。

通过采用上述技术方案，这种安装形式可以使光纤敏感元件仅对垂直钢轨的剪力敏感而对其他干扰性的拉伸、反弹等干扰因素不敏感，从而进一步提高检测的精度。

进一步地，所述两个光纤敏感元件与钢轨的中和轴沿夹角为45度的方向倾向同一方向倾斜布置。

通过采用上述技术方案，由于钢轨上检测的货车是蛇形前行的，因此车轮压在钢轨上很容易出现偏心现象，此时，光纤敏感元件输出的剪力波形会受到钢轨偏心的影响，利用一对布置于轨腰两侧面上距离枕木等距的位置处的光纤敏感元件的受力上的互补，使两者输出的剪力波形形成一个互补合成的剪力波形，保证输出的质量。

本发明进一步设置为：所述剪力检测装置内包括有两个光纤敏感元件，所述两个光纤敏感元件以钢轨的中和轴为对称轴对称布置，且两个光纤敏感元件之间夹角为90度，固定在轨腰上的同一侧。

进一步地，所述剪力检测装置内包括有四个光纤敏感元件，所述四个光纤敏感元件两两一组且相对布置于钢轨的轨腰的两相对侧面上，布置于同一侧的两个光纤敏感元件以钢轨的中和轴为对称轴对称布置，且两个光纤敏感元件之间夹角为90度。

通过采用上述技术方案，利用两个光纤敏感元件分别承受钢轨的拉、压变形，这种可以使光纤敏感元件仅对垂直钢轨的剪力敏感而对其他干扰性的拉伸、反弹等干扰因素不敏感，从而进一步提高检测的精度。

本发明进一步设置为：所述压力检测装置包括有光纤敏感元件，所述光纤敏感元件固定在轨腰与轨底之间形成的轨底坡上，其安装方向与钢轨的布置方向平行。