[发明专利]一种尺式轮轨力连续测量光纤光栅传感装置及其布置方法

说明书

本发明公开一种尺式轮轨力连续测量光纤光栅传感装置，采用轨侧安装、用于轮轨力连续测量的光纤光栅测量尺结构，该结构通过测量尺固定装置在轨侧实现与钢轨的安装连接。当车轮压过钢轨时，将钢轨视为传递轮轨横向与垂向荷载的载体，钢轨产生变形，通过测量尺固定机构带动测量尺产生同步形变，进而使测量尺上的光纤光栅应变计反射波的波长发生漂移，通过对波长漂移量的度量，实现对应力、应变的感测，进而精确测出钢轨相应位置的受力大小。本发明安装维护方便；且测量尺的传感节点制作通过光纤光栅应变计的焊接实现，传感器结构无电磁干扰，抗腐蚀能力强等环境适应性优势。

技术领域

本发明属于铁路车辆故障检测技术领域，具体涉及一种尺式轮轨力连续测量光纤光栅传感装置及其布置方法。

背景技术

铁路车辆轮轨力监测技术是货运、客运以及高速车辆地面安全监测系统实现监测功能的技术基础，轮轨力监测方案向着高可靠、易维护、易施工的方向发展。

直接在钢轨上粘接金属应变片的方法由于其需要打磨钢轨粘接面，施工工艺复杂，同时封装型式可靠性低，业内普遍采取定期更换的方法进行维护，在目前对轮轨力进行连续测量的使用要求下，逐渐被取代。

另外一种方式为二维板式传感器与剪力传感器的配合安装实现轮轨力的连续测量。二维板式压力传感器安装于铁轨与枕木之间，或做成特质枕木，钢轨轨腰处安装剪力传感器，组合成一定长度的轮轨垂直力和横向力的连续综合测区。对既有线路，板式传感器施工工程量大，维修更换不便，由于传感器结构件较大，与枕木及钢轨的贴合面较多，在低温气候下冰冻环境显著影响传感器边界约束条件，载荷传递发生变化，时有测量误差大甚至错误情况发生。

目前用于轮轨力测量的传感器布置方案仍然存在一些问题，主要包括：

1、安装复杂，维护困难。直接粘贴应变片需要对钢轨贴合面进行精细打磨，安装完还需要密封操作；二维板式传感器与剪力传感器的配合使用方式，需要拆掉钢轨甚至更换枕木，施工量大，耗时长，后期维护难度大，成本高昂。

2、上述两种方案基于传统的金属应变片实时传感设计和封装以及现场安装，电信号易受到电磁干扰、在使用过程中发现，传感信号难以保持长期稳定可靠，特别是提升监测能力，要求更长范围内的传感铺设条件下，其电信号可靠性伴随着电缆长度和数量的增加更为下降。

发明内容

本发明要解决现有剪力传感器需配合板式传感器安装，实现应力连续测量，安装非常复杂，工程量大，造价高，维护困难问题；同时解决现行传感器采用金属应变片结构，通过电缆进行信号传输，抗电磁干扰、抗腐蚀能力差问题，提出一种尺式轮轨力连续测量光纤光栅传感装置及其布置方法。

本发明尺式轮轨力连续测量光纤传感装置及其布置方法，装置部分包括测量尺、测量尺固定机构、光纤光栅应变计与光缆。每个测量尺中部周向等角度间隔安装四个光纤光栅应变计，四个光栅应变计分别引出光缆，连接光解调仪，转化为电信号送入分析主机进行计算分析。

布置方法为：将测量尺固定机构设置于相邻两枕木间中线位置，与钢轨间固定；相邻两个测量尺固定装置间安装一个测量尺，使各测量尺中部分别位于各个枕木之上，使测量尺沿轨道中心线对称安装于轨道两侧铁轨外侧面。

由此当车轮压过钢轨时，将钢轨视为传递轮轨横向与垂向荷载的载体，钢轨产生变形，通过测量尺固定机构带动测量尺产生同步形变，进而使测量尺上的光纤光栅应变计反射波的波长发生漂移，通过对波长漂移量的度量，实现对应力、应变的感测，进而精确测出钢轨相应位置的受力大小。

本发明的优点在于：

1、本发明尺式轮轨力连续测量光纤光栅传感装置及其布置方法，避免了二维板式传感器与剪力传感器的配合使用方式对既有铁路线路的改造施工，即拆掉钢轨甚至更换枕木，施工量大，耗时长，后期维护难度大，成本高昂。