轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106476845A(43)申请公布日2017.03.08(21)申请号201610956103.4(22)申请日2016.10.27(71)申请人林和光地址350000福建省福州市鼓楼区大营街5号1031单元(72)发明人林和光(51)Int.Cl.B61L1/16(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、系统和方法(57)摘要本发明涉及一种轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、系统和方法，包括应变片基体，应变片基体的基体上表面和基体下表面各设置一个光纤光栅，形成一个完整的光纤光栅应变传感器。轨道计轴装置是基于光纤光栅的应变测量原理，对通过该段铁轨的轮轴进行计数；一种轨道计轴系统，包括光纤光栅解调仪表和数据处理终端，两个以上的所述轨道计轴装置分别与所述光纤光栅解调仪表通信连接光纤光栅解调仪表与数据处理终端通信连接。通过单一一种具备温度自补偿差分应变光纤光栅传感器内两个光纤光栅的中心波长差值，并将多个传感器进行沿轨道线组网，对轮轴数量、车速和行车方向、载重计量的监测，以及实现传感器互检，提高系统的可靠性。CN106476845ACN106476845A权利要求书1/2页1.轨道计轴光纤光栅传感器，其特征在于：包括应变片基体，所述应变片基体的基体上表面和基体下表面各设置一个光纤光栅，形成一个完整的光纤光栅应变传感器。2.根据权利要求1所述的轨道计轴光纤光栅传感器，其特征在于：两个光纤光栅设置在同一应变片基体上，受同样的温度影响，具有同样的温度变化，两个光纤光栅波长之间的差值保持不变。3.一种轨道计轴装置，其特征在于：所述轨道计轴装置采用上述权利要求1或2所述的光纤光栅传感器，所述轨道计轴装置基于光纤光栅的应变测量原理，对通过该段铁轨的轮轴进行计数；所述轨道计轴装置还包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和所述第二固定板平行设置，且所述第一固定板和所述第二固定板均焊接于铁轨底部；所述光纤光栅传感器设置在所述第一固定板和第二固定板之间；所述第一固定板和第二固定板之间还设置有基座和弹簧；所述基座与所述第二固定板固定连接，所述光纤光栅传感器中的应变片的下端与所述基座固定连接，所述弹簧的左端与所述第一固定板连接，所述弹簧的右端与应变片的上端连接。4.根据权利要求3所述的轨道计轴装置，其特征在于：所述基座与所述第二固定板通过螺钉进行连接，所述光纤光栅传感器中的应变片的下端与所述基座通过螺钉进行固定。5.一种轨道计轴系统，其特征在于：所述轨道计轴系统采用上述权利要求3或4所述轨道计轴装置，所述轨道计轴系统还包括光纤光栅解调仪表和数据处理终端，两个以上的所述轨道计轴装置等间距的设置在铁轨底部；两个以上的所述轨道计轴装置分别与所述光纤光栅解调仪表通信连接，所述光纤光栅解调仪表与所述数据处理终端通信连接。6.一种轨道计轴方法，其特征在于：所述轨道计轴方法采用权利要求5中的轨道计轴系统，步骤如下：S1、将多个轨道计轴装置沿轨道线进行布设，形成完善的铁路计轴系统，每一个轨道计轴装置均布设有差分应变光纤光栅计轴传感器；S2、差分应变光纤光栅计轴传感器通过高速光纤光栅解调仪表进行波长解调，将波长进行传送至数据处理终端；S3、所述数据处理终端判断差分应变光纤光栅计轴传感器波长差值变化；若无变化，则表明无列车经过；若有变化，则表明有列车经过；S4、对应步骤S3中有列车经过的情况，再分别计算轮轴数量、计算载重情况、计算车速、监视行车方向以及传感器互检的工作。7.根据权利要求6所述的轨道计轴方法，其特征在于：实现所述步骤S4中具体方法如下：1)、温度自补偿光纤光栅的温度灵敏度系数为10pm/℃，两个光纤光栅和在T1温度下的中心波长分别为1530nm和1535nm，此时中心波长差为5nm；当温度变为T2时，由于两个光纤光栅在应变片的上、下两面，温度一致，此时中心波长差为：∆λ=∆λ1–∆λ2=10*∆T-10*∆T=0即轨道计轴传感器屏蔽了温度变化，无需额外布设温度传感器；2CN106476845A权利要求书2/2页2)、计轴（发明人好，原底稿中的第二点放到上述S2中说明，故这里删除原底稿中第二点说明）列车经过该段铁轨，则由于当轮轴经过该段铁轨时，瞬时的压力迫使铁轨的下表面产生正向应变，这种应变会使得应变片上表面产生负应变，下表面产生正应变；粘贴于应变片上表面的光纤光栅和下表面的光纤光栅分别感知两种应变，并产生波长漂移；对应地，光纤光栅产生负向的波长漂移，光纤光栅产生正向的波长漂移；光纤光栅的应变灵敏度系数为1pm/με；此时，第一光纤光栅波长值变为：∆λ1=-1*∆με第二光纤光栅波长值变为：∆λ2=1*∆με两个光纤光栅