计轴方法和计轴装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于轨道车辆的计轴方法，包括以下方法步骤：·将光耦合到至少一个传感器光纤(SF，SF1，SF2)中，所述传感器光纤(SF，SF1，SF2)包括安装在轨(T)上的至少一个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)，其中，每个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)均具有反射光谱，所述反射光谱具有反射峰(P1，P2)，所述反射峰在布拉格波长(λ1，λ2)处并具有半高全宽(FWHM)，·通过检测和滤波由两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2，FBG2’)所反射的光功率的时间密度特性而从两个剪切应力信号产生差分信号，所述两个光纤布拉格光栅彼此间隔开地布置；如果差分信号超过特定的剪切应力差限值，就产生轮信号。

Axle counting method and shaft metering device

The invention relates to a method for railway vehicle axle counting method, comprising the following steps: the light is coupled to at least one optical fiber sensor (SF, SF1, SF2), the optical fiber sensor (SF, SF1, SF2) including the installation of on orbit (T) on at least one of the fiber Prague grating (FBG1 among them, each, FBG2), fiber Prague grating (FBG1, FBG2) have the reflection spectrum, the reflection spectrum with peaks (P1, P2), the reflection peak in Prague wavelength (lambda 1, lambda 2) and with a full width at half maximum (FWHM), and by detecting and filtering by two a fiber Prague grating (FBG1, FBG2, FBG2) time density characteristics of optical power reflected from the two shear stress signal generating differential signals, the two fiber Prague gratings are spaced arrangement; if the differential signal exceeds a certain shear stress difference is limit. Produce a wheel signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】计轴方法和计轴装置
本专利技术涉及一种用于轨道车辆的计轴方法，包括：将光耦合到至少一个传感器光纤中，所述传感器光纤包括安装在轨上的至少一个光纤布拉格光栅，每个光纤布拉格光栅均具有反射光谱(根据波长由光纤布拉格光栅反射的光输出的强度特性)，所述反射光谱具有反射峰，所述反射峰在布拉格波长处并具有半高全宽；以及检测由彼此间隔开的两个光纤布拉格光栅所反射的光。
技术介绍
这种方法从尚未公布的申请DE102014100654.4中获知。已知计轴系统通过感应来检测移位通过计数单元的轴。所述系统的问题在于，例如来自安装在列车上的空调单元的电磁场可能导致干扰和计数错误。WO2005/093971A1描述了一种铁路监控系统，其中，附接到轨道的传感器光纤用于计轴。通过将光耦合到光纤(传感器光纤)中，光被发射到光纤布拉格光栅中，在布拉格波长附近滤波器带宽内的波长被反射。布拉格波长通常定义为λB＝neff·2Λ＝neff·λ，其中，neff为有效折射率，Λ为光纤布拉格光栅的光栅周期。由于作用于其上的力，传感器光纤和光纤布拉格光栅被拉伸，且光纤布拉格光栅的反射和透射波长变化，从而使得基于光纤布拉格光栅的拉伸，不同波长的光被反射并被传输到评价处理和分析单元。各个光纤布拉格光栅以彼此间隔开2.5米的距离安装。各个光纤布拉格光栅具有不同的布拉格波长，其中，布拉格波长的差必须大于由于负载引起的相应光纤布拉格光栅的布拉格波长的变化。尚未公布的申请DE102014100654.4描述了一种轨测量系统，其通过光纤传感器来测量作用在轨上的机械变量。在这种情况下使用的光纤布拉格光栅相对于中性光纤以±30°至±60°、特别是±45°的角度附接到轨。这提供的优点是，通过光纤传感器单元来检测剪切应变，所述剪切应变导致正或负的拉伸且不平行于中性光纤延伸。现有布置结构的一个缺点是，灵敏度不足以可靠地检测每个轴，这意味着，由于剪切应力测量中出现的信号不适合于执行阈值评价处理，所以不能保证列车(SIL4)所需的安全完整性水平。
技术实现思路
本专利技术的目的本专利技术的目的是提出一种计轴方法，其一方面特别是对于电磁干扰而言不易受干扰，另一方面具有足够的灵敏度以满足所需的安全完整性水平。本专利技术的描述该目的根据本专利技术来实现，其中，提供以下方法步骤：·产生剪切应力差分信号；·如果剪切应力差分信号超过预定的上限值或低于预定的下限值，则在信号处理单元内产生轮信号。根据本专利技术，产生剪切应力差分信号，即通过该信号，可导出在彼此间隔开的两个传感器位置处的两个剪切应力的差的时间变化。剪切应力差分信号在剪切应力的代数符号变化的范围内(即，由轮释放到轨中的力恰好发生在两个光纤布拉格光栅之间时)在绝对值上变得非常大，这使得能够简单地检测到轮。剪切应力信号(即通过该剪切应力信号可导出在某一传感器位置发生的剪切应力)可例如由于检测由安装在该传感器位置处的光纤布拉格光栅所反射的光而被接收，所述光纤布拉格光栅相对于中性光纤尤其以±45°或±90°的角度倾斜地布置。剪切应力差分信号通过检测和建立光纤布拉格光栅的布拉格波长的波长变化的时间特性的差而产生，波长变化通过检测光纤布拉格光栅所反射的光的强度变化来确定。这可以以多种方式来实现，且在下文参照各种变型进行详细描述。在所有变型的情况下，优选地通过一个或多个光纤耦合式光电二极管来检测传感器光纤中的反射的光输出的时间强度特性。优选的变型根据本专利技术的计轴方法(OEC思想)的一个特别有利的变型的特征在于：传感器光纤被用于在轨方向上彼此间隔开的两个传感器位置处，所述传感器光纤分别具有两个光纤布拉格光栅，所述两个光纤布拉格光栅布置成行且具有不同布拉格波长；以及，剪切应力差分信号在信号处理单元内借助于光电部件通过传感器光纤中反射的光输出的时间强度特性由光电部件检测并在光电部件的波长滤波器的两个滤波器边缘处滤波而光学地产生，滤波器边缘分别处于光纤布拉格光栅的布拉格波长中的一个的范围内，且具有带不同代数符号的梯度；以及，滤波后的强度特性被检测为差分信号。通过在信号处理单元内处理差分信号，产生(数字)轮信号。在OEC思想的情况下，光电部件(OE芯片)用于测量反射的光输出和用于信号转换。由于传感器位置上的负载和相应的剪切应力，光纤布拉格光栅的布拉格波长移位。来自各个光纤布拉格光栅的反射的光输出的部分在不同的滤波器边缘进行滤波。布拉格波长的变化是产生的剪切应力的量度。剪切应力信号的光学差的建立在于，源自各个光纤布拉格光栅的两个光纤布拉格光栅的反射的光输出(由两个光纤布拉格光栅反射的光的总光谱)的部分沿着光电部件的相应一个滤波器边缘移位，滤波器边缘具有带不同代数符号的梯度。因此，两个传感器元件的反射的光输出的部分被滤波到不同的程度。布拉格波长和滤波器边缘优选地彼此适配，以使得在所承担的负载期间，光纤布拉格光栅的反射峰相应地不移位到另一滤波器边缘。以这种方式，在两个传感器位置处的剪切应力的差变得非常大时，最小和最大值(代数符号根据光纤布拉格光栅相对于中性光纤的定向方式取决于光纤布拉格光栅相对于中性光纤的角度定向(±45°))出现在反射的光输出的特性中。这可由比较器来数字化。为了使总输出在小变化的情况下保持不变，有利的是使光纤布拉格光栅的光谱的半高全宽(FWHM)和它们的反射率(R)是相似的。因此，在一个特别有利的变型中，两个光纤布拉格光栅的反射峰的半高全宽相差小于0.5nm，且所述光栅的反射率相差小于20％。除此之外，与滤波器边缘中的工作点(优选中心位置)的偏差应该是小的，通常<1nm。否则，在最小输出之前和之后可能发生下冲和过冲，从而限制了最小可检测的负载。具有以下值的光纤布拉格光栅例如可用于在轨上检测列车轴：λ1＝1541.9nm，R1＝45％，FWHM1＝550pm；λ2＝1550.1nm，R＝55％，FWHM＝650pm。优选地，参考信号通过传感器光纤中反射的光输出的时间强度特性来检测，且不通过光电部件对所述参考信号滤波；且将差分信号与参考信号进行比较。在根据本专利技术的方法的一个替代变型(RR思想)中，具有两个光纤布拉格光栅的传感器光纤被用于在轨方向上彼此间隔开的两个传感器位置处，所述两个光纤布拉格光栅布置成行且具有不同的布拉格波长，剪切应力差分信号通过从空载状态过渡至负载状态过程中两个光纤布拉格光栅的反射峰的光谱重叠而光学地产生。通过在信号处理单元内处理差分信号，产生(数字)轮信号。布拉格波长的移位是在传感器位置处相应地发生的剪切应力的量度。反射峰的重叠程度是剪切应力差的量度。反射峰的重叠优选在负载状态下发生。在该变型中，两个光纤布拉格光栅的布拉格波长被选择为：使得一个轨接触半部的两个光纤布拉格光栅的反射峰在负载状态下重叠。反射峰重叠得越多，反射的光就越少。因此，轨的负载被检测为最小强度。因此，在该变型中，剪切应力差分信号由于在轨负载时反射峰的重叠而产生。为此，根据本专利技术，光纤布拉格光栅的布拉格波长之间的间隔被选择为：使得在负载具有预期质量的情况下，产生反射峰的可感知的重叠、优选完全的重叠。然而，也可将间隔和半高全宽选择为：使得反射峰在空载状态下重叠且在负载期间彼此移离。在这种情况下，最大强度将在负载期间测得。该RR思想的特征在于，适配器板上的信号处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轨道车辆的计轴方法，包括以下方法步骤：·将光耦合到至少一个传感器光纤(SF，SF1，SF2)中，其中，所述传感器光纤(SF，SF1，SF2)包括安装在轨(T)上的至少一个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)，每个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)均具有反射光谱，所述反射光谱具有反射峰(P1，P2)，所述反射峰(P1，P2)在布拉格波长(λ1，λ2)处并具有半高全宽(FWHM)，·检测由彼此间隔开的两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)反射的光；·产生剪切应力差分信号；·如果剪切应力差分信号超过预定的上限值(G)或低于预定的下限值(G)，就在信号处理单元内产生轮信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.20 EP 15160078.01.一种用于轨道车辆的计轴方法，包括以下方法步骤：·将光耦合到至少一个传感器光纤(SF，SF1，SF2)中，其中，所述传感器光纤(SF，SF1，SF2)包括安装在轨(T)上的至少一个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)，每个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)均具有反射光谱，所述反射光谱具有反射峰(P1，P2)，所述反射峰(P1，P2)在布拉格波长(λ1，λ2)处并具有半高全宽(FWHM)，·检测由彼此间隔开的两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)反射的光；·产生剪切应力差分信号；·如果剪切应力差分信号超过预定的上限值(G)或低于预定的下限值(G)，就在信号处理单元内产生轮信号。2.根据权利要求1所述的计轴方法，其特征在于，分别具有两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的传感器光纤(SF)被用于在轨方向上彼此间隔开的两个传感器位置(SS1，SS2)处，所述两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)布置成行且具有不同的布拉格波长(λ1，λ2)，且剪切应力差分信号在信号处理单元(SV)内借助于光电部件(OEC)通过传感器光纤(SF)中反射的光输出的时间强度特性在光电部件(OEC)的波长滤波器的两个滤波器边缘(K1，K2)处借助于光电部件(OEC)被滤波而光学地产生，所述滤波器边缘(K1，K2)分别处于光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的布拉格波长(λ1，λ2)中的一个的范围内，且具有带不同的代数符号的梯度，且滤波后的强度特性被检测为差分信号，且通过在信号处理单元内处理差分信号而产生轮信号。3.根据权利要求2所述的计轴方法，其特征在于，所述两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的反射峰(P1，P2)的半高全宽相差小于0.5nm，所述光栅的反射率(R)相差小于20％。4.根据权利要求2所述的计轴方法，其特征在于，参考信号由传感器光纤(SF)中反射的光输出的时间强度特性来检测，且不通过光电部件(OEC)对所述参考信号滤波；将差分信号与参考信号进行比较。5.根据权利要求1所述的计轴方法，其特征在于，具有两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的传感器光纤(SF)被用于在轨方向上彼此间隔开的两个传感器位置(SS1，SS2)处，所述两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)布置成行且具有不同的布拉格波长(λ1，λ2)，且剪切应力差分信号通过从空载状态过渡至负载状态过程中所述两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的反射峰(P1，P2)的光谱重叠而光学地产生。6.根据权利要求5所述的计轴方法，其特征在于，反射峰在负载状态下重叠。7.根据权利要求1所述的计轴方法，其特征在于，使用分别具有一个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的两个传感器光纤(SF1，SF2)，不同传感器光纤(SF1，SF2)的光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)布置于在轨方向上彼此间隔开的相应的传感器位置(SS1，SS2)处，且对于每个传感器光纤(SF1，SF2)，由传感器光纤(SF1，SF2)中的光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)反射的光输出的时间强度特性的滤波信号通过在光电部件(OEC)的波长滤波器的每个滤波器边缘(K1，K2)处滤波而在信号处理单元(SV)内产生为剪切应力差分信号，且所述两个光纤布拉格光栅(FBG1，FBG2)的剪切应力差分信号通过微控制器(MC)电子地产生。8.根据权利要求7所述的计轴方法，其特征在于，参考信号由传感器光纤(SF)中反射的光输出的时间强度特性来检测，且不通过光电部件(OEC)对所述参考信号滤波；剪切应力信号由被滤波的信号与参考信号比来确定。9.根据前述权利要求中任一项所述的计轴方法，其特征在于，如果参考信号低于预定的第三限值，就确认出现故障。10.一种用于实施根据权利要求2所述的方法的计轴装置，包括：光源(L)，至少一个计数单元(ZP)，其中，每个计数单元(ZP)均包括两个轨接触半部(SK1，SK2)，以用于安装在轨(T)上，其中，每个轨接触半部(SK1，SK2)均包括：-传感器光纤(SF)，其包括具有第一布拉格波长(λ1)的第一光纤布拉格光栅(FBG1)和具有第二布拉格波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·奥尔德维泰尔，R·克莱姆，M·米勒，
申请(专利权)人：塔莱斯管理与服务德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE