基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统技术方案

本发明专利技术的一种基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统涉及一种温度测量装置，具体涉及用于列车车轮和车轴的温度监测系统。目的是为了克服传统的列车轮温轴温监测系统结构复杂、易受到电磁辐射和干扰，非接触式的红外测温方式容易受到干扰以及电子式轴温传感器测温范围有限的问题，包括光纤光栅轮温传感器，光纤光栅轴温传感器，光纤光栅外部环境温度传感器和光纤光栅轮温轴温数据采集模块，本发明专利技术测温范围宽，抗干扰，精度高，防风、防水能力强，长期使用稳定性好；传感器结构简单，令列车轮温轴温监测系统的结构精简、便于安装；可以对车轮和车轴的温度状态实时监测，提前对故障分析预判，提高列车运行的安全性。

On line monitoring system of train shaft temperature and wheel temperature based on Fiber Bragg grating

The invention relates to a temperature measuring device, in particular to a temperature monitoring system for train wheels and axles. The purpose is to overcome the problems of complex structure, electromagnetic radiation and interference, non-contact infrared temperature measurement and limited temperature measurement range of electronic temperature sensor, including fiber Bragg grating wheel temperature sensor, fiber Bragg grating axial temperature sensor, fiber Bragg grating axial temperature sensor and fiber Bragg grating. The external environment temperature sensor and the fiber grating wheel temperature axle temperature data acquisition module have the advantages of wide temperature measuring range, anti-interference, high precision, strong wind-proof and waterproof ability, and good long-term stability; simple structure of the sensor makes the structure of the train wheel temperature axle temperature monitoring system simple and easy to install; and can be used for the wheel and axle. Real time monitoring of temperature status, early prediction of fault analysis and improvement of train operation safety.

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统
本专利技术涉及一种温度测量装置，具体涉及用于列车车轮和车轴的温度监测系统。
技术介绍
近年来，随着科技的进步，铁路列车的速度越来越快，载重越来越重，用以满足国民经济的快速发展的需要，随着速度的提升和载重的增加，列车的安全性能要求也越来越高。车轴和车轮是保证车辆运行的重要部件，当列车正常行驶时，刹车片和车轮处于打开状态，如果刹车片和车轮处于闭合状态就会引起相互摩擦，会导致车轮的严重磨损，引起摩擦生热，当磨损严重时，会产生大量非正常发热，轻则导致车轮变形，重则造成列车出轨现象；当车轴与轴承之间相互摩擦增加，会导致车轴和轴承的严重磨损，同时会导致摩擦生热。当磨损严重时，会产生大量非正常发热，轻则导致车体变形，重则造成切轴、燃轴，导致列车出轨现象。因此如果不能及时对故障发出警告及检修，甚至会导致列车脱轨等重大事故，危及旅客的生命和财产安全。目前传统的接触式电子测温传感器，在测量轮温时无法安装在高速旋转的车轮上，而采用非接触式的红外测温方式又容易受到灰尘风沙等因素的干扰，影响测温效果，甚至不能正常工作；同时，电子式轴温传感器测温范围有限。并且传统的列车轮温轴温监测系统结构复杂，电子式传感器容易受到外界环境因素的影响，导致测温不准确，引起误报，如列车快速运行时产生的电磁辐射和干扰，高速气流吹在传感器表面使测得温度低于实际温度等，同时高低温交替变化、防水和抗震等导致传感器使用寿命短。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服传统的列车轮温轴温监测系统易受到电磁辐射和干扰的问题，提供了一种基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统。本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，包括正整数个光纤光栅轮温传感器安装在车轴处，用于实时采集车轴的温度；正整数个光纤光栅轴温传感器安装在车厢上且朝向车轮，用于实时采集车轮的温度；光纤光栅外部环境温度传感器安装在车厢的外部，用于实时采集外部环境温度；和光纤光栅轮温轴温数据采集模块，用于提供光纤光栅轮温传感器、光纤光栅轴温传感器和光纤光栅外部环境温度传感器的工作光源；接收光纤光栅轮温传感器、光纤光栅轴温传感器和光纤光栅外部环境温度传感器反射的车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号；并处理和解调车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号得到光纤光栅轮温传感器、光纤光栅轴温传感器和光纤光栅外部环境温度传感器当前对应的中心波长。本专利技术的有益效果是：1)光纤光栅轮温传感器、光纤光栅轴温传感器和光纤光栅外部环境温度传感器均采用光纤光栅作为测温元件，测温范围宽，抗干扰，精度高，防风、防水能力强，长期使用稳定性好；2)传感器结构简单，令列车轮温轴温监测系统的结构精简、便于安装；3)光纤光栅温度传感器安装列车车厢外，用于测量环境温度，对轮温传感器和轴温传感器进行实时温度补偿，增加整个系统的测量精度，并且可以对车轮和车轴的温度状态实时监测，提前对车轮和车轴发热类故障分析预判准确率达到近100％，提高列车运行的安全性。附图说明图1为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统模块结构示意图；图2为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的光纤光栅轮温传感器的结构示意图；图3为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的光纤光栅轮温传感器的侧视剖视结构示意图；图4为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的光纤光栅轴温传感器的结构示意图；图5为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的光纤光栅轴温传感器的侧视剖视结构示意图；图6为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的位于单个车厢上的整体布局示意图；图7为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的在各个转向架上的布局示意图；图8为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的温度控制电路的电路图；图9为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的恒流驱动电路的电路图；图10为本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统的光电转换电路的电路图。具体实施方式具体实施方式一如图1所示，本专利技术的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，包括正整数个光纤光栅轮温传感器1安装在车轴处，用于实时采集车轴的温度；正整数个光纤光栅轴温传感器2安装在车厢上且朝向车轮，用于实时采集车轮的温度；光纤光栅外部环境温度传感器3安装在车厢的外部，用于实时采集外部环境温度；和光纤光栅轮温轴温数据采集模块4，用于提供光纤光栅轮温传感器1、光纤光栅轴温传感器2和光纤光栅外部环境温度传感器3的工作光源；接收光纤光栅轮温传感器1、光纤光栅轴温传感器2和光纤光栅外部环境温度传感器3反射的车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号；并处理和解调车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号得到光纤光栅轮温传感器1、光纤光栅轴温传感器2和光纤光栅外部环境温度传感器3当前对应的中心波长。光纤传感技术自70年代问世起，受到业界的广泛关注，光纤光栅传感器具有体积小，精度高，抗腐蚀，灵敏度高，使用寿命长，抗电磁干扰，不需供电等优点，广泛用于石油化工、隧道火灾、桥梁结构、铁路安全监测等领域。光纤光栅传感器的解调原理是光纤光栅的中心波长受外界因素的影响发生变化，只需知道光纤光栅的中心波长的变化量即可知道外界因素的变化，因此光纤光栅解调系统是光纤光栅传感技术的关键。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。光纤光栅轮温传感器1、光纤光栅轴温传感器2和光纤光栅外部环境温度传感器3中均采用光纤光栅结构，反射的中心波长能够根据外界的温度灵敏变化，最终通过光纤光栅轮温轴温数据采集模块4解调得到各个光信号的中心波长，从而得出所测得的温度。具体实施方式二本具体实施方式二与具体实施方式一的区别在于，光纤光栅轮温传感器1包括轮温传感器壳体5、玻璃窗体6、车轮测温光纤光栅7和黑体结构8；轮温传感器壳体5的一个侧壁密封设有玻璃窗体6；轮温传感器壳体5内横向设有片状的金属基体9，该金属基体9的其中一面朝向玻璃窗体6、且与玻璃窗体6之间填充有黑体结构8；金属基体9的另一面固定有车轮测温光纤光栅7，该车轮测温光纤光栅7位于轮温传感器壳体5内、且车轮测温光纤光栅7的车轮温度光信号输出端通过光缆与光纤光栅轮温轴温数据采集模块4的光信号输入输出端连接。其中，如图2和图3所示，车轮测温光纤光栅7封装在金属基体9上并通过光缆引出，铠装光缆前端安装密封胶塞，金属基体9上表面紧紧贴在黑体结构8上，并在两者接触面涂抹导热硅脂，轮温传感器壳体5的表面开一个窗口，并将玻璃窗体6安装在窗口上。轮温传感器壳体5还设有一个盖板26用于遮盖，可以先将固定好的车轮测温光纤光栅7，黑体结构8和金属基体9安装在车轮测温光纤光栅7内，然后再将盖板26通过紧固螺丝固定安装在轮温传感器壳体5上。车轮测温光纤光栅7封装在金属基体9上，金属基体9对光纤光栅不仅起到保护作用，而且对光纤光栅轮温传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，包括正整数个光纤光栅轮温传感器(1)安装在车轴处，用于实时采集车轴的温度；正整数个光纤光栅轴温传感器(2)安装在车厢上且朝向车轮，用于实时采集车轮的温度；光纤光栅外部环境温度传感器(3)安装在车厢的外部，用于实时采集外部环境温度；和光纤光栅轮温轴温数据采集模块(4)，用于提供光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)的工作光源；接收光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)反射的车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号；并处理和解调车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号得到光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)当前对应的中心波长。

【技术特征摘要】
1.基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，包括正整数个光纤光栅轮温传感器(1)安装在车轴处，用于实时采集车轴的温度；正整数个光纤光栅轴温传感器(2)安装在车厢上且朝向车轮，用于实时采集车轮的温度；光纤光栅外部环境温度传感器(3)安装在车厢的外部，用于实时采集外部环境温度；和光纤光栅轮温轴温数据采集模块(4)，用于提供光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)的工作光源；接收光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)反射的车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号；并处理和解调车轮温度光信号、车轴温度光信号和外部环境温度光信号得到光纤光栅轮温传感器(1)、光纤光栅轴温传感器(2)和光纤光栅外部环境温度传感器(3)当前对应的中心波长。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，光纤光栅轮温传感器(1)包括轮温传感器壳体(5)、玻璃窗体(6)、车轮测温光纤光栅(7)和黑体结构(8)；轮温传感器壳体(5)的一个侧壁密封设有玻璃窗体(6)；轮温传感器壳体(5)内横向设有片状的金属基体(9)，该金属基体(9)的其中一面朝向玻璃窗体(6)、且与玻璃窗体(6)之间填充有黑体结构(8)；金属基体(9)的另一面固定有车轮测温光纤光栅(7)，该车轮测温光纤光栅(7)位于轮温传感器壳体(5)内、且车轮测温光纤光栅(7)的车轮温度光信号输出端通过光缆与光纤光栅轮温轴温数据采集模块(4)的光信号输入输出端连接。3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，金属基体(9)的另一面与轮温传感器壳体(5)内壁之间填充有保温结构(10)。4.根据权利要求2或3所述的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，光纤光栅轮温传感器(1)固定在车厢的转向架上、且光纤光栅轮温传感器(1)的玻璃窗体(6)正对车轮；光纤光栅轮温传感器(1)与车轮一一对应。5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的列车轴温轮温在线监测系统，其特征在于，光纤光栅轴温传感器(2)包括探头(11)、保温壳(12)、导热柱(13)、导热基体(14)和车轴测温光纤光栅(15)；柱状的探头(11)的外壁设有螺纹、内部设有空腔，该探头(11)的空腔端与柱状的保温壳(12)密封固定构成轴温传感器壳体；轴温传感器壳体中设有导...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕国辉，王亮，
申请(专利权)人：哈尔滨博检精测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23