Волноводно-оптический датчик мониторинга железнодорожного пути

Изобретение относится к средствам контроля и диагностики и может быть использовано как отдельное самостоятельное устройство. Волоконно-оптический датчик мониторинга железнодорожного пути содержит формирователь импульсов, один передающий и n приемных оптических волноводов. Оптические волноводы укладываются вдоль контролируемого железнодорожного пути между подошвой рельса и поверхностью шпал, а между передающим и приемными оптическими волноводами реализовано m точек оптической связи, обеспечивающих прохождение оптических импульсов из передающего в приемные оптические волноводы при наличии механического воздействия в точке оптической связи. Определение номера точки оптической связи осуществляется по сдвигу фазы оптического импульса, принимаемого приемным оптическим волноводом. Изобретение позволяет определить наличие подвижных единиц на контролируемом участке железнодорожного пути, а также контролировать техническое состояние элементов верхнего строения железнодорожного пути. 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам контроля и диагностики и может быть использовано как отдельное самостоятельное устройство, так как позволяет определить наличие подвижных единиц на контролируемом участке железнодорожного пути либо быть частью общей системы диспетчерского управления движением поездов и для контроля технического состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути. Целью описываемого датчика является определение наличия подвижных единиц в зоне контроля (функциональный аналог рельсовых цепей, плюс контроль отцепа в пути) и своевременное выявление предотказного состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути в режиме реального времени без ограничений по скорости движения поездов.

Известные способы определения наличия подвижных единиц на железнодорожном пути и выявления неисправного состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути представляют собой совершенно разные технологические процессы, осуществляемые разными способами и разной элементной базой.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является датчик-ответвитель "КОБРА", который служит для направленного ответвления оптической мощности [Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. - М.: Радио и связь, 1985. - 190 с.: ил. стр.106].

Недостатком данного устройства является ограниченное количество точек сканирования и невозможность определения в этих точках направления внешнего воздействия, что сильно ограничивает их практическое применение.

Заявленное устройство направлено на решение задачи определения наличия подвижных единиц на железнодорожном пути и мониторинга технического состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути в режиме реального времени.

Поставленная задача возникает при разработке и создании необслуживаемых систем диагностики, которые могут включаться в вычислительно-управляющие комплексы, выполненные по кремниевой или чисто оптической технологии и позволяющие обрабатывать информацию в режиме реального времени.

Сущность устройства заключается в определении места возмущений (наличие подвижной единицы или искривление профиля пути), направления возникшего возмущения и его силы.

Устройство (см. чертеж) состоит из формирователей солитонных импульсов 1₁ и 1₂, одного передающего оптического волновода 5, приемных оптических волноводов 3₁, 3₂ ... 3_n, точек оптической связи 4₁, 4₂ ... 4_n и сигнальных обработчиков 2₁, 2₂ ... 2_n. Поставленные задачи решаются путем передачи оптических импульсов, которые при определенных условиях перетекают из передающего оптического волновода 5 в приемные оптические волноводы 3₁, 3₂ ... 3_n. Тело датчика представляет собой набор оптических волноводов 5, 3₁, 3₂ ... 3_n, собранных в сплетенную косичку, которая, в свою очередь, укладывается вдоль контролируемого железнодорожного пути между подошвой рельса и поверхностью шпал в канавках резиновых подкладок.

В местах, где появляются подвижные единицы, рельсы будут давить на шпалы и тело датчика, что вызовет, в свою очередь, сближение передающего оптического волновода 5 с приемными 3₁, 3₂ ... 3_n в точках оптической связи 4₁, 4₂ ... 4_n, а это повлечет за собой прохождение оптических импульсов из передающего оптического волновода в приемный, так как при столкновении в этих точках оптических импульсов суммарная интенсивность возникшего единичного импульса возрастет. Далее процесс будет повторяться для каждой такой точки, которая будет подвержена давлению со стороны подвижной единицы, при этом в этих точках будут сталкиваться оптические импульсы.

При отсутствии подвижных единиц рельс не давит на тело датчика с требуемым усилием, что не вызовет сближение передающего оптического волновода 5 с приемными 3₁, 3₂ ... 3_n в известных точках 4₁, 4₂ ... 4_n, следовательно, прохождение оптических импульсов не произойдет. При проседании или выбросе железнодорожного пути произойдет аналогичное воздействие на тело датчика, подобное наличию подвижной единицы.

Различение ситуаций, когда на контролируемом участке находится подвижная единица или произошел выброс контролируемого участка пути, происходит на основе анализа принятого оптического импульса, который зависит от направления воздействия и силы приложенного внешнего воздействия. Так для случая прохождения подвижными единицами контролируемого участка в приемных волноводах 3₁, 3₂ ... 3_n будут формироваться оптические импульсы, частота повторения и амплитуда которых будет отличаться от импульсов, образованных в приемных волноводах 3₁, 3₂ ... 3_n при наличии выброса пути.

Направление воздействия внешней силы на тело датчика определяется за счет заранее известного расположения приемных волноводов 3₁, 3₂... 3_n относительно передающего волновода 5. Таким образом, зная с каких приемных волноводов 3₁, 3₂ ... 3_n считываются оптические импульсы, определяется направление воздействия в заданных точках сканирования, а по интенсивности принятых оптических импульсов и времени их захвата определяется сила воздействия и место воздействия.

Волоконно-оптический датчик мониторинга железнодорожного пути, отличающийся тем, что он содержит формирователь импульсов, один передающий и n приемных оптических волноводов, при этом оптические волноводы укладываются вдоль контролируемого железнодорожного пути между подошвой рельса и поверхностью шпал, а между передающим и приемными оптическими волноводами реализовано m точек оптической связи, обеспечивающих прохождение оптических импульсов из передающего в приемные оптические волноводы при наличии механического воздействия в точке оптической связи, причем определение номера точки оптической связи осуществляется по сдвигу фазы оптического импульса, принимаемого приемным оптическим волноводом.