[發明專利]光纖在線車輛軸承故障檢測裝置

有效

• 申請號: 201310133736.1
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103175849A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 劉盛春;陳雪峰;張金濤;張云龍;李坤
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G01N21/89
• 分類號: G01N21/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及在線車輛軸承故障檢測裝置。

背景技術

隨著國家鐵路系統的智能化升級，火車的運行速度己經得到多次提高，鐵路運輸安全受到前所未有的挑戰。在高密集、高載荷、高速度的鐵路運行過程中，車輛軸承的負荷加大，極易引起軸承疲勞、裂紋和壓痕等問題，甚至導致軸承斷裂，這樣就會給機車帶來很大的沖擊振動，甚至危及行車安全。因此，對車輛軸承運行狀態的在線檢測和對車輛軸承故障的及時預報，以便采取相應的對策加以解決，確保行車安全具有重大的作用。

近些年，鐵路用安裝壓電式加速度計提取額外沖擊振動信號，通過頻譜分析來診斷軸承故障，己經取得了一定的進展。但是，由于列車車輪的運行環境惡劣，存在電機、整流裝置等車載設備產生的強烈電磁干擾和干線電網的工頻干擾，以及測量系統和各單元電路之間的公共接地阻抗產生的嚴重干擾等諸多不利因素，對列車軸承在線狀態監測與故障診斷的準確性和可靠性受到一定的限制。Sky?Eye?Railway?Sefvices公司研制的SkyEye故障檢測儀安裝在車輛、集裝箱車或機車上，能檢測超速碰撞、轉向架蛇行、上下震動或溫度或壓力變化這樣的狀態。其檢測數據通過全球衛星定位系統(GPS)傳遞給數據管理中心，數據管理中心將數據進行處理。如果車輛配件或運載的貨物出現緊急事故征兆時，該系統還可將警報直接傳送給客戶或鐵路管理部門。但是這種方法不能在線測量，需要每臺車輛安裝一個，造價太高，不適合推廣。由此可見，用傳統傳感激光和CCD傳感器，一般精度不高，對一些小的故障無法診斷;利用振動傳感器可以對輪對和軸承的故障從損傷本質產生的沖擊力、加速度探測出發，來判斷故障;這些方法都受到電機等車載設備和電網通信信號的干擾，使得有用信號被大量埋沒在噪聲中，也不是太理想。

光纖光柵(nber?Bragg?grating)傳感器不受電磁干擾、體積小(對監測物結構幾乎無任何影響)，重量輕，壽命長(＞20年)，波長編碼，不受光強度波動影響，單根光纖可實現大量光纖光柵傳感器復用，易于組網，光纖可延深長度達100km。且一根光纖可同時對車輛的應變、溫度等信息同時監測。這些優點便其成為鐵路安全監測的最理想傳感材料。美國運輸研究委員2005年年度報告中將光纖傳感作為最有發展前途的安全監測技術。美國伊利諾大學(UIUC)的S.L.Chuang等人受到美國鐵路協會以及國家科學院的交通研究委員會資助研制利用光纖時域反射測量和光纖微彎損耗對鐵軌損傷以及車輪故障進行24小時實時監測，但是由于利用光纖強度進行監測，光強度受到偏振、相位等很多物理量影響，使得此技術雖然實現了實時監測，但精度不高，很難推廣。我國也特別重視光纖傳感技術的發展，并對該領域做出了大力的扶持。香港理工大學譚華耀和加拿大MOI公司聯合開發了光纖光柵重量和速度測量系統，通過埋植在鐵軌上的光纖光柵傳感器測量的應力和振動追溯到車輛ID-身份識別，根據傳感器應變和輪子間的距離計算車體的速度和重量。但是他們都沒有解決重載鐵軌的實時健康監測。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有車輛軸承故障測量裝置易受電機等車載設備和電網通訊信號的干擾，重載鐵軌的實時健康監測精度低的問題，提供一種光纖在線車輛軸承故障檢測裝置。

光纖在線車輛軸承故障檢測裝置，它包括傳感器、A/D轉換器、信號處理系統、光電探測器、寬帶光源、波分復用器、耦合器、掃描干涉儀和信號發生器，傳感器的傳感信號的輸出端與波分復用器的傳感信號的輸入端連通，寬帶光源的輸出端與波分復用器的激光的輸入端連通，波分復用器的輸出端與耦合器的一個信號輸入端連通，耦合器的另一個信號輸入端與掃描干涉儀的信號輸出端連通，信號發生器的輸出端與掃描干涉儀的信號輸入端連通，耦合器的信號輸出端與光電探測器的信號輸入端連通，光電探測器的信號輸出端與A/D轉換器的輸入端連通，A/D轉換器的輸出端與信號處理系統的信號輸入端連通;傳感器由基底盒上蓋、基底盒、懸臂梁和光纖布拉格光柵組成，懸臂梁為等腰三角形板，光纖布拉格光柵固接在懸臂梁的上表面的中線上，基底盒的內腔體中設有階臺，懸臂梁下表面的底端部固接在所述階臺的上表面，基底盒上蓋與基底盒固接為封閉的箱體，基底盒的側壁開有通透的孔洞，光纖通過所述孔洞連接在光纖布拉格光柵的傳感信號的輸出端，傳感器固接在軸箱蓋的外表面上。