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轨道交通车体焊缝健康监测系统

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轨道交通车体焊缝健康监测系统

  1.产品背景
  随着现代轨道交通向着高速、载荷方向的发展,轨道车辆的速度及运载能力得到了大幅度的提高,同时本大规模应用的电子传感器也面临着日趋严重的电磁系统干扰,而轨道交通车体焊缝健康监测系统是一种可以安装在时速350公里高速铁路、时速160公里的普通铁路、城际快线和时速80公里的地铁在内的对轨道交通的车体动态结构形变进行实时监测和预警的光纤传感系统。
  2.方案内容
  轨道交通车体焊缝健康监测系统采用光纤传感技术,该技术具有抗高频振动、抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀性的优点,系统以FBGA嵌入式核心主板为系统架构,集成应用多功能传感器技术、低失真抗混滤波器技术、共振解调技术、小波分析技术、专家诊断技术等,对车体的关键部位的形变和振动进行全面监测及诊断,并对故障进行早期预警和精确定位,从而为轨道车辆的安全运行提供了坚实的技术保障。
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图1:车体焊缝监测系统示意图
  3.解决问题
  轨道交通车体焊缝健康检测系统可对轨道交通车体结构的焊缝进行实时监测和预警。研究空气动力学、载客量、时速和轨道之间的动态关联所给车体重要结构部件,如枕梁与牵引梁连接处三角补强板焊缝、枕梁补强与地板枕梁内侧焊缝、枕梁补强与地板枕梁外侧焊缝、客室门机构锁紧装置附近门立柱焊缝,以及枕梁型材熔合口位置的焊缝等部位。
  4.比较优势
  相较于传统的压电传感技术,本司的光纤传感技术具有如下优势:
表1:智能光纤传感技术与压电传感技术对比

 

智能光纤传感技术

压电传感技术

主要技术

FBG光纤传感器+存算一体智能专家诊断系统

电子压电式传感器

可以直接对反馈的光信号输出及提取异常信息,并可以智能深度学习

需要大量数据及经验积累,不能深度学习

传感器

光纤传感器为无源探测,抗电磁干扰和微波损毁 

传感器需恒流电压源供电,传输线为电缆,电磁干扰

硅基MEMS光学芯片性能稳定,长期使用无需校准

温度为铂电阻或热电偶,应变为压电晶体,性能易衰退,需逐年标定

波长编码的光信号输出,属于数字量

电压输出,抗干扰差

传输网络

传感器和采集节点光纤无损传输距离达10公里,传感器之间和节点之间全同步;线缆数量少,体积和重量同比减少70%以上,易于组网

以太网或CAN总线,电缆粗,不能嵌入到车厢壁面上,且传输距离短,不易组网

信息采集节点

低延迟相变存储实现前端存算一体节点;可连续工作:提供特征值/故障信息/维修建议;信号采集节点内置专家系统及知识库

前置预处理,有延迟

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