Functional sample of micro-bending sensor

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27240%2F21%3A10247578" target="_blank" >RIV/61989100:27240/21:10247578 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="https://cdrive.vsb.cz/index.php/s/HBS5CAjdbowbbGR" target="_blank" >https://cdrive.vsb.cz/index.php/s/HBS5CAjdbowbbGR</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Funkční vzorek mikroohybového senzoru

Original language description

Jedná se o nový typ optovláknového senzoru vhodného především pro dynamickou detekci kolejových vozidel. Předkládaný senzor pracuje na principu mikroohybového optovláknového senzoru. Pro správnou funkci senzoru je nutné, aby byl umístěn na podkladnici (místo konvenční pryžové podložky), přičemž podkladnice se umísťuje na konvenční pražce a slouží pro uchycení kolejnice. Mikroohybový senzor je realizován metodou 3D tisku z materiálu polyethylentereftalát glykol (PETG). V senzoru je drážka realizovaná metodou 3D tisku, ve které je pravidelně rozmístěno 12 deformačních zón. V drážce je vedeno multimódové (MM) optické vlákno se sekundární ochranou. Při průjezdu kolejového vozidla tlačí deformační zóny na MM optické vlákno, což způsobuje narušení podmínky pro totální odraz a vyvázání části vedených paprsků z MM optického vlákna. To má za následek zmenšení optického výkonu na výstupu MM optického vlákna. Průjezd kolejového vozidla je detekován změnou optického výkonu na výstupu MM optického vlákna. MM optické vlákno je opatřeno konektory, přičemž jeden z konektorů je připojen ke zdroji infračerveného (IR) záření a druhý konektor je připojený k fotodetektoru. Toto připojení konektorů je možno vzájemně zaměnit bez negativního vlivu na funkčnost mikroohybového senzoru. Vlnová délka využitého IR záření odpovídá oblastem přenosových oken MM vláken a nachází se v okolí středních vlnových délek 850 nm a 1300 nm. Senzor byl umístěn mezi dvě polyuretanové pryže (PU) o tvrdosti 80oShA, a je uzpůsoben k umístění do speciálního pouzdra nahrazujícího pryžovou podložku pod kolejnicí. Při průjezdu kolejového vozidla přes tento senzor se na jeho výstupu zobrazí odezvy související s jednotlivými podvozky kolejového vozidla a zároveň jsou zaznamenána jednotlivá dvojkolí. V případě využití dvou senzorů umístěných pod kolejnicí v definované vzdálenosti je možné určit rychlost a směr projíždějícího kolejového vozidla z odezvy těchto senzorů, a to téměř v reálném čase. Zastavení kolejového vozidla lze určit v hlídaném perimetru mezi dvěma senzory. Zastavení v tomto perimetru je detekováno v případě nerovnosti počtu podvozků kolejového vozidla zaznamenaných prvním a druhým senzorem. Příklad uspořádání detekčního systému s dvojicí mikroohybových senzorů vymezujících hlídaný perimetr je prezentován na obrázku 3. Přidaná hodnota předkládaného funkčního vzorku mikroohybového senzoru spočívá v možnosti jednoduché detekce průjezdu kolejových vozidel kritickými místy, mezi které patří např. výhybky, křížení železniční a silniční komunikace, tunel apod. Mezi další výhody tohoto senzoru patří jeho odolnost vůči elektromagnetické interferenci (EMI). Díky metodě 3D tisku je možné vyrábět předmět ochrany (mikroohybový senzor) snadno, rychle, opakovatelně, přesně a zároveň jako low-cost variantu.

Czech name

Funkční vzorek mikroohybového senzoru

Czech description

Jedná se o nový typ optovláknového senzoru vhodného především pro dynamickou detekci kolejových vozidel. Předkládaný senzor pracuje na principu mikroohybového optovláknového senzoru. Pro správnou funkci senzoru je nutné, aby byl umístěn na podkladnici (místo konvenční pryžové podložky), přičemž podkladnice se umísťuje na konvenční pražce a slouží pro uchycení kolejnice. Mikroohybový senzor je realizován metodou 3D tisku z materiálu polyethylentereftalát glykol (PETG). V senzoru je drážka realizovaná metodou 3D tisku, ve které je pravidelně rozmístěno 12 deformačních zón. V drážce je vedeno multimódové (MM) optické vlákno se sekundární ochranou. Při průjezdu kolejového vozidla tlačí deformační zóny na MM optické vlákno, což způsobuje narušení podmínky pro totální odraz a vyvázání části vedených paprsků z MM optického vlákna. To má za následek zmenšení optického výkonu na výstupu MM optického vlákna. Průjezd kolejového vozidla je detekován změnou optického výkonu na výstupu MM optického vlákna. MM optické vlákno je opatřeno konektory, přičemž jeden z konektorů je připojen ke zdroji infračerveného (IR) záření a druhý konektor je připojený k fotodetektoru. Toto připojení konektorů je možno vzájemně zaměnit bez negativního vlivu na funkčnost mikroohybového senzoru. Vlnová délka využitého IR záření odpovídá oblastem přenosových oken MM vláken a nachází se v okolí středních vlnových délek 850 nm a 1300 nm. Senzor byl umístěn mezi dvě polyuretanové pryže (PU) o tvrdosti 80oShA, a je uzpůsoben k umístění do speciálního pouzdra nahrazujícího pryžovou podložku pod kolejnicí. Při průjezdu kolejového vozidla přes tento senzor se na jeho výstupu zobrazí odezvy související s jednotlivými podvozky kolejového vozidla a zároveň jsou zaznamenána jednotlivá dvojkolí. V případě využití dvou senzorů umístěných pod kolejnicí v definované vzdálenosti je možné určit rychlost a směr projíždějícího kolejového vozidla z odezvy těchto senzorů, a to téměř v reálném čase. Zastavení kolejového vozidla lze určit v hlídaném perimetru mezi dvěma senzory. Zastavení v tomto perimetru je detekováno v případě nerovnosti počtu podvozků kolejového vozidla zaznamenaných prvním a druhým senzorem. Příklad uspořádání detekčního systému s dvojicí mikroohybových senzorů vymezujících hlídaný perimetr je prezentován na obrázku 3. Přidaná hodnota předkládaného funkčního vzorku mikroohybového senzoru spočívá v možnosti jednoduché detekce průjezdu kolejových vozidel kritickými místy, mezi které patří např. výhybky, křížení železniční a silniční komunikace, tunel apod. Mezi další výhody tohoto senzoru patří jeho odolnost vůči elektromagnetické interferenci (EMI). Díky metodě 3D tisku je možné vyrábět předmět ochrany (mikroohybový senzor) snadno, rychle, opakovatelně, přesně a zároveň jako low-cost variantu.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20201 - Electrical and electronic engineering

Project

<a href="/en/project/CK01000098" target="_blank" >CK01000098: The unique fiber-optic sensor for detecting rail vehicles</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2021

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

010/25-06-2021_F

Numerical identification

Smlouva o využití výsledku bude uzavřena později.

Technical parameters

Mikroohybový senzor (vztahová značka A) je realizován metodou 3D tisku z materiálu PETG. Hlavní rozměry mikroohybového senzoru (vztahová značka A) jsou následující: 152 mm × 114 mm × 1,5 mm. Díky těmto rozměrům je uzpůsoben k umístění do speciálního pouzdra nahrazujícího pryžovou podložku. V senzoru je metodou 3D tisku realizována drážka (vztahová značka B) o hloubce 1 mm a šířce 1 mm, přičemž spodní polovina drážky má polokruhový tvar. V drážce je 12 deformačních zón (vztahová značka C), přičemž každá jednotlivá deformační zóna má výšku 0,6 mm a šířku základny 1,3 mm. Deformační zóny mají polokruhový tvar. Přesné rozmístění deformačních zón je obsahem obrázku 1. V drážce je umístěno MM optické vlákno (vztahová značka D) o rozměrech (jádro/obal) 50/125 μm se sekundární ochranou o vnějším průměru 900 μm. Mikroohybový senzor (vztahová značka A) je umístěn pod kolejnicí (vztahová značka K) na podkladnicí (vztahová značka P) nacházející se na pražci (vztahová značka R) mezi 2 polyuretanové pryže (vztahová značka U) o tvrdosti 80°ShA. Při průjezdu kolejového vozidla (vztahová značka T) tlačí deformační zóny (vztahová značka C) na MM optické vlákno (vztahová značka D), což způsobuje narušení podmínky pro totální odraz a částečné vyvázání vedených paprsků z MM optického vlákna (vztahová značka D). To má za následek zmenšení optického výkonu na výstupu MM optického vlákna (vztahová značka D). MM optické vlákno (vztahová značka D) je opatřeno dvěma konektory (vztahová značka E), přičemž typ využitých konektorů je např. SC/PC. Jeden z konektorů je připojen ke zdroji IR záření (vztahová značka G) a druhý konektor je připojený k fotodetektoru (vztahová značka F), které jsou součástí výkonové vyhodnocovací jednotky (vztahová značka V). Toto připojení konektorů ke zdroji IR záření (vztahová značka G) a k fotodetektoru (vztahová značka F) je možno vzájemně zaměnit bez negativního vlivu na funkčnost mikroohybového senzoru. Vlnová délka využitého IR záření odpovídá oblastem přenosových oken MM optických vláken a nachází se v okolí středních vlnových délek 850 nm a 1300 nm. Výkonová vyhodnocovací jednotka (vztahová značka V) se dvěma zdroji IR záření (vztahová značka G) a se dvěma fotodetektory (vztahová značka F) může detekovat přítomnost kolejového vozidla (vztahová značka T) v hlídaném perimetru (vztahová značka H) vymezeném dvěma mikroohybovými senzory (vztahová značka A). Při průjezdu kolejového vozidla (vztahová značka T) přes mikroohybový senzor (vztahová značka A) se na jeho výstupu zobrazí odezvy související s jeho jednotlivými podvozky (vztahová značka Z) a zároveň jsou zaznamenána jeho jednotlivá dvojkolí (vztahová značka J).

Economical parameters

Výrobní cena předkládaného mikroohybového senzoru je cca 500 Kč, zatímco cena běžně používaného indukčního snímače kolejových vozidel je cca 3500 Kč

Application category by cost

—

Owner IČO

61989100

Owner name

VŠB-TUO

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

https://cdrive.vsb.cz/index.php/s/HBS5CAjdbowbbGR