Funkční vzorek mikroohybového senzoru

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

<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

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Funkční vzorek mikroohybového senzoru

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

Functional sample of micro-bending sensor

Popis výsledku anglicky

This is a new type of fiber optic sensor suitable primarily for dynamic detection of rail vehicles. The presented sensor works on the principle of a micro-bending optical fiber sensor. For the sensor to function properly, it must be placed on a base (instead of a conventional rubber pad), and the base is placed on a conventional sleeper and serves to hold the rail. The micro-bending sensor is realized by the 3D printing method from the material polyethylene terephthalate glycol (PETG). There is a groove in the sensor realized by the 3D printing method, in which 12 deformation zones are regularly placed. A multimode (MM) optical fiber with secondary protection is guided in the groove. During the passage of the rail vehicle, the deformation zones push on the MM optical fiber, which causes a disturbance of the condition for total reflection and untying of a part of the guided rays from the MM optical fiber. This results in a reduction in the optical power at the output MM of the optical fiber. The passage of the rail vehicle is detected by a change in the optical power at the output MM of the optical fiber. The MM optical fiber is provided with connectors, one of the connectors being connected to an infrared (IR) radiation source and the other connector being connected to a photodetector. This connector connection can be interchanged without adversely affecting the functionality of the micro-bending sensor. The wavelength of the IR radiation used corresponds to the transmission window areas of the MM fibers and is located in the vicinity of the mean wavelengths of 850 nm and 1300 nm. The sensor was placed between two polyurethane rubbers (PU) with a hardness of 80 o ShA, and is adapted to be placed in a special housing replacing the rubber pad under the rail. When the rolling stock passes through this sensor, the responses related to the individual bogies of the rolling stock are displayed on its output and the individual wheelsets are recorded at the same time. In the case of using two sensors located under the rail at a defined distance, it is possible to determine the speed and direction of the passing rail vehicle from the response of these sensors, almost in real time. The stopping of the rolling stock can be determined in the monitored perimeter between the two sensors. A stop in this perimeter is detected in the event of an uneven number of rolling stock bogies detected by the first and second sensors. An example of an arrangement of a detection system with a pair of micro-bending sensors defining a monitored perimeter is presented in Figure 3. The added value of the presented functional sample of the micro-bending sensor lies in the possibility of simple detection of the passage of rolling stock through critical places, such as switches, railway and road crossings, tunnel, etc. Other advantages of this sensor include its resistance to electromagnetic interference (EMI). Thanks to the 3D printing method, it is possible to produce an object of protection (micro-bending sensor) easily, quickly, repeatably, accurately and at the same time as a low-cost variant.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20201 - Electrical and electronic engineering

Projekt

<a href="/cs/project/CK01000098" target="_blank" >CK01000098: Unikátní vláknově optický senzor pro detekci kolejových vozidel</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

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.

Interní identifikační kód produktu

010/25-06-2021_F

Číselná identifikace

Smlouva o využití výsledku bude uzavřena později.

Technické parametry

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).

Ekonomické parametry

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

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

61989100

Název vlastníka

VŠB-TUO

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

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