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车体结构安全监测系统

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车体结构安全监测系统

  1.产品背景
  车体结构安全监测系统监测对象为空气动力学、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,如底部框架、边框框架的纵梁、侧梁和所焊接的关键节点,带来的影响,为车体结构的优化提供基础,为车体的状态修提供依据,做到车厢结构健康实时监测及维护评估,车厢随列车行驶速度变化的动态形变量,车厢随列车载客量大小的动态形变量,列车在高速状态下的车体气动力学分析,辅助高速列车车体结构优化设计,和动态载客量实时分析并协助车站人流量管理。提高中国高速列车的总体设计水平、缩短新产品研制周期、节省巨额研制经费起着重要作用,而且直接关系到高速列车检测车的总体性能优化及总体技术指标的先进性、可靠性、安全性。
  2.方案内容
  车体结构安全监测系统以FBGA嵌入式核心主板为系统架构,使处理算法前置,具有高速、高精度、高分辨率采集数据的优势,采样频率可达2.5KHz。采用光纤应变传感器,以光纤串联或光纤并联的方式在车体上进行粘体和布线。该传感器可以实时同步采集应变信号和温度信号,为车体行车状态和结构健康寿命提供依据;采用MEMS光纤加速度传感器,传感器芯片尺寸小,质量轻,耐冲击,灵敏度高。无尘式封装在3轴加速度传感器壳体内,质心一致,可以对纵向、横向和垂向上的振动和冲击尽心实时监测,不受电子干扰。
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图 1:车体结构安全监测系统图
  3.解决问题
  车体结构安全监测系统实时监测被测物工作状态,及时发现异常,即时报警和准确的定位;有利于运营部门快速准确地采取应对措施;杜绝重大事故的发生;减轻寻线排查事故点的人力和物力;减轻运维人员的日常工作量;降低客户运行和维护成本,为客户带来经济效益。
  4.比较优势
  车体结构安全监测系统采用最先进的智能光纤传感技术,光纤传感器体积小、质量轻,几何形状可塑;无源设计,光缆内部传输的信号为光信号,无需电缆布线,无需前置处理器;传输损耗小,容量大,不受电、磁干扰,可测温度、振动、压力、加速度等多种物理量,并实时分析工作状态。
表 1:智能光纤传感技术与压电传感技术比较

比较项目

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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