Los investigadores han desarrollado nuevos sensores para medir la aceleración y la vibración en los trenes. La tecnología podría integrarse con inteligencia artificial para prevenir accidentes ferroviarios y descarrilamientos catastróficos de trenes.
"Cada año, los accidentes de tren provocan lesiones graves e incluso la muerte", dijo el líder del equipo de investigación Hwa-yaw Tam, de la Universidad Politécnica de Hong Kong. "Nuestros acelerómetros de fibra podrían usarse para el monitoreo en tiempo real de defectos en el ferrocarrilseguimiento o el tren para detectar problemas antes de que ocurra un accidente "
Los investigadores describen sus nuevos acelerómetros en la revista The Optical Society OSA Óptica Express . Los dispositivos pueden detectar frecuencias más del doble que las de los acelerómetros de fibra óptica tradicionales, lo que los hace adecuados para monitorear las interacciones rueda-riel. Los sensores duraderos no incluyen partes móviles y funcionan bien en los entornos ruidosos y de alto voltaje que se encuentran en el ferrocarrilaplicaciones.
"Además del monitoreo ferroviario, estos nuevos acelerómetros se pueden utilizar en otras aplicaciones de monitoreo de vibraciones, por ejemplo, monitoreo de salud estructural para edificios y puentes y mediciones de vibración de alas de aviones", dijo Zhengyong Liu.
detección ferroviaria totalmente óptica
Durante más de 15 años, los investigadores han estado trabajando en sistemas de monitoreo de condición que utilizan una red de detección totalmente óptica para monitorear continuamente los componentes críticos del ferrocarril. Estos sistemas pueden ayudar a reemplazar rutinas de mantenimiento ferroviario programadas ineficientes y costosas con mantenimiento predictivo basado encondiciones reales. Se han instalado sistemas desarrollados por los investigadores en Hong Kong y Singapur.
"Una red de detección totalmente óptica tiene muchas ventajas, ya que es inmune a la interferencia electromagnética, tiene una larga distancia de transmisión y los sensores no requieren electricidad", dijo Liu. "Sin embargo, hay una necesidad de sensores de fibra óptica queestán optimizados para medir diferentes parámetros en los sistemas ferroviarios ".
Los acelerómetros de fibra óptica que se usan típicamente en sistemas de monitoreo de condición se basan en rejillas de fibra Bragg FBG y no se pueden usar para detectar vibraciones superiores a 500 Hz. Aunque esto es adecuado para la mayoría de las aplicaciones ferroviarias, no se puede usar paramida las interacciones rueda-riel que son una fuente importante de desgaste de la pista.
Para superar este problema, los investigadores diseñaron un nuevo acelerómetro de fibra óptica que utiliza una fibra óptica especial conocida como fibra de cristal fotónico que mantiene la polarización que se enrolla en forma de disco de solo 15 milímetros de diámetro. La fibra en espiral espegado entre un sustrato de acero inoxidable y un bloque de masa cilíndrico. Cuando se produce una vibración, el bloque de masa presionará la fibra en espiral a una frecuencia que coincida con la de la vibración. Esta fuerza externa hace que la longitud de onda de la luz en la fibra cambieuna manera medible
"Esta configuración interferométrica utiliza cambios en la luz dentro de la fibra para obtener información precisa sobre las vibraciones", dijo Liu. "Instalar estos acelerómetros en el tren de aterrizaje de un tren en servicio les permite controlar las vibraciones que indicarían defectos en elrastrear. También se pueden usar para detectar problemas en las líneas aéreas utilizadas para alimentar trenes ".
pruebas de campo de comparación
Después de probar a fondo los prototipos del nuevo acelerómetro en el laboratorio, los investigadores llevaron a cabo una prueba de campo instalando el dispositivo en un tren en servicio. También instalaron un acelerómetro basado en FBG y un acelerómetro piezoeléctrico para comparar.
Descubrieron que el nuevo acelerómetro de fibra detectaba la aceleración de manera similar al acelerómetro piezoeléctrico. Sin embargo, los sensores piezoeléctricos requieren costosos cables blindados para reducir los efectos del ruido de interferencia electromagnética. Debido a que el acelerómetro basado en FBG no puede funcionar bien a altasfrecuencias, el ruido oculta parte de la información útil sobre vibraciones.
"Nuestros resultados mostraron que nuestros nuevos acelerómetros funcionan considerablemente mejor que los acelerómetros existentes utilizados para monitorear la aceleración en los trenes", dijo Liu.
En este trabajo, los investigadores utilizaron una fibra de cristal fotónico comercial que mantiene la polarización. Desde entonces, han diseñado y fabricado un nuevo tipo de fibra con diámetros exteriores más pequeños, menores pérdidas por flexión y mayor birrefringencia, todo lo cual les permitiría construir unacelerómetro más pequeño con sensibilidad aún mayor.
"Estos nuevos acelerómetros podrían abrir nuevas posibilidades de detección y monitoreo al proporcionar datos que respalden la implementación de inteligencia artificial en la industria ferroviaria", dijo Tam. "Aunque el monitoreo ferroviario es un buen ejemplo de cómo la detección de fibra óptica se puede combinar con artificialinteligencia, creemos que esta combinación también es prometedora para una serie de otras industrias y aplicaciones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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