Dispositivo verificable de monitorización de vibraciones y método.

Un dispositivo de monitorización de vibraciones (10) que tiene un eje de referencia (X-X) y que comprende dos acelerómetros (22A,

22B) fijos a un soporte en común (14), donde cada acelerómetro comprende:

- una masa inercial (221) móvil paralela al eje de referencia entre una posición de descanso intermedia y dos límites opuestos,

- un circuito de prueba interno para mover la masa inercial desde una posición de descanso hacia el primero de los dos límites opuestos en una dirección verificable (DA, DB) en la ausencia de vibraciones del soporte común, y

- medios de detección (225) para el envío de una señal de aceleración correspondiente al movimiento de la masa inercial paralela al eje de referencia, donde la señal de aceleración contiene una primera porción de señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre una posición de descanso intermedia y el primero de los dos límites opuestos, y una segunda porción de la señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre la posición de descanso intermedia y el otro de los dos límites opuestos, caracterizado porque las direcciones verificables (DA, DB) de los dos acelerómetros se encuentran una frente a la otra.

Dispositivo verificable de monitorización de vibraciones y método.

Campo técnico de la invención.

La invención hace referencia a un dispositivo de monitorización de vibraciones y más específicamente a un dispositivo de monitorización de vibraciones verificable para su utilización en condiciones severas, y en particular para la monitorización de la estabilidad de un boje de un vehículo ferroviario. También hace referencia a un método para la monitorización de vibraciones con un dispositivo de ese tipo, y a un método para comprobar la operabilidad de tal dispositivo.

Arte previo.

Los bojes convencionales están provistos de medios de estabilización pasivos, como amortiguadores de guiñada o placas de fricción, que contrarrestan la tendencia de los bojes a seguir una trayectoria sinusoidal. Estos medios de estabilización también se utilizan para incrementar la velocidad - denominado "límite de inestabilidad" - a la cual la marcha sinusoidal de perfil muy suave degenera en una oscilación del boje, causando incomodidad de conducción, elevadas fuerzas entre las ruedas y los raíles y finalmente riesgo de descarrilamiento.

Para minimizar el riesgo de una marcha peligrosa, causada, por ejemplo, por amortiguadores de guiñada defectuosos, la TSI HS (Especificación Técnica de Interoperabilidad - Alta Velocidad) publicada por la Comisión Europea, incluye el requerimiento de instalar un medio a bordo de los trenes de alta velocidad que pueda detectar la inestabilidad en el movimiento del boje de un tren.

Un algoritmo para la detección de la inestabilidad de marcha de los bojes de los vehículos ferroviarios de pasajeros se define en la ficha UIC 515.5. De acuerdo con este algoritmo, la inestabilidad se detecta siempre que la aceleración lateral del chasis del boje, por encima de un umbral predeterminado en un rango de 4Hz a 8Hz, muestra más de un número predeterminado (por ejemplo, 6) de picos consecutivos por encima de un umbral predeterminado (por ejemplo, 8 m/s2) , con un período de tiempo predeterminado (por ejemplo, 500ms) .

Un sistema de monitorización de inestabilidad para un boje se conoce a partir de la patente EP 1197739. El boje está provisto de dos acelerómetros longitudinales ubicados a cada lado de un plano central longitudinal del boje. Las señales desde los dos acelerómetros se comparan y se procesan para determinar si difieren en más de una cantidad predeterminada, en cuyo caso se dispara una señal de alarma.

Un sistema de monitorización de vibraciones para un vehículo ferroviario se conoce a partir de los documentos DE 10020519, DE 10020520 y DE 10020521. Uno o más acelerómetros, de manera preferente acelerómetros triaxiales, se conectan a una unidad central de procesamiento de señales ubicada en un lugar remoto en la conformación del tren. Mientras que este tipo de configuración puede demostrar ser adecuado para la monitorización de subsistemas específicos del vehículo como los frenos, bojes o carrocerías para fines de verificación, no proporciona el nivel de seguridad y fiabilidad requerido para los componentes de seguridad. En particular, la transmisión de las señales de aceleración desde los acelerómetros a la unidad de procesamiento remota puede sufrir una relación señal-ruido insuficiente. Además, el fallo de un acelerómetro o de una unidad central de procesamiento de señales puede pasar inadvertido. Un aparato de auto-verificación del sensor de aceleración para probar un sistema de airbag para vehículos se revela en la patente DE4316263. El desplazamiento de una masa causado por una aceleración aplicada se convierte en una señal eléctrica para permitir la detección de la aceleración de un objeto en movimiento. Una fuerza correspondiente a una aceleración definida se aplica a la masa para pruebas de diagnóstico en base a una señal de diagnóstico. Un dispositivo para auto-evaluar las características del sensor de aceleración evalúa la salida del sensor resultante. La fuerza puede aplicarse mediante medios electrostáticos, electromagnéticos, o puede ser provocada por vibraciones externas. El sensor de aceleración puede ser capacitivo o piezoresistivo.

Los intentos existentes de implementar un dispositivo de detección de inestabilidad se basan en sensores (por ejemplo, acelerómetros) y en una unidad remota de procesamiento basado en software, que carece de la habilidad de satisfacer los requerimientos de seguridad y fiabilidad de los Estándares del CENELEC EN 50126 - 50129, y por lo tanto no se les puede certificar como seguros. Aunque el riesgo de inestabilidad se disminuye mediante la instalación de tales dispositivos, no se puede reducir a 0, dado que todavía es posible un mal funcionamiento no detectado del dispositivo de monitorización durante una marcha inestable.

Resumen de la invención.

La presente invención aborda las deficiencias precedentes del arte previo. De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo de monitorización de vibraciones que tiene un eje de referencia y que comprende dos acelerómetros fijos a un soporte en común, donde cada acelerómetro comprende:

- una masa inercial móvil paralela al eje de referencia entre una posición de descanso intermedia y dos límites opuestos,

- un circuito de verificación interno para mover la masa inercial desde una posición de descanso hacia el

primero de los dos límites opuestos en una dirección verificable en la ausencia de vibraciones del soporte 5 común, y

- medios de detección para el envío de una señal de aceleración correspondiente al movimiento de la masa inercial paralelo al eje de referencia, donde la señal de aceleración contiene una primera porción de señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre la posición de descanso intermedia y el primero de los dos límites opuestos, y una segunda porción de señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre

la posición de descanso intermedia y el otro de los dos límites opuestos, en donde las direcciones verificables de los dos acelerómetros son opuestas una a la otra.

La utilización de dos acelerómetros añade redundancia al sistema. Gracias a la configuración específica de los acelerómetros, es posible probar el dispositivo de monitorización de vibraciones en dos direcciones opuestas y utilizar la primera parte de cada señal, que se puede probar de hecho, para reconstruir una señal de aceleración completa o con fines de verificación o monitorización.

Los acelerómetros verificables son conocidos en el arte. El circuito de prueba interno puede incluir una placa capacitiva que coopera con la masa inercial y se conecta a un terminal de prueba, de modo que la aplicación de una tensión de CC a un terminal de prueba da como resultado un movimiento de la masa inercial en la dirección verificable, que simula una aceleración constante en esa dirección.

De manera preferente, el dispositivo de monitorización de vibraciones además comprende una unidad de procesamiento de señales para el procesamiento de señales de aceleración enviadas por los dos acelerómetros, y para la implementación de un algoritmo de monitorización de inestabilidad que envía una señal de inestabilidad.

De acuerdo con una realización preferente, el dispositivo de monitorización de vibraciones está provisto además de un medio para la realización de un procedimiento de prueba que comprende:

- la activación del circuito de prueba interno de los acelerómetros para simular una situación de inestabilidad;

- la ejecución del algoritmo de monitorización de inestabilidad;

- el envío de un resultado positivo de la prueba si el algoritmo de monitorización de inestabilidad envía una señal de inestabilidad, y, en caso contrario, el envío de un resultado negativo de la prueba.

Las señales de prueba generadas por los acelerómetros se utilizan para probar la operabilidad tanto de acelerómetros como del algoritmo de monitorización de inestabilidad. De manera ventajosa, el medio para la realización del procedimiento de prueba incluye una máquina de estado.

De acuerdo con una realización preferente, el algoritmo de monitorización de inestabilidad controla las primeras porciones de señal de las dos señales de aceleración, sin tener en cuenta las segundas porciones de señal de las dos señales de aceleración. En otras palabras, el algoritmo de monitorización de inestabilidad toma en cuenta sólo la parte de las señales de aceleración... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de monitorización de vibraciones (10) que tiene un eje de referencia (X-X) y que comprende dos acelerómetros (22A, 22B) fijos a un soporte en común (14) , donde cada acelerómetro comprende:

- una masa inercial (221) móvil paralela al eje de referencia entre una posición de descanso intermedia y dos límites opuestos,

- un circuito de prueba interno para mover la masa inercial desde una posición de descanso hacia el primero de los dos límites opuestos en una dirección verificable (DA, DB) en la ausencia de vibraciones del soporte común, y

- medios de detección (225) para el envío de una señal de aceleración correspondiente al movimiento de la masa inercial paralela al eje de referencia, donde la señal de aceleración contiene una primera porción de señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre una posición de descanso intermedia y el primero de los dos límites opuestos, y una segunda porción de la señal correspondiente al movimiento de la masa inercial entre la posición de descanso intermedia y el otro de los dos límites opuestos,

caracterizado porque las direcciones verificables (DA, DB) de los dos acelerómetros se encuentran una frente a la otra.

2. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo a la reivindicación 1, que además comprende una unidad de procesamiento de señales (20) para el procesamiento de señales de aceleración enviadas por los dos acelerómetros, y para la implementación de un algoritmo de monitorización de inestabilidad que envíe una señal de inestabilidad.

3. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 2, que además se encuentra provisto de medios para realizar un procedimiento de prueba que comprende:

- la activación del circuito de prueba interno de los acelerómetros para simular una situación de inestabilidad;

- la ejecución del algoritmo de monitorización de inestabilidad;

- el envío de un resultado positivo de la prueba si el algoritmo de monitorización de inestabilidad envía una señal de inestabilidad, y, en caso contrario, el envío de un resultado negativo de la prueba.

4. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 3, en donde los medios para realizar el procedimiento de prueba incluyen una máquina de estado (50) .

5. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 4, en donde el algoritmo de monitorización de inestabilidad controla las primeras porciones de señal de las dos señales de aceleración, sin tener en cuenta las segundas porciones de señal de las dos señales de aceleración.

6. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 5, en donde la unidad de procesamiento de señales comprende un dispositivo lógico programable (20) conectado a los dos acelerómetros (22A, 22B) , y provisto de bloques lógicos no volátiles que operan en forma simultánea en paralelo e implementan el algoritmo de monitorización de inestabilidad.

7. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el dispositivo lógico programable es una matriz de puertas programables por campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD) .

8. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en donde el dispositivo lógico programable incluye una memoria borrable y re-programable no volátil.

9. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 8, en donde el algoritmo de monitorización de inestabilidad incluye:

- el procesamiento previo de la primera señal de aceleración,

- la detección de picos de la señal de aceleración procesada previamente que son más altos que un umbral de aceleración predeterminado en la dirección verificable,

- el incremento de un contador si el tiempo entre dos picos consecutivos se encuentra dentro de una ventana de tiempo predeterminada,

- la activación de un relé de seguridad de estado sólido si el contador alcanza o excede un umbral de contador predeterminado, y

- el restablecimiento del contador si no se ha detectado ningún pico dentro de un período de tiempo predeterminado.

10. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el procesamiento previo de la primera señal de aceleración incluye el procesamiento de la primera señal de aceleración a través de un filtro de paso bajo y un filtro de paso alto.

11. El dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los dos acelerómetros (22A, 22B) son idénticos.

12. Un boje provisto de un dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11.

13. Un método para la monitorización de vibraciones con un dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11, que comprende la realización de un algoritmo de monitorización de inestabilidad para el envío de una señal de inestabilidad, caracterizado porque el algoritmo de monitorización controla las primeras porciones de señal de las dos señales de aceleración, sin tener en cuenta las segundas porciones de señal de las dos señales de aceleración.

14. Un método para la monitorización de vibraciones con un dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11, que comprende la ejecución de un algoritmo de monitorización de inestabilidad para el envío de una señal de inestabilidad, y en particular un método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende un procedimiento de prueba que comprende:

- la activación del circuito de prueba interno de los acelerómetros para simular una situación de inestabilidad;

- la ejecución del algoritmo de monitorización de inestabilidad;

- el envío de un resultado positivo de la prueba si el algoritmo de monitorización de inestabilidad envía una señal de inestabilidad, y en caso contrario, el envío de un resultado negativo de la prueba.

15. Un método para la monitorización de vibraciones con un dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11, que comprende la ejecución de un algoritmo de monitorización de inestabilidad para el envío de una señal de inestabilidad, y en particular un método de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque además comprende, para cada una de las señales de aceleración:

- el procesamiento previo de la señal de aceleración para obtener una señal de aceleración procesada previamente que incluye al menos un primera porción correspondiente a la primera porción de la señal de aceleración,

- la detección de los picos de la primera porción de la señal de aceleración procesada previamente que son más altos que un umbral de aceleración predeterminado.

16. Un método para la monitorización de vibraciones con un dispositivo de monitorización de vibraciones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11, que comprende la ejecución de un algoritmo de monitorización de inestabilidad para el envío de una señal de inestabilidad, y en particular un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 15, caracterizado porque además comprende, para cada una de las señales de aceleración:

- el incremento de un contador si el tiempo entre dos picos consecutivos se encuentra dentro de una ventana de tiempo predeterminada,

- el envío de una señal de inestabilidad si el contador alcanza o excede un umbral de contador predeterminado, y

- el restablecimiento del contador si no se ha detectado ningún pico dentro de un período de tiempo predeterminado.