Un método e instalación para la medición y vigilancia prolongada del estado de tensión de un carril soldado en continuo (CWR).

Un método para medir las variaciones de temperatura libre de tensión (SFT) de al menos un carril de un carrilsoldado en continuo para impedir o en cualquier caso predecir las deformaciones transversales sustanciales o larotura del carril,

que comprende las operaciones de:

disponer previamente:

- un par o una pluralidad de pares de sensores: incluyendo cada par un primer sensor (2b) fijado de modono rígido a dicho carril, estando diseñado por ello para operar en respuesta a variaciones de temperatura solamentey un segundo sensor (2a) fijado rígidamente a dicho carril, siendo adecuado por ello para operar en respuesta avariaciones de temperatura y deformación longitudinal en una sección de carril;

- al menos un medio emisor (3) de al menos un haz de energía luminosa dispuesto lejos de dicho par opluralidad de pares de sensores (2a, 2b);

- al menos una unidad (4) de control de interrogación diseñada para recibir dicho haz de energía luminosaque ha pasado a través de dicho par o pluralidad de pares de sensores o ha sido reflejado por ellos;

- al menos una unidad (6) para tratar los datos recogidos por la unidad de control (4); y

- al menos una fibra óptica (5): diseñada para conectar ópticamente al menos un medio emisor (3) con cadasensor (2a, 2b) y con dicha unidad (4) de control de interrogación;

excitando al menos dicha medio emisor (3) con el fin de suministrar al menos un haz de energía luminosa a un par oa una pluralidad de pares de sensores (2a, 2b); y

tratando el estado de tensión del carril por al menos una unidad de tratamiento (6), sobre la base de las señalesrecibidas por la unidad (4) de control de interrogación

Un método e instalación para la medición y vigilancia prolongada del estado de tensión de un carril soldado en continuo (CWR) .

El presente invento se refiere a un método y a una instalación para medir y vigilar el estado de tensión de un carril de una vía de ferrocarril.

Como es sabido, las vías de las líneas ferroviarias están compuestas de múltiples piezas soldadas juntas, de modo que constituyan así el denominado carril soldado en continuo (CWR) .

Aunque el uso de vías de CWR ha contribuido a resolver muchos problemas conectados con las tensiones o esfuerzos que las vías soportan con el paso del tren, no es fácil vigilar el estado de tensión en tal sistema. En otras palabras, no es fácil medir los esfuerzos térmico, de tracción o de compresión en una sección completa de la vía, que puede ser debidos tanto a cambios climáticos como a tensiones o esfuerzos mecánicos soportados con el paso de los trenes.

Usualmente, durante la instalación, las vías son pretensadas de modo que sean llevadas a tener una longitud igual a la longitud que tendrían si la vía estuviera a una temperatura predeterminada (en Italia, tal temperatura es de 30° C) . Esta temperatura es definida como la temperatura libre de tensión (SFT) .

Medir las variaciones de la temperatura libre de tensión permite evaluar el estado de tensión de un carril, y así de la vía.

Después de instalación, las variaciones de temperatura exterior estacionales, las operaciones de mantenimiento y la así denominada respiración en curva (es decir los movimientos o deformaciones transversales de la vía) pueden inducir estados de tensión que el carril soldado en continuo (CWR) no puede tolerar. Considerando, entonces, que la vía debe soportar el paso de los trenes y los posibles movimientos sísmicos, se comprende cómo es de elevado el riesgo de que sufran deformaciones transversales sustanciales o incluso una rotura capaz de provocar un descarrilamiento.

Las observaciones periódicas del estado de la vía son llevadas a cabo a lo largo de muchas líneas de trenes, o han sido instaladas instalaciones de señalización experimentales que utilizan los así denominados sistemas de extensómetro (medidores de deformación) , que están compuestos de alojamientos que contienen tanto un sensor de medición como sus componentes electrónicos respectivos, que son soldados o empernados a cada carril de una vía. Los sensores están eléctricamente conectados con un ordenador configurado para vigilar el estado de tensión de la línea y para tratar los datos detectados a partir de los distintos sensores con el fin de señalar un posible riesgo o peligro. Hasta ahora, los sensores solamente han medido las deformaciones de la vía, a través de las cuales era posible realizar la vigilancia del estado de las ruedas de los trenes que pasan. Con tal fin, se han empleado distintos sistemas, tales como el sistema denominado "WILD" que utiliza una pluralidad de dispositivos extensómetros, que son posicionados a lo largo de las vías y están destinados a medir las deformaciones de las vías con el paso de los trenes. Debido a este tipo de medición, es posible evaluar si el tren tiene las ruedas planas, excéntricas, aplanadas,

o en cualquier caso defectuosas.

La solicitud de patente Norteamericana US-2008/0019701, por ejemplo, describe un sistema para vigilar las deformaciones de una vía al paso de un tren, que permite el uso de sensores de rejillas de fibra de Bragg (sensores de fibra óptica con rejilla de Bragg) sobre la vía y una fibra óptica interceptada por cada sensor a lo largo de un carril, estando conectada la fibra óptica por un lado con una fuente de energía luminosa y por el otro lado con un dispositivo analizador de señales. Tal sistema es utilizado para evaluar varias características de un tren que pasa sobre los carriles, tales como el número de ejes, la velocidad instantánea del tren, el desequilibrio de las ruedas del tren.

Está claro que desde el punto de vista de los métodos de seguridad y mantenimiento, es deseable tener un sistema de control disponible que sea también adecuado para vigilar el estado de tensión de la línea y que pueda predecir las zonas de peligro potencial, para detectar así el daño posible de la vía antes de que resulte dañada de manera irreparable o antes de que pueda causar descarrilamientos u otro tipo de accidentes.

Actualmente, no hay sistemas de medición capaces de vigilar de modo continuo el estado de tensión de modo que impidan o en cualquier caso predigan las deformaciones transversales sustanciales o la rotura y daño tales que sitúen a la vía en riesgo de accidentes.

El documento EP-1 582 430 muestra un sistema y una instalación para vigilar el estado de un ferrocarril, que comprende una fibra óptica y una pluralidad de sensores, por ejemplo sensores de rejilla de fibra de Bragg, que son rígidamente fijados, por ejemplo por medio de un pegamento o cola epoxídica o mediante soldadura a una vía de tren. El sistema incluye además un emisor de señal óptica diseñado para emitir una señal óptica a la fibra y un interrogador de señal óptica. De acuerdo con tal documento de la técnica anterior, el sistema vigila de manera continua la longitud de onda de las señales ópticas reflejadas por cada sensor y más particularmente vigila si ocurre un desplazamiento de la longitud de onda.

El objeto principal del presente invento es el de proporcionar un método adecuado para permitir la evaluación y vigilancia del estado de tensión de un carril soldado en continuo CWR.

Otro objeto del presente invento es el de proporcionar una instalación para llevar a la práctica un método de acuerdo con el presente invento adecuado para evaluar y vigilar el estado de tensión de un carril soldado en continuo.

De acuerdo con un primer aspecto del invento, es proporcionado un método de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con otro aspecto del presente invento, es proporcionada una instalación de acuerdo con la reivindicación 10.

Con referencia a la única figura adjunta, se ha ilustrado: una vía 1 que comprende dos carriles 1a, 1b, una pluralidad de pares (en la figura, hay ilustrados tres pares pero se comprenderá que podría haber pares adicionales) de sensores 2a, 2b, un medio emisor de al menos un haz 3 de energía luminosa, una unidad de control 4 para interrogación del sensor, una fibra óptica 5 y un procesador (ordenador) 6 diseñado para recibir y tratar datos procedentes de la unidad de control. La unidad de control 4 de interrogación comprende ventajosamente un analizador de espectro óptico, por ejemplo un monocromatizador y una interfaz optoelectrónica de adquisición de señal. La fibra óptica 5 está diseñada para conectar ópticamente el medio emisor 3 con los sensores de deformación 2a, 2b y con el analizador de espectro 4.

Ventajosamente, la fibra óptica tiene una agrupación o secuencia de sensores. Cada punto de medición comprende dos sensores, fijados sobre el eje neutro de un carril, un primer sensor 2b designado para medir las variaciones de temperatura del propio carril, y un segundo sensor 2a de una pieza en sentido longitudinal con la vía, dispuesto para medir la variación del par de magnitudes o cantidades constituidas por deformaciones longitudinales del carril, y temperatura.

Aún más ventajosamente, ambos sensores son del tipo de rejilla de fibra de Bragg (FBG) , y están dispuestos previamente sobre una superficie metálica que a su vez puede ser asegurada directamente a la vía, por medio de micro-soldadura eléctrica. Para la instalación de los sensores, la vía será limpiada solo localmente, de modo que permita la fijación de los sensores directamente sobre el carril.

Como es sabido, los sensores FBG son elementos ópticos productores de difracción, presentes en zonas preestablecidas de la fibra, que tienen la propiedad de reflejar la luz incidente con una longitud de onda que es una función lineal de la temperatura y de las deformaciones experimentadas por la fibra óptica en la zona de interés.

Un haz de energía luminosa será enviado a continuación desde la fuente a la fibra 5, e interceptará los sensores 2a, 2b de rejilla de Bragg y será al menos parcialmente reflejado hacia el analizador de espectro 4, que analizará las señales recibidas y enviará los datos al procesador 6, que tratará tales datos y medirá el estado de tensión del carril, en particular la SFT o temperatura de control de tensión.

Una instalación de acuerdo con el presente invento tiene preferiblemente un divisor 7 de haz que está diseñado para interceptar el haz transmitido a lo largo de la fibra óptica; el divisor 7 de haz está dispuesto entre el medio... [Seguir leyendo]

1. Un método para medir las variaciones de temperatura libre de tensión (SFT) de al menos un carril de un carril soldado en continuo para impedir o en cualquier caso predecir las deformaciones transversales sustanciales o la rotura del carril, que comprende las operaciones de:

disponer previamente:

-un par o una pluralidad de pares de sensores: incluyendo cada par un primer sensor (2b) fijado de modo no rígido a dicho carril, estando diseñado por ello para operar en respuesta a variaciones de temperatura solamente y un segundo sensor (2a) fijado rígidamente a dicho carril, siendo adecuado por ello para operar en respuesta a variaciones de temperatura y deformación longitudinal en una sección de carril;

- al menos un medio emisor (3) de al menos un haz de energía luminosa dispuesto lejos de dicho par o pluralidad de pares de sensores (2a, 2b) ;

-al menos una unidad (4) de control de interrogación diseñada para recibir dicho haz de energía luminosa que ha pasado a través de dicho par o pluralidad de pares de sensores o ha sido reflejado por ellos;

- al menos una unidad (6) para tratar los datos recogidos por la unidad de control (4) ; y

- al menos una fibra óptica (5) : diseñada para conectar ópticamente al menos un medio emisor (3) con cada sensor (2a, 2b) y con dicha unidad (4) de control de interrogación;

excitando al menos dicha medio emisor (3) con el fin de suministrar al menos un haz de energía luminosa a un par o a una pluralidad de pares de sensores (2a, 2b) ; y

tratando el estado de tensión del carril por al menos una unidad de tratamiento (6) , sobre la base de las señales recibidas por la unidad (4) de control de interrogación.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado por que al menos dicho par o pluralidad de pares de sensores comprenden una rejilla de fibra de Bragg (FBG) (2a, 2b) .

3. Un método según la reivindicación 2, caracterizado por que al menos uno de dicho par o pluralidad de pares de sensores está instalado en el eje neutral de un carril.

4. Un método según la reivindicación 3, caracterizado por que dicho sensor (2b) está dispuesto previamente sobre un soporte metálico que a su vez está fijado sobre el carril.

5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado por que dicho soporte metálico esta micro-soldado eléctricamente sobre el carril.

6. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que dicha fibra (5) está compuesta de múltiples piezas, cada una de varios centenares de metros de longitud, estando conectadas dichas piezas entre sí por medio de uniones o juntas.

7. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que dicha fibra óptica es monomodal y guiada, en una parte no sensible a un conducto/funda protector.

8. Un método según la reivindicación 7, caracterizado por que dicha funda está fijada al carril por medio de un pegamento o cola adecuado.

9. Un método según cualquiera reivindicación precedente, caracterizado por que dicha unidad (4) de control de interrogación de datos comprende un analizador de espectro óptico y una interfaz opto-electrónica de adquisición de señal.

10. Una instalación para evaluar de manera continua el estado de tensión de un carril soldado en continuo para llevar a cabo el método según cualquier reivindicación precedente.

11. Una instalación según la reivindicación 10, que comprende:

-un par o una pluralidad de pares de sensores: incluyendo cada par un primer sensor (2b) fijado de modo no rígido a dicho carril, siendo adecuado por ello para operar en respuesta a variaciones de temperatura solamente y un segundo sensor (2a) fijado rígidamente a dicho carril, siendo adecuado por ello para operar en respuesta a variaciones de temperatura y deformación longitudinal en una sección de carril;

- al menos un medio emisor (3) de al menos un haz de energía luminosa dispuesto lejos de dicho par o pluralidad de pares de sensores (2a, 2b) ;

-al menos una unidad (4) de control de interrogación diseñada para recibir dicho haz de energía luminosa que ha pasado a través de dicho par o pluralidad de pares de sensores o ha sido reflejado por ellos;

- al menos una unidad (6) para tratar los datos recogidos por la unidad (4) de control; y

-al menos una fibra óptica (5) diseñada para conectar ópticamente al menos un medio emisor (3) con cada sensor (2a, 2b) y con dicha unidad (4) de control de interrogación.

12. Una instalación según la reivindicación 11, caracterizada por que al menos uno de dicho par o pluralidad de pares de sensores comprende una rejilla de fibra de Bragg (FBG) .

13. Una instalación según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada por que al menos uno de dicho par o pluralidad de pares de sensores es instalado en el eje neutral de un carril.

14. Una instalación según la reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizada por que dicho primer sensor (2b) es dispuesto previamente sobre un soporte metálico que a su vez es fijado al carril.

15. Una instalación según la reivindicación 14, caracterizada por que dicho soporte es fijado mediante microsoldadura eléctrica.

16. Una instalación según cualquier reivindicación 11 a 15, caracterizado por que dichas fibras están compuestas de múltiples piezas, cada una de varias centenares de metros de longitud, siendo conectadas dichas piezas entre sí por medio de uniones o juntas.

17. Una instalación según cualquier reivindicación 11 a 16, caracterizada por que al menos uno de dichos pares de fibras ópticas es guiado, en la parte no sensible, a un conducto/funda protector.

18. Una instalación según la reivindicación 17, caracterizada por que dicha funda está fijada al carril por medio de un pegamento o cola adecuado.

19. Una instalación según cualquier reivindicación 11 a 18, caracterizada por que dicha unidad (4) de control de interrogación de datos comprende un analizador de espectro óptico y una interfaz optoelectrónica de adquisición de señal.

20. Una instalación según cualquier reivindicación 11 a 19, caracterizada por que comprende un divisor (7) de haz diseñado para interceptar el haz transmitido a lo largo de la fibra óptica, estando dispuesto el divisor (7) de haz entre el medio emisor y la unidad de control de interrogación, por un lado, y los sensores por el otro lado.