ZINTEGROWANY SYSTEMWAŻENIA TABORU KOLEJOWEGO W RUCHU

oraz MONITOROWANIA STANU TECHNICZNEGO

KRATOWYCH MOSTÓW KOLEJOWYCHzastrzeżenie patentowe nr P. 387115

INSTYTUT PODSTWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI PANADAPTRONICA SP. Z O.O.

MOTYWACJA ROZWOJU SYSTEMU MONITOROWANIA

Nagłe zawalenie się mostu kratowego nad rzeką Mississippi z powodu wad połączeń spawanych (brak systemu monitorowania)USA, Minneapolis, 02.08.2007

TECHNOLOGIA CZUJNIKÓWPIEZOELEKTRYCZNYCH

Zjawisko piezoelektryczne (wprost):odkształcenie mechaniczne materiału piezoelektrycznego powoduje wygenerowanie ładunku elektrycznego na powierzchniach tego inteligentnego materiałuOdkrycie: XIX w.Zastosowanie (czujniki): XX w.Istnieje zjawisko odwrotne (aktywatory)

Zalety czujników piezoelektrycznych: doskonałe własności dynamiczne (szybkie odpowiedzi) bardzo szeroki zakres częstotliwości (1 Hz – 100 MHz) tania, masowa produkcja ceramiki piezoelektrycznej (droższa

alternatywa w postaci włókien piezoelektrycznych)

CZUJNIKI PIEZOELEKTRYCZNE W PORÓWNANIU Z INNYMI

Piezoelektryczne czujniki odkształcenia cechujew porównaniu z tensometrami: zdecydowanie lepsza dynamika sygnału (rejestracja zjawisk

szybkozmiennych) mniej skomplikowana aparatura do pomiarów (brak mostka

równoważącego Wheatstone’a) zwiększona odporność na czynniki atmosferyczne łatwiejsza instalacja, nie wymagająca pracochłonnych

zabiegóww porównaniu z czujnikami światłowodowymi: zdecydowanie tańsza i mniej skomplikowana aparatura

pomiarowa mniej skomplikowana obróbka sygnału

ZINTEGROWANY SYSTEM MONITOROWANIA

Identyfikacja obciążeń -ważenie taboru w ruchu

Identyfikacja uszkodzeń w mostach kratownicowych

Centrum analizy i przetwarzania danych Raportowanie wyników

IDENTYFIKACJA USZKODZEŃ W MOSTACH KRATOWNICOWYCHKONSTRUKCJA Z CZUJNIKAMI ANALIZA ODWROTNA

MODEL NUMERYCZNY

GLOBALNA IDENTYFIKACJA

USZKODZEŃ

METODA IDENTYFIKACJI USZKODZEŃ W KRATOWNICACH

Metoda Dystorsji Wirtualnych:• Macierz wpływu (zbiór relacji dla

całego systemu)• Pomiary zmienności odkształceń

w czasie (czujniki piezo)• Identyfikacja uszkodzeń (miejsce

i intensywność) poprzez odwrotne zadanie optymalizacji

IDENTYFIKACJA OBCIĄŻEŃ -WAŻENIE TABORU W RUCHU

FILM Z PRZEJAZDU POCIĄGU TOWAROWEGO

SYGNAŁ Z CZUJNIKAWYWOŁANY PRZEJAZDEM POCIĄGU

POZIOM SYGNAŁU Z CZUJNIKÓW W ZALEŻNOŚCI OD MASY WAGONU

MODEL NUMERYCZNY OBCIĄŻENIE - SZYNA - PODKŁAD

PORÓWNANIE WYNIKÓW Z MODELOWANIA NUMERYCZNEGO Z POMIARAMI EKSPERYMENTALNYMI

WPŁYW WARUNKÓW POMIARU NA PROCES IDENTYFIKACJI

Praca badawcza - analiza wrażliwości pomiarów na: warunki techniczne np. stan podkładów czynniki atmosferyczne np. temperaturę

BEZPRZEWODOWA TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH

Lokalna transmisja danych: waga→most: aktywacja systemu monitorowania mostu poprzez sygnał z nadajnika [1] przy wadze

do głównego modułu transmisji [2] na moście most↔most: dwustronna komunikacja pomiędzy modułem transmisji [2] na moście a nadajnikami-

odbiornikami [3] krótkiego zasięgu (< 100 m) przy wszystkich czujnikach [4] na moście

Transmisja dalekiego zasięgu: przesyłanie informacji niezależnie z dwóch modułów wstępnej obróbki i transmisji danych -

most [2], waga [5] - do centrum obliczeniowego transmisja danych GPRS/EDGE poprzez sieć komórkową GSM

BA

4

3

B – system monitorowania mostuA – system pomiaru obciążenia

1

5 2

OBRÓBKA DANYCH I RAPORTOWANIE WYNIKÓW

Centrum obliczeniowe - obróbka i analiza danych

Serwer - zarządzanie danymi

Komputer użytkownika - monitorowane parametry wg potrzeb użytkownika

GPRS/EDGE - system transmisji dalekiego zasięgu przez sieć telefonii komórkowej GSM

PODSUMOWANIESystem do ważenia taboru kolejowego w ruchu, wykorzystujący czujniki piezoelektryczne, może określić: naciski poszczególnych osi składu na tor liczbę osi (lub wagonów) w składzie masy poszczególnych wagonów prędkość przejazdu

System do monitorowania stanu technicznego mostu, wykorzystujący czujniki piezoelektryczne, może: wykryć stan konstrukcji odbiegający od normy ocenić stopień zagrożenia zidentyfikować miejsce i intensywność uszkodzenia prognozować zmianę stanu konstrukcji w przyszłości

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

smart.ippt.gov.pl

www.adaptronica.pl