Transport automation research Transport automation research Автоматика на транспорте 2412-9186 49214 10.20295/2412-9186-2022-8-1-90-100 Методы мониторинга в транспортных системах MONITORING METHODS IN TRANSPORT Методы мониторинга в транспортных системах Rolling Stock Monitoring Technology Based on Remote Acoustic Sensing ТЕХНОЛОГИЯ МОНИТОРИНГА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ОСНОВЕ ДИСТАНЦИОННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ Баранов Леонид Аврамович Baranov Leonid Avramovich baranov.miit@gmail.com

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Бурченков Валерий Васильевич Burchenkov Valeriy Vasil'evich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Российский университет транспорта (МИИТ) Москва Россия Russian University of Transport (MIIT) Moscow Russian Federation Белорусский государственный университет транспорта Россия Belarusian State University of Transport Russian Federation 15 03 2022 15 03 2022 8 1 90 100 15 03 2022 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/49214/view

Рассмотрены функциональные возможности информационно-измерительных систем для дистанционного выявления неисправных деталей ходовой части вагонов в движении. Оценены особенности использования волоконно-оптических кабелей, проложенных вдоль железнодорожных путей, в качестве датчиков для определения дефектов в подвижном составе и инфраструктуре железнодорожных линий. Исследовано влияние внешних физических воздействий от движущегося поезда на длину отраженной волны оптоволоконных брэгговских решеток. Показана возможность использования дистанционного акустического зондирования для определения дефектов деталей и узлов подвижного состава на ходу поезда, отмечен метод повышения точности локализации вагонных осей с дефектами в контролируемых поездах за счет использования отметчиков прохода колесных пар, счетчиков осей и вагонов. Предложена оценка условий обеспечения работоспособности и регулировки распределенной волоконно-оптической линии датчиков для участка железной дороги. Разработана схема размещения устройств дистанционного акустического зондирования на полигоне Белорусской железной дороги. Установлена возможность оперативного выявления дефектных колесных пар с предельно допустимой величиной ползунов, превышающих 1,0 мм, а также изломов боковой рамы вагонной тележки для предупреждения опасных аварийных ситуаций. Предложены способ размещения оптоволоконного кабеля на подошве рельсов и методика непрерывного мониторинга технического состояния подвижного состава в движении, обеспечивающая повышенный контроль исправности деталей и узлов подвижного состава.

The functionality of information-measuring systems for remote detection of faulty parts of the undercarriage of cars in motion is considered. The features of the use of fiber-optic cables laid along the railway tracks as sensors for detecting defects in the rolling stock and infrastructure of railway lines are evaluated. The functional features of the influence of external physical influences impact on the length of the reflected wave fiber Bragg gratings. The possibility of using remote acoustic sensing to determine defects in parts and assemblies of rolling stock while the train is in motion is shown, the possibilities of joint application of the remote acoustic sounding technology with axle counters and a wheel passage registration system are noted. An assessment of the conditions for ensuring the operability and adjustment of a distributed fiberoptic line of sensors for a railway section is proposed. A scheme for the planned placement of remote acoustic sounding devices at the training ground of the Belarusian Railways has been developed. The possibility of immediate detection of defective wheelsets with a maximum allowable value of sliders exceeding 1.0 mm, as well as a break in the side frame of a wagon bogie to prevent dangerous emergencies, has been established. A method is proposed for continuous monitoring of the technical condition of rolling stock in motion, providing increased control over the serviceability of parts and units of the rolling stock.

 подвижной состав железнодорожные линии диагностические системы оптоволоконные кабели дистанционное акустическое зондирование распределенные оптоволоконные датчики счетчики осей волоконная брэгговская решетка rolling stock railway lines diagnostic systems fiber optic cables remote acoustic sensing distributed fiber optic sensors axle counters fiber Bragg grating

Миронов, А.А. Перспективные направления совершенствования средств контроля КТСМ-02 и АСК ПС / А.А. Миронов // Автоматика, связь, информатика. - 2009. - № 1. - С. 38-41. Mironov, A.A. Perspektivnye napravleniya sovershenstvovaniya sredstv kontrolya KTSM-02 i ASK PS / A.A. Mironov // Avtomatika, svyaz', informatika. - 2009. - № 1. - S. 38-41. Гондоров, В. А. Современные средства диагностики подвижного состава на ходу поезда / В. А. Гондоров // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2017. - № 4. -С. 36-37 Gondorov, V. A. Sovremennye sredstva diagnostiki podvizhnogo sostava na hodu poezda / V. A. Gondorov // Vagony i vagonnoe hozyaystvo. - 2017. - № 4. -S. 36-37 Наговицын, В. С. Комплексная информационно-измерительная система технического диагностирования подвижного состава / В. С. Наговицын, А. А. Калмыков, В.И. Елфимов // Автоматика, связь, информатика. - 1999. - № 10. - С. 46-48. Nagovicyn, V. S. Kompleksnaya informacionno-izmeritel'naya sistema tehnicheskogo diagnostirovaniya podvizhnogo sostava / V. S. Nagovicyn, A. A. Kalmykov, V.I. Elfimov // Avtomatika, svyaz', informatika. - 1999. - № 10. - S. 46-48. Бурченков, В.В. Автоматизация технического контроля и диагностики подвижного состава железных дорог: [монография] / В.В. Бурченков; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. - Гомель: БелГУТ, 2020. - 254 с. Burchenkov, V.V. Avtomatizaciya tehnicheskogo kontrolya i diagnostiki podvizhnogo sostava zheleznyh dorog: [monografiya] / V.V. Burchenkov; M-vo transp. i kommunikaciy Resp. Belarus', Belorus. gos. un-t transp. - Gomel': BelGUT, 2020. - 254 s. Бурченков, В. В. Совершенствование технологии работы сортировочных станций на основе дистанционного акустического зондирования / В. В. Бурченков // Вiсн. Днiпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм акад. В. Лазаряна. - Днiпро. - 2020. - № 1 (85). - С. 35-43. DOI: https://doi.org/10.15802/stp2020/199482. Burchenkov, V. V. Sovershenstvovanie tehnologii raboty sortirovochnyh stanciy na osnove distancionnogo akusticheskogo zondirovaniya / V. V. Burchenkov // Visn. Dnipropetr. nac. un-tu zalizn. transp. im akad. V. Lazaryana. - Dnipro. - 2020. - № 1 (85). - S. 35-43. DOI: https://doi.org/10.15802/stp2020/199482. Никитин А.Б., Кушпиль И.В. Результаты исследования технических средств контроля целостности поездов // Автоматика на транспорте. - 2020. - Том 6. - №4. - С. 411-434. - DOI: 10.20295/2412-9186-2020-6-4-411-434. Nikitin A.B., Kushpil' I.V. Rezul'taty issledovaniya tehnicheskih sredstv kontrolya celostnosti poezdov // Avtomatika na transporte. - 2020. - Tom 6. - №4. - S. 411-434. - DOI: 10.20295/2412-9186-2020-6-4-411-434. Алюшина, С. Г. Волоконные решетки Брэгга с фазированной структурой в распределенных информационно-измерительных системах / С.Г. Алюшина, П.Е. Денисенко, О.Г. Морозов [и др.] // Нелинейный мир. - 2011. - Т. 9. - № 8. - С. 522-528. Alyushina, S. G. Volokonnye reshetki Bregga s fazirovannoy strukturoy v raspredelennyh informacionno-izmeritel'nyh sistemah / S.G. Alyushina, P.E. Denisenko, O.G. Morozov [i dr.] // Nelineynyy mir. - 2011. - T. 9. - № 8. - S. 522-528. Kunhua, W. Optimized synthesis of fiber Bragg gratings with triangular spectrum for wavelength-interrogation application / Kunhua Wen, Lianshan Yan, WeiPan // Optical Engineering. - 2011. - Vol. 50(5). - P. 054003-1-054004. Kunhua, W. Optimized synthesis of fiber Bragg gratings with triangular spectrum for wavelength-interrogation application / Kunhua Wen, Lianshan Yan, WeiPan // Optical Engineering. - 2011. - Vol. 50(5). - P. 054003-1-054004. Othonos, A. Fiber Bragg gratings / A. Othonos // Review of Scientific Instrument. - 1997. - V. 68. - № 12. - P. 4309-4341. Othonos, A. Fiber Bragg gratings / A. Othonos // Review of Scientific Instrument. - 1997. - V. 68. - № 12. - P. 4309-4341. Morozov, O.G Methodology of symmetric double frequency reflectometry for selective fiber optic structures / O.G. Morozov, D.L. Aybatov, V.P. Prosvirin, A.A. Talipov, O.G. Natanson // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2008. -V. 7026. - P. 702601. Morozov, O.G Methodology of symmetric double frequency reflectometry for selective fiber optic structures / O.G. Morozov, D.L. Aybatov, V.P. Prosvirin, A.A. Talipov, O.G. Natanson // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2008. -V. 7026. - P. 702601. Розенбергер, М. Распределенное акустическое зондирование как основа для железнодорожных приложений / М. Розенбергер, А. Халл // Железные дороги мира. - 2016. - № 12 - С. 57-65. Rozenberger, M. Raspredelennoe akusticheskoe zondirovanie kak osnova dlya zheleznodorozhnyh prilozheniy / M. Rozenberger, A. Hall // Zheleznye dorogi mira. - 2016. - № 12 - S. 57-65. Системы автоматики и телемеханики на железных дорогах мира: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / Пер. с англ.; под ред. Г. Теега, С. Власенко. - М.: Интекст, 2010. - 496 с. Sistemy avtomatiki i telemehaniki na zheleznyh dorogah mira: uchebnoe posobie dlya vuzov zh.-d. transporta / Per. s angl.; pod red. G. Teega, S. Vlasenko. - M.: Intekst, 2010. - 496 s. Бахтиярова, Е.А. Технология будущего: распределенное акустическое зондирование DAS в режиме реального времени / Е.А. Бахтиярова, Т.О. Чигамбаев, К.М. Сансызбай // «Инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика», материалы XLI Междунар. науч.-практ. конф., - КазАТК им. М. Тынышпаева. - 2017. - С. 49-54. Bahtiyarova, E.A. Tehnologiya buduschego: raspredelennoe akusticheskoe zondirovanie DAS v rezhime real'nogo vremeni / E.A. Bahtiyarova, T.O. Chigambaev, K.M. Sansyzbay // «Innovacionnye tehnologii na transporte: obrazovanie, nauka, praktika», materialy XLI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., - KazATK im. M. Tynyshpaeva. - 2017. - S. 49-54. Дмитриев, С.А. Инновационные волоконные технологии для железнодорожного транспорта / С.А. Дмитриев // Транспорт Российской Федерации. - 2016. - № 1 (62). - С. 26-27. Dmitriev, S.A. Innovacionnye volokonnye tehnologii dlya zheleznodorozhnogo transporta / S.A. Dmitriev // Transport Rossiyskoy Federacii. - 2016. - № 1 (62). - S. 26-27. Баранов, Л.А. Оценки погрешности и помехоустойчивости тракта аналого-цифрового преобразования в системах автоматического контроля и управления / Л.А. Баранов // Электротехника. - 2017. - № 9. - С. 29-36. Baranov, L.A. Ocenki pogreshnosti i pomehoustoychivosti trakta analogo-cifrovogo preobrazovaniya v sistemah avtomaticheskogo kontrolya i upravleniya / L.A. Baranov // Elektrotehnika. - 2017. - № 9. - S. 29-36. Баранов, Л. А. Влияние устройств выборки и хранения на точность аналого-цифрового преобразования / Л. А. Баранов // Автоматика на транспорте. - 2018. - Том 4. - № 2. - С. 241-263. Baranov, L. A. Vliyanie ustroystv vyborki i hraneniya na tochnost' analogo-cifrovogo preobrazovaniya / L. A. Baranov // Avtomatika na transporte. - 2018. - Tom 4. - № 2. - S. 241-263. Никитин, А.Б., Принципы безопасного сопряжения с объектами в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин, В. А. Соколов, Н. А. Журавлева // Автоматика на транспорте. - 2019. - Том 5. - №2. - С. 186-201. - DOI: 10.20295/2412-9186-2019-2-186-201. Nikitin, A.B., Principy bezopasnogo sopryazheniya s ob'ektami v mikroprocessornyh sistemah zheleznodorozhnoy avtomatiki / A. B. Nikitin, A. N. Kovkin, V. A. Sokolov, N. A. Zhuravleva // Avtomatika na transporte. - 2019. - Tom 5. - №2. - S. 186-201. - DOI: 10.20295/2412-9186-2019-2-186-201. Pohl, P. Волоконно-оптические датчики на железных дорогах Германии / P. Pohl, M. Schubert // Железные дороги мира. - 2017. - № 12. - С. 64-68. Pohl, P. Volokonno-opticheskie datchiki na zheleznyh dorogah Germanii / P. Pohl, M. Schubert // Zheleznye dorogi mira. - 2017. - № 12. - S. 64-68. Ефремов, А. Возможности применения технологии DAS на железных дорогах Северной Америки / А. Ефремов // Железные дороги мира. - 2019. - № 1. - С. 64-73. Efremov, A. Vozmozhnosti primeneniya tehnologii DAS na zheleznyh dorogah Severnoy Ameriki / A. Efremov // Zheleznye dorogi mira. - 2019. - № 1. - S. 64-73. Willis M. E., Barfoot D., Ellmauthaler A., Wu X., Barrios O., Erdemir C., Quinn D. Quantitative quality of distributed acoustic sensing vertical seismic profile data. The Leading Edge. - 2016. - Vol. 35. Iss. 7. - P. 562-648. DOI: https://doi.org/10.1190/tle35070605.1 Willis M. E., Barfoot D., Ellmauthaler A., Wu X., Barrios O., Erdemir C., Quinn D. Quantitative quality of distributed acoustic sensing vertical seismic profile data. The Leading Edge. - 2016. - Vol. 35. Iss. 7. - P. 562-648. DOI: https://doi.org/10.1190/tle35070605.1 Yao, J.P. Microwave photonics for high-resolution and high-speed interrogation of fiber Bragg grating sensors // Fiber and Integrated Optics. - 2015. - Vol. 34. - P. 230-242. Yao, J.P. Microwave photonics for high-resolution and high-speed interrogation of fiber Bragg grating sensors // Fiber and Integrated Optics. - 2015. - Vol. 34. - P. 230-242.