ES2304564T3 - Procedimiento optico y dispositivo optico para el control de un conductor electrico. - Google Patents
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Abstract
Línea aérea para el suministro de energía eléctrica a un vehículo ferroviario (31) con un dispositivo de medición de fuerza óptico, que comprende - al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) sujeto, en arrastre de fuerza, a o en un componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), - elementos de alimentación (61, 32) para el suministro de una señal luminosa (LS) al sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56), asimismo, - una deformación del componente, generada por una fuerza que actúa desde fuera de un pantógrafo (32) del vehículo ferroviario (31) sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23), y - la deformación por determinar, del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) asociada a un cambio de la señal luminosa (LS''), y - los elementos de evaluación (62, 63, 64, 65), con los cuales se determina un valor de medición (M1, M2, M3, M4) para la fuerza ejercida sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) desde el pantógrafo (32), a partir de las modificaciones de la señal luminosa (LS'') originadas debido a la deformación.
Description
Procedimiento óptico y dispositivo óptico para
el control de un conductor eléctrico.
La presente invención comprende una línea aérea
para el suministro de energía eléctrica a un vehículo ferroviario,
con un dispositivo óptico de medición de fuerza y un procedimiento
óptico de medición de fuerza, para la determinación de una fuerza
que actúa desde un pantógrafo del vehículo ferroviario sobre la
línea aérea.
Un vehículo ferroviario se alimenta con energía
eléctrica a través de un conductor eléctrico de corriente en forma
de una línea aérea. La energía llega, desde la línea aérea, al
vehículo ferroviario mediante un pantógrafo que se encuentra en
contacto deslizante mecánico con la línea aérea y a través de un
frotador. Para garantizar una elevada seguridad, disponibilidad y
confiabilidad, prácticamente todos los elementos de funcionamiento
de la transmisión y distribución de la energía en el ferrocarril, a
excepción de la línea aérea, están ejecutados de manera redundante.
En el caso de la línea aérea, esto no se realiza debido a motivos
técnicos y económicos. Sin embargo, una falla de la línea aérea en,
al menos, el segmento de recorrido afectado por la falla de la
línea aérea, provoca, generalmente, también una falla de todo el
suministro de energía al ferrocarril. Cada una de estas fallas
implica costos elevados.
La línea aérea consiste, esencialmente, en
aproximadamente veinte elementos parciales conectados en serie,
dispuestos en forma de malla y que conforman el denominado mecanismo
de cadena. Si un elemento parcial falla, también falla toda la
línea aérea.
El comportamiento ante fallas está determinado
por numerosas magnitudes de influencia, asimismo, se considera a la
sobrecarga térmica de componentes individuales de la línea aérea
como causa principal de la indisponibilidad.
Una carga térmica demasiado elevada de la línea
aérea puede, por ejemplo, tener como consecuencia una dilatación
longitudinal inadmisible del mecanismo de cadena, y por ello, un
descarrilamiento del pantógrafo. Es entonces muy factible un daño
costoso de la línea aérea y/o del pantógrafo. Además, una sobrecarga
térmica puede provocar una reducción de la resistencia mecánica,
especialmente, un debilitamiento de la línea de contacto de la línea
aérea.
La sobrecarga térmica puede provocarse, por
ejemplo, a causa de una temperatura exterior muy elevada, una
resistencia al paso en un elemento de conexión aflojado, así como
por un flujo de corriente demasiado alto. El último caso debe ser
tenido en cuenta, especialmente, considerando la creciente demanda
de rendimiento de futuros vehículos ferroviarios de alto
rendimiento. Esta demanda se origina a causa de la creciente oferta
de confort dentro de los vehículos (automatización completa, TV,
multimedia, etc.), los elevados picos de corriente en la puesta en
marcha, los frenos regenerativos eléctricos cada vez más utilizados
y el incremento de la velocidad de los trenes que alcanza y supera
los 300 km/h. De ello se desprende el deseo del mayor
aprovechamiento posible de la línea aérea.
Sin embargo, para garantizar igualmente un
suministro de energía seguro, se necesita un dispositivo de
protección de sobrecarga que trabaje de modo muy preciso. Tanto una
corriente de funcionamiento inadmisiblemente elevada, como así
también una corriente de cortocircuito (hasta 45 kA) son reconocidas
y desactivadas por tal dispositivo de protección. De ese modo, la
línea aérea es protegida contra la combustión, y se reduce la
cantidad de interrupciones del funcionamiento. Esta función de
protección es ofrecida por un dispositivo de protección digital a
distancia, descrito, por ejemplo, en "Digitalschutz für
Bahnenergienetze" (Protección digital de redes de energía para
ferrocarriles), H.-J. Braun, et al., Elektrische Bahnen 97,
1999, cuaderno 1/2, págs. 32-39. Las magnitudes de
medición son, en este caso, en primer lugar la tensión eléctrica y
la corriente eléctrica.
Para equipar a las nuevas rutas ferroviarias,
satisfaciendo las futuras demandas y protegiéndolas de tasas de
fallas demasiado elevadas, puede ser útil un monitoreo adicional de
la carga térmica de la línea aérea. Sin embargo, en un dispositivo
tal, la carga térmica de los componentes individuales, que es la de
interés primordial, en este momento se determina sólo de modo
indirecto, a partir de diferentes magnitudes de medición
auxiliares. Como se desprende del manual de uso "Siemens Digitaler
Oberleitungsschutz 7SA517 V3.4" (Protección de línea aérea
digital de Siemens 7SA517 V3.4), Siemens AG, Transportation Systems,
08/2001, referencia:
E50410-A0011-U501-A2-0091,
págs. 3-12 a 3-14, esta protección
de sobrecarga térmica se basa en un modelo térmico con función de
memoria, que, a partir de la determinación del valor efectivo de la
corriente y la temperatura exterior, calcula la temperatura de la
línea de contacto en la línea aérea y la compara con un valor máximo
tolerado regulable. Sin embargo, la utilización del modelo térmico
puede provocar un resultado impreciso. La temperatura determinada
mediante cálculo y la temperatura real existente de los componentes
de la línea aérea pueden variar entre sí, con la consecuencia de
que una medida de protección derivada no sea la adecuada para los
hechos reales.
Un procedimiento similar para el control del
estado de una línea aérea de alta tensión, en el cual se utiliza un
modelo de aproximación para la determinación indirecta de la
temperatura del conductor, se presenta en la memoria DE 19718186
C1.
En los documentos US 4635055 A1, US 4894785 A1,
US 4904996 A1, US 5006846 A1 y US 5341088 A1 se describen sensores
eléctricos determinados para el montaje en una línea aérea de alta
tensión, a los que les es suministrada energía eléctrica por el
conductor por controlar. Se detectan múltiples magnitudes de
medición en potencial de alta tensión, como la incidencia de la luz
solar, la corriente del conductor, la tensión del conductor, la
velocidad y la dirección del viento, la humedad relativa, la
temperatura exterior, y también la temperatura y el alargamiento
del conductor de alta tensión. Las señales detectadas se transmiten
por radio a una estación terrestre o, en el dispositivo de la
memoria US 5006846 A1, por comunicación óptica. Todos los sensores
poseen una construcción que rodea completamente al conductor por
controlar, que también comprende, especialmente, un transformador
magnético, por ejemplo, en forma de un transformador de núcleo
toroidal, para el desacople inductivo, desde el conductor por
controlar, de la energía requerida para el funcionamiento de los
sensores eléctricos. Por ello es técnicamente poco probable o
imposible una implementación en el suministro de energía al
ferrocarril, a causa del contacto deslizante usual entre el
pantógrafo y la línea de contacto.
En el ensayo "Measurements of overhead
transmission line loads with Bragg gratings" (Mediciones de
cargas de líneas de transmisión aéreas con retículas de Bragg),
L. Bjerkam, Conference Proceedings, SPIE, vol. 3746,
S.514-517, OFS-13, Kyongju, Korea,
12.-16/04/1999, se publica una medición del alargamiento en una
línea aérea de alta tensión mediante sensores de retículas de Bragg
de fibra, o sensores FBG. Para la medición de amplitudes de
alargamiento dinámicas del conductor de corriente están dispuestos
en total tres sensores en un segmento de 160 m de largo de una
línea aérea de 60 kV. Uno de ellos sirve para la detección de una
referencia de temperatura. Ambos sensores FBG para la medición del
alargamiento están adheridos directamente sobre el conductor por
controlar. Por una señal luminosa suministrada es reflejada
nuevamente, en la unidad de evaluación, una proporción con la
longitud de onda efectiva de cada sensor FBG. La longitud de onda
efectiva se modifica con el alargamiento reinante en el punto de
medición, de modo que su modificación se puede utilizar como
magnitud de medición para el alargamiento.
El control mediante fibras ópticas de las líneas
de transmisión terrestres también es objeto del artículo
"Multiplexed fiber optics bragg grating sensors for strain and
temperature measurements in power systems" (Sensores de
retículas de Bragg de fibra multiplexos para la medición del
alargamiento y la temperatura en sistemas de energía),
H.J.Kalinowski et al., Conference Proceedings, SPIE vol.
3666, S. 544-553, Bellingham, VA, US, 1999 y de la
memoria WO 00/68657 A. Es posible, por ejemplo, determinar, mediante
múltiples sensores de retículas de Bragg de fibra dispuestos en
diferentes puntos a lo largo de las líneas de transmisión
terrestres, las temperaturas y los alargamientos de las líneas de
transmisión terrestres con una resolución local.
La adecuación y la aplicación general de
sensores de retículas de Bragg de fibra para el control de
alargamientos y temperaturas de estructuras y componentes críticos,
especialmente en el área de la aviación y la navegación espacial,
están descritas en la memoria US 5 493 390. Los sensores están
colocados en las estructuras para supervisar o embutidos en
ellas.
Una parte significativa de las causas de fallas
de las líneas aéreas se pueden explicar por una interacción errónea
entre el vehículo ferroviario y la línea aérea.
Por ejemplo, la fuerza de compresión del
pantógrafo puede ser inadecuada en la denominada línea de contacto
de la línea aérea. En caso de fuerzas de compresión elevadas,
también denominadas fuerzas de contacto, se expone a la línea de
contacto y también al frotador a un desgaste excesivo. En caso de
fuerzas de contacto demasiado bajas, durante la marcha también se
pueden provocar pérdidas de contacto que pueden provocar arcos
voltaicos entre la línea de contacto y el frotador. Por temperaturas
muy elevadas en el arco voltaico, pueden originarse daños por
desgaste de material en la línea de contacto y en el pantógrafo. Si
el frotador presenta, por ejemplo, estrías, durante la marcha la
línea de contacto puede ser conducida por momentos en estas estrías.
Esto puede provocar desviaciones no especificadas de todo el
mecanismo de cadena. En el peor de los casos se puede llegar a un
descarrilamiento del pantógrafo.
Para los operadores de la infraestructura,
responsables de la línea aérea, es de gran interés poder registrar
la interacción entre la línea aérea y el vehículo ferroviario
correspondiente con un denominado "Quality Gate", para poder
intervenir eventualmente para la regulación y también, por ejemplo,
poder aclarar unívocamente, en caso de incidentes, las cuestiones
acerca de la responsabilidad. En "Stromabnehmerdiagnose im
laufenden Betrieb durch stationäre Anhubmessung" (Diagnóstico de
pantógrafos durante la marcha, mediante mediciones de
levantamientos estacionarios), H. Möller, et al. Elektrische
Bahnen 100, 2002, cuaderno 6, pág. 198-203 se
describe un "Quality Gate" de ese tipo. La publicación describe
cómo se deduce, con la determinación de la elevación de la línea de
contacto, la fuerza de contacto entre el pantógrafo y la línea de
contacto, para reconocer pantógrafos defectuosos o mal regulados.
Para ello, se mide la elevación con un potenciómetro para cable
como sensor de recorrido mecánico. La señal eléctrica del
potenciómetro para cable se suministra luego, para el tratamiento
subsiguiente, a un amplificador de medición, a través de un cable y
un amplificador separador.
La invención tiene como objetivo presentar un
procedimiento y un dispositivo que, en comparación con el estado de
la técnica, posibilite un control mejorado de una línea aérea para
el suministro de energía eléctrica a un vehículo ferroviario,
teniendo en cuenta las cargas térmicas y/o mecánicas.
El objetivo correspondiente al dispositivo se
logra, acorde a la invención, con las medidas indicadas en la
reivindicación 1.
Acorde a ello, se trata de una línea aérea para
el suministro de energía eléctrica a un vehículo ferroviario con un
dispositivo de medición de fuerza óptico, que comprende
- -
- al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra dispuesto en arrastre de fuerza en, o junto a un componente de la línea aérea,
- -
- Elementos de alimentación para el suministro de una señal luminosa al sensor de retículas de Bragg de fibra, asimismo,
- -
- una deformación del componente, generada por una fuerza que actúa desde fuera de un pantógrafo del vehículo ferroviario sobre la línea aérea, y
- -
- la deformación por determinarse del componente de la línea aérea, asociada a un cambio de la señal luminosa, y
- -
- los elementos de evaluación, con los cuales se determina un valor de medición para la fuerza ejercida sobre la línea aérea desde el pantógrafo, a partir de las modificaciones de la señal luminosa originadas debido a la deformación.
El objetivo correspondiente al procedimiento se
logra, acorde a la invención, con las medidas indicadas en la
reivindicación 21.
Acorde a ello, se trata de un procedimiento
óptico de medición de fuerza, para la determinación de una fuerza
que actúa desde un pantógrafo de un vehículo ferroviario sobre una
línea aérea determinada para el suministro de energía eléctrica al
vehículo ferroviario, en cuyo procedimiento
- -
- al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra es dispuesto en arrastre de fuerza en, o junto a un componente de la línea aérea,
- -
- una señal luminosa, suministrada al, al menos único, sensor de retículas de Bragg, es modificada a causa de una deformación del componente de la línea aérea, asimismo, la deformación del componente es provocada por una fuerza que actúa sobre la línea aérea desde fuera del pantógrafo, y
- -
- a partir de la modificación de la señal luminosa, originada debido a la deformación, se determina un valor de medición para fuerza que actúa desde el pantógrafo sobre la línea aérea.
La presente invención se funda en el
conocimiento de que, mediante la aplicación de un sensor óptico para
la detección de una magnitud física, con el cual, por ejemplo,
están en correlación una carga térmica y/o mecánica del componente
del conductor, la magnitud física real se puede determinar con mayor
precisión que mediante los dispositivos de control o de protección
para líneas aéreas conocidas en el estado de la técnica.
Los componentes del conductor por controlar, que
también puede estar configurado especialmente como sistema
conductor, como en el caso de una línea aérea ferroviaria, son, por
ejemplo, un hilo metálico o una barra de hilo trenzado, un elemento
de conexión como un borne o también una pieza fundida masiva.
Gracias a su reducido tamaño constructivo, un sensor óptico se
puede colocar de manera simple sobre tal componente. Para ello no
se requiere una adaptación constructiva del componente, o sólo una
adaptación menor, por ejemplo, en forma de una ranura, una
perforación o una pieza de adaptación.
Una ventaja de un sensor óptico respecto del
sensor eléctrico convencional es su separación potencial intrínseca.
La exploración óptica se puede llevar a cabo mediante una
disposición óptica de chorro libre o también mediante al menos un
suministro dieléctrico, por ejemplo, en forma de un guíaondas de luz
de vidrio o plástico. De este modo, es posible instalar dichas
alimentaciones o descargas dieléctricas sin costo de aislamiento
especial o con un costo comparativamente reducido. Gracias a la
elevada disponibilidad de componentes de fibra de vidrio estándar,
que se pueden aplicar muy bien para suministros y descargas
dieléctricos, además de una ventaja técnica también se obtiene una
mayor ventaja económica.
El sensor óptico está configurado como sensor de
retículas de Bragg de fibra, o sensor FBG. Este tipo de sensor se
caracteriza por su especial capacidad de multiplexado, de modo que
se puede constituir de manera simple una red de sensores, en la
cual los sensores FBG individuales pueden ser sensibles a diferentes
magnitudes de influencia, por ejemplo, la temperatura o el
alargamiento del conductor. Otra ventaja de la tecnología FBG es la
posibilidad de una medición prácticamente en forma de puntos, es
decir, muy delimitada localmente. A diferencia de ello, un sensor
óptico que también podría considerarse, como un sensor acorde al
principio Brilloin o Raman, usualmente presenta cierto efecto local
integrador, que alcanza, por ejemplo, varios metros. Una medición
en forma de puntos, es decir, especialmente, una delimitación local
del punto de medición a pocos milímetros, sería muy difícil de
lograr con este tipo de sensores ópticos. Pero con un sensor FBG
esto es posible sin mayores complicaciones.
Los sensores individuales FBG pueden, por
ejemplo, estar inscritos en serie en una única guíaondas de luz,
con distancias predeterminadas de entre 1 cm. y varios km. Una
construcción con múltiples guíaondas de luz paralelas, en las que
se encuentran respectivamente múltiples sensores FBG, también es
posible. De ese modo es posible alojar y leer 100 y más sensores en
una barra de guíaondas de luz. Para una mejor distinción, al menos
los sensores FBG dispuestos en una guíaondas de luz, preferentemente
presentan cada uno una longitud de onda efectiva diferente. Pero
esta no es una condición absoluta, puesto que también con longitudes
de onda efectiva iguales se pueden diferencias las señales de
respuesta de diferentes sensores FBG, por ejemplo, mediante un
OTDR (Optical Time Domain Reflectometer, o reflectómetro óptico en
el dominio del tiempo, en español).
En cada sensor FBG es reflejada nuevamente una
proporción de la señal luminosa suministrada, determinada por la
longitud de onda efectiva respectiva. La longitud de onda efectiva
se modifica con el alargamiento reinante en el punto de medición,
en este caso, especialmente la temperatura y/o el alargamiento. Esta
modificación en la proporción de la longitud de onda (o el espectro
de la longitud de onda) de cada señal luminosa (parcial) reflejada
puede ser utilizada como medida para la magnitud de influencia por
determinar. Para la exploración mediante la señal luminosa se
utiliza especialmente una fuente de luz de banda ancha, como, por
ejemplo, una LED con un ancho de banda de aproximadamente 45 nm,
una SLD con un ancho de banda de aproximadamente 20 nm o un láser
de frecuencia variable con un ancho de banda de aproximadamente 100
nm. La aplicación de otro sensor óptico para el registro directo de
temperaturas en principio también es posible. Se puede utilizar, por
ejemplo, un sensor óptico que provoque una modificación de la
intensidad en la señal luminosa suministrada, condicionada por la
temperatura, o que esté basado en termoluminescencia. También para
las mediciones de alargamiento en principio se puede aplicar otro
sensor óptico, por ejemplo, un interferómetro de
Fabry-Pérot, de fibra óptica.
El procedimiento y el dispositivo se aplican,
acorde a la invención, para el control de la línea aérea prevista
para el suministro de energía eléctrica al vehículo ferroviario
(=suministro de energía al ferrocarril). Una línea aérea comprende,
a su vez, mástiles de soporte, en los que, a ciertos metros sobre
las vías férreas, está sujeto un mecanismo de cadena. El mecanismo
de cadena comprende, esencialmente, un transportador aéreo, en el
cual está sujeta la línea de contacto, con intercalado de péndolas.
Especialmente para el control de este mecanismo de cadena, cuya
carga térmica o mecánica hasta ahora era muy difícil o imposible de
controlar, se pueden implementar ventajosamente los sensores
ópticos mencionados.
Los acondicionamientos ventajosos del
dispositivo y del procedimiento acorde a la invención se desprenden
de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 o
21.
Es especialmente ventajoso determinar la
temperatura de los componentes del conductor. Gracias a la
determinación directa de la temperatura, se puede prescindir del
modelo numérico, basado en un dispositivo digital de protección de
líneas aéreas, para la aproximación de la temperatura del conductor.
De este modo, ya no se presentan la indeterminación y/o las
inexactitudes condicionadas por el modelo de aproximación.
Las causas de errores en el modelo de
aproximación son la no consideración de factores climáticos como la
velocidad del viento, la temperatura del viento, la incidencia de
los rayos solares, la proyección de sombra, la humedad relativa,
las precipitaciones (lluvia, nieve) y también la no consideración de
particularidades topográficas como la diferencia de altura entre el
lugar en el cual está colocado el medidor de temperatura exterior
eléctrico y el lugar en el que se debe determinar la temperatura del
conductor. Estas causas de errores ya no interfieren en la medición
de temperatura directa mediante el sensor óptico.
Si el conductor, por ejemplo, en el caso de una
línea aérea ferroviaria, está configurado como un sistema conductor
con múltiples circuitos parciales de corriente paralelos y/o
ramificados, el modelo de aproximación tiene en cuenta la cantidad
total de corriente, pero no considera las corrientes parciales en
los circuitos parciales, de modo que, en principio, también pueden
permanecen sin ser reconocidas las sobrecargas térmicas locales en
uno de estos circuitos parciales. Mediante la aplicación adecuada de
un sensor de temperatura óptico en un punto de medición que sabemos
crítico en este aspecto, por ejemplo, en un punto de sujeción
conductor eléctrico con pérdida de resistencia óhmica elevada
(calentamiento), también se puede eliminar efectivamente esta
fuente de fallas del modelo de aproximación.
Integrando la temperatura real registrada en un
concepto de protección correspondiente se puede obtener una
protección mejorada ante la sobrecarga térmica del conductor. A
partir de la información respecto de la temperatura medida de modo
directo, puede llevarse a cabo una reducción de la corriente que
recorre el conductor, o también un mantenimiento correspondiente al
estado en que se encuentre.
Además, las reservas de seguridad previstas
hasta ahora en el concepto de protección, a causa del incierto
modelo de aproximación, pueden ser reducidas al menos notablemente
en el caso de la determinación de la carga térmica real, por lo
cual el conductor puede ser accionado con una corriente más elevada.
Al mismo tiempo, sólo se lleva a cabo una medida de seguridad, por
ejemplo, una reducción del flujo de corriente, o una liberación
completa, sólo se lleva a cabo en caso de una sobrecarga térmica
real, es decir, especialmente en caso de sobrepasarse un valor
límite térmico. También es posible un concepto de protección
escalonado con múltiples valores límite de ese tipo, en el que las
medidas de protección seguridad iniciadas se realizan de modo
diferente, dependiendo del valor límite sobrepasado. Es decir, el
peligro de una liberación errónea que costosa del conductor se
reduce notablemente a causa de la integración de la carga térmica
real.
Además, el componente del conductor
correspondiente puede ser realizado en otro modo de ejecución,
especialmente con un corte transversal menor, conociendo con
exactitud su temperatura. De este modo se obtiene un ahorro de
material, y a partir de ello también una ventaja en lo que respecta
a los costos.
Además, a partir del sensor óptico también se
puede registrar la temperatura de un componente no conductor
eléctrico del conductor. Esto no es posible en el modelo de
aproximación, que se basa, esencialmente, en una evaluación de
valores de corriente actuales y anteriores. Sin embargo, una
sobrecarga térmica que hace necesaria una medida de protección
adecuada, también puede presentarse en un componente no conductor
eléctrico del conductor. También en lo que respecta a este tema se
logra una protección mejorada.
Es especialmente favorable si están previstos
los elementos de mando para originar otra medida de protección para
el conductor, dependiendo del valor de medición de temperatura. De
este modo, se puede actuar inmediatamente ante la presencia de
irregularidades que ponen el peligro a la línea aérea, por ejemplo,
a través de una regulación automática.
Además, es ventajoso que estén previstos otros
sensores ópticos para el registro de temperatura. Estos sensores
pueden estar dispuestos en un trayecto determinado a lo largo del
conductor por supervisar, o en diferentes componentes del
conductor. De este modo se puede obtener una mejor percepción global
de la carga térmica real que sufre conductor. Además también es
posible que los sensores ópticos estén dispuestos en diferentes
conductores parciales del conductor. Esto es ventajoso cuando el
conductor está configurado como sistema conductor también compuesto
por, entre otros, los múltiples conductores parciales
mencionados.
Preferentemente se elabora, al menos a lo largo
de determinados segmentos del conductor, un perfil para una
distribución local de la temperatura. Esto se puede llevar a cabo,
especialmente, a través de la determinación de valores de medición
de temperatura de diferentes puntos de medición. La distribución de
la temperatura determinada localmente de esta manera nos brinda una
buena percepción de la carga térmica real, al menos, a lo largo del
segmento del conductor determinado.
Además de la temperatura, también se pueden
detectar ópticamente otras magnitudes de medición. Es de especial
interés el alargamiento mecánico del conductor o de un componente
del conductor. Para ello se coloca, de manera análoga al caso del
registro de temperatura, un sensor óptico de alargamiento en, o
junto al componente del conductor. Una buena unión en arrastre de
fuerza con el objeto de medición actúa de modo positivo sobre la
calidad de la medición del alargamiento. Esto se puede efectuar, por
ejemplo, a través de una unión con un adhesivo resistente a la
intemperie, una unión mecánica por apriete, una unión mediante
atornillado o una unión por soldado. También el alargamiento puede
ser determinado en diferentes puntos de medición, dispuestos,
especialmente, a lo largo de un segmento del conductor por
controlar. Es igualmente posible determinar una distribución del
alargamiento, al menos, a lo largo de un segmento del conductor por
controlar. Un alargamiento mecánico excesivo del conductor, o
también, de sólo un componente, es un indicio de una sobrecarga, en
este caso, mecánica. Para la protección de este tipo de sobrecargas
también se pueden incluir en un concepto de protección
correspondiente los valores de alargamiento y/o la distribución del
alargamiento, detectados ópticamente.
Tanto los valores de medición de temperatura de
diferentes puntos de medición en el conductor, como así también la
distribución de la temperatura eventualmente registrada también se
pueden incluir ventajosamente en un concepto de de protección para
el conductor. A partir de estas informaciones adicionales se puede
lograr una protección especialmente efectiva del conductor ante una
sobrecarga térmica.
Otros acondicionamientos ventajosos del
dispositivo, especialmente para el control de temperatura, se
refieren a diferentes posibilidades de colocación o sujeción del
sensor óptico en los componentes del conductor por controlar.
Para la protección de una carga mecánica y/o
climática excesiva, el sensor óptico puede requerir un alojamiento
en una carcasa separada.
Debido a su tamaño constructivo reducido, el
sensor óptico se puede alojar preferentemente en un espacio hueco
dentro del componente del conductor por controlar. Este espacio
hueco puede ser realizado en el componente del conductor a fin de
sujetar en él el sensor óptico, pero también puede tratarse de un
espacio hueco ya presente en el componente del conductor. En caso
de ser necesario, el sensor óptico puede ser alojado junto con una
carcasa en dicho espacio hueco.
Además, se puede prever un elemento de recepción
dispuesto en el componente del conductor, en el cual se puede
ubicar el sensor óptico.
Independientemente de si el sensor óptico está
dispuesto como tal, mediante una carcasa o mediante un elemento de
recepción, en, o junto al componente del conductor, se pueden
utilizar, para la unión del sensor óptico con el componente del
conductor, una unión por adhesión, soldado, presión o atornillado.
En la medida que sea necesario, también se puede establecer,
especialmente, un buen contacto térmico con el punto de
medición.
En la medida que sea necesario, también se puede
establecer, sin problemas, un buen contacto en arrastre de fuerza
con el punto de medición.
Es especialmente ventajoso, si en el segmento
del conductor se coloca al menos un segundo sensor óptico, con el
cual se determina correspondiente al menos un segundo valor de
medición, asimismo, se le asigna una fuerza que actúa desde fuera
sobre el conductor a, al menos, dos valores de medición de la carga
mecánica. Ya que, en el caso del ejercicio de una fuerza, por
ejemplo, perpendicular al eje longitudinal de un conductor
deformable, éste último se curva. Por esta curvatura se estira la
superficie del conductor de un lado de un segmento longitudinal,
mientras que del otro lado, especialmente, el lado opuesto del mismo
segmento longitudinal, se alarga menos o incluso se recalca.
Aplicando al menos dos sensores ópticos para la determinación de la
deformación del conductor en estas dos áreas de superficie se puede
determinar, mediante la comparación de los valores de medición
obtenidos, cuánto y en qué dirección se deformó el conductor debido
a la curvatura. De ahí se desprende la dirección y la intensidad de
la fuerza ejercida sobre el conductor. De este modo, gracias a la
invención, se posibilita una determinación detallada de la carga
mecánica actuante sobre la línea aérea, que, por otro lado, puede
aplicarse de modo económico a lo largo de segmentos más
prolongados.
Es especialmente favorable si a lo largo del
conductor están previstos otros sensores ópticos para la
determinación de la carga mecánica que se ejerce sobre el
conductor. Estos sensores, especialmente pares de sensores, pueden
estar dispuestos en un trayecto determinado a lo largo del conductor
por supervisar, o en diferentes componentes del conductor. De este
modo, se puede obtener una mejor percepción global de la carga
mecánica real que sufre conductor. Por otro lado, también es
posible analizar, en el caso de un cronometraje simultáneo, la
dinámica del sistema conductor ante el ejercicio de una fuerza.
Los sensores ópticos están configurados como
sensores de retículas de Bragg de fibra, o sensores FBG. Además de
las ventajas ya descritas anteriormente de este tipo de sensores, se
le suma que es posible disponer, en caso de ser necesaria una mayor
exactitud en la medición, múltiples sensores cercanos entre sí sobre
la superficie del conductor. Además, también aquellos sensores,
especialmente los pares de sensores utilizados para la medición de
la deformación de un segmento determinado del conductor, presentan
preferentemente diferentes longitudes de onda
efectiva.
efectiva.
Por otro lado, también es posible, además de la
medición descrita anteriormente, en el modo de reflexión, una
medición en modo de transmisión. En ese caso, de debe analizar la
señal luminosa (parcial) buscando modificaciones en el espectro de
longitud de onda.
La aplicación de otro sensor óptico para el
registro directo de la deformación del conductor principio también
es posible. Para ello se puede utilizar, por ejemplo, un sensor
óptico en base a un interferómetro de Fabry-Pérot,
de fibra óptica.
Es especialmente ventajoso que, para el control
de la carga mecánica, los sensores ópticos estén dispuestos en
arrastre de fuerza en el componente del conductor. Esto garantiza
que la deformación del conductor causada por la fuerza sea
transmitida por completo a los sensores.
A su vez, es especialmente ventajoso que los
sensores ópticos estén dispuestos en al menos una ranura junto al
componente del conductor. De este modo se agranda el área de
contacto entre los sensores y el conductor por controlar. Esto
garantiza un mejor contacto.
A su vez, se pueden utilizar, para la unión del
sensor óptico con el componente del conductor, una unión por
adhesión o por soldado. Este tipo de uniones son fácilmente
ejecutables, garantizan una unión en arrastre de fuerza y son de
aplicación económica.
Especialmente en el caso de la aplicación para
el control de la carga térmica y/o mecánica de una línea aérea
férrea se prefiere colocar al menos un sensor óptico del lado del
conductor por controlar, preferentemente de la línea de contacto,
opuesto al lado en el cual el pantógrafo del vehículo ferroviario
entra en contacto deslizante con el conductor. De este modo se
impide, al menos, un daño del sensor óptico por parte del frotador
del vehículo ferroviario.
Además es ventajoso que estén previstos medios
de identificación del vehículo sobre carriles, y que al vehículo
sobre carriles, que ejerce fuerza sobre el componente del conductor,
se le asignen los valores de medición. Además puede ser ventajoso
que estos datos puedan ser registrados y almacenados. Esto
posibilita, por ejemplo, en el caso de ocasionarse daños, de
identificar unívocamente al causante, aún en un momento posterior.
Como medio de identificación se puede utilizar una unidad de
emisión y recepción que, al ingresar el vehículo ferroviario en el
"Quality Gate", recibe los datos necesarios para la
identificación del vehículo, por ejemplo, de un emisor
electromagnético colocado en el vehículo ferroviario.
Además es ventajoso que estén previstos
elementos de mando para generar una medida de protección para el
conductor, dependiendo de la fuerza ejercida desde fuera sobre el
conductor. Para ello, se pueden transmitir al vehículo ferroviario
señales de regulación, por ejemplo, por radio.
Otros acondicionamientos ventajosos del
dispositivo, especialmente para el control de temperatura y/o para
e control de la carga mecánica, se refieren a diferentes
posibilidades de colocación o sujeción, especialmente, en forma de
uniones por apriete.
Es especialmente ventajoso si están previstos
elementos para la fijación de la unión por apriete configurando una
pretensión. De este modo se pueden conducir de la manera más simple
y confiable las guíaondas de luz al punto de medición y se pueden
fijar de modo correspondiente a las condiciones de medición los
sensores ópticos en el punto de medición.
A su vez, es especialmente ventajoso si,
mediante la pretensión en la unión por apriete, se fija, al menos,
un sensor óptico a la unión por apriete. De este modo, sólo se
requiere un elemento de pretensión para la fijación simultánea del
sensor óptico y de la unión por apriete en la línea de contacto.
Preferentemente, mediante la pretensión, la
unión por apriete está dispuesta en unión continua y/o en arrastre
de fuerza y/o en unión térmica con la línea de contacto. Esto
posibilita una transmisión al sensor óptico, del modo más confiable
posible, de la temperatura y/o de la deformación del componente del
conductor por contro-
lar.
lar.
Es especialmente favorable que la unión por
apriete comprenda un elemento de recepción, en un extremo, o en
cada extremo, y que ésta esté configurada con una envoltura en forma
de abrazadera, con un estribo elástico, asimismo, mediante el
estribo elástico uno o ambos elementos de recepción estén dispuestos
respectivamente en una entalladura de la línea de contacto en unión
continua y/o en arrastre de fuerza y/o en unión térmica,
configurando la pretensión. De este modo, se puede prescindir de un
elemento de pretensión adicional. Se logra así una colocación más
rápida y simplificada del dispositivo de ajuste en el
correspondiente componente del conductor.
Las posibilidades mencionadas anteriormente para
la colocación de al menos un sensor óptico en el componente del
conductor por controlar también son ventajosos en sí, es decir,
especialmente, también sin la integración en un concepto de control
o de protección postconectado.
Los ejemplos de ejecución preferidos de la
presente invención, pero de ninguna manera excluyentes, se explican
en mayor detalle a partir de los dibujos. Para una mayor claridad,
el dibujo no está realizado a escala, y ciertos aspectos sólo están
representados de modo esquemático. Individualmente se muestra:
Figura 1 un dispositivo para el control,
especialmente, de la carga térmica de un conductor,
Figura 2 un sensor de retículas de Bragg de
fibra dispuesto en una carcasa,
Figura 3 la colocación de un sensor embutido en
el elemento de conexión del conductor, acorde a la figura 2,
Figuras 4 a 7 la colocación de una guíaondas de
luz en, o junto a una línea de contacto, incluyendo un sensor de
retículas de Bragg de fibra,
Figura 8 un dispositivo para el control,
especialmente, de la carga mecánica de un conductor,
Figura 9 un segmento de la línea de contacto con
un par de sensores FBG, inscritos en una guíaondas de luz,
Figura 10 un segmento de la línea de contacto
con un par de sensores FBG, inscritos en dos guíaondas de luz,
Figura 11 a 13 ejemplos de disposición de al
menos una guíaondas de luz en la línea de contacto, incluyendo los
sensores de retículas de Bragg de fibra, representados en un corte
transversal de la línea de contacto,
Figura 14 un corte transversal a través de una
línea de contacto con una guíaondas de luz dispuesta en la línea de
contacto, con un sensor de retículas de Bragg de fibra
"Single-Ended",
Figura 15 un ejemplo de disposición de una
guíaondas de luz en una línea de contacto,
Figuras 16 a 17 ejemplos de disposición de al
menos una guíaondas de luz en la línea de contacto, incluyendo los
sensores de retículas de Bragg de fibra, con un elemento de
pretensión adicional, y
Figuras 18 a 19 un ejemplo de disposición de al
menos una guíaondas de luz en la línea de contacto, incluyendo los
sensores de retículas de Bragg de fibra, sin el elemento de
pretensión adicional.
Las piezas correspondientes en las figuras 1 a
19 están identificadas con las mismas referencias.
En la figura 1 está representado un dispositivo
de control 10 para controlar especialmente la carga térmica de un
conductor 2 en forma de un mecanismo de cadena de una línea aérea
ferroviaria, mientras que la figura 8 muestra un dispositivo de
control 10 para controlar especialmente la carga mecánica de un
conductor 2. La línea aérea 2 sirve para el suministro de energía a
un vehículo ferroviario 31 a través de un pantógrafo 32.
La línea aérea 2 consiste esencialmente en
componentes portadores de corriente como el conducto de alimentación
(no representado en la figura 1), un transportador aéreo 22, la
línea de contacto 21, y diversos elementos auxiliares como péndolas
23 y elementos de conexión adecuados 24, por ejemplo, en forma de
bornes o guardacabos. Están previstos varios mástiles 30 para
sostener la línea aérea 2. A través de la línea de contacto 21 se
transporta la potencia necesaria para el funcionamiento del vehículo
ferroviario 31, de, por ejemplo, 12 MW y más, al lugar del
pantógrafo 32 del vehículo ferroviario 31. La línea de contacto 21
está en contacto deslizante con un frotador del pantógrafo 32
dispuesto perpendicular a la línea de contacto 21, y no mostrado en
las figuras 1 y 8. El frotador es, a su vez, presionado con cierta
fuerza, la denominada fuerza de contacto, contra la línea de
contacto 21. De ese modo, se forma el contacto eléctrico suficiente
para el suministro de energía entre la línea de contacto 21 y el
pantógrafo 32. El transportador aéreo 22 previsto, al menos, en el
caso de una línea aérea 2 extendida para una velocidad del vehículo
ferroviario 31 de más de 100 km/h, tiene la función de portador,
pero también, adicionalmente, de suministro de corriente. En una
línea aérea moderna 2, que posibilita una velocidad muy elevada,
además de la línea de contacto 21 y el transportador aéreo 22,
también pueden estar previstos, para el suministro de corriente,
otros conductores eléctricos (parciales), por ejemplo, en forma de
denominados fíderso alimentadores de línea.
Para mayor claridad de la distribución del flujo
eléctrico en la línea aérea 2, en la representación de la figura 1
están indicadas las corrientes I1, I2 o I3 que fluyen, a modo de
ejemplo, en la línea de contacto 21, en el transportador aéreo 22 y
en una péndola 23x. Estas corrientes I1 I2 y I3 pueden conducir,
junto con influencias exteriores, como por ejemplo, la temperatura
y otras condiciones climáticas, a una carga térmica y también
mecánica de los componentes individuales de la línea aérea 2 o de
toda la línea aérea 2. Para detectar esta carga térmica y mecánica
lo antes posible, están previstos sensores ópticos en forma de
sensores de de retículas de Bragg de fibra o sensores FBG 41 a 45 y
51 a 53. La distribución de estos sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53,
representada en la figura 1, se debe tomar a sólo modo de ejemplo.
Otras distribuciones de los sensores son igualmente posibles. Los
sensores FBG 41 a 45 son sensibles a la temperatura, y los sensores
FBG 51 a 53 son sensibles al alargamiento.
Los sensores FBG 41 a 45, así como 51 a 53,
están inscritos, en el ejemplo de la figura 1, a distancias
irregulares (de modo ópticamente seriales entre sí) en una
guíaondas de luz 40. De ese modo, son componentes integrales de la
misma. Un dispositivo con múltiples guíaondas de luz dispuestas
especialmente ópticamente paralelas entre sí, con sensores FBG
integrados, también es posible. Como podemos ver en la figura 1,
también se puede seleccionar para la guíaondas de luz 40 una
construcción en una sola pieza, o una construcción de múltiples
segmentos unidos.
Para mayor claridad de las direcciones en que se
ejerce la fuerza sobre la línea de contacto 21, en la figura 8 está
graficado un sistema de coordenadas 80 con un eje "x", "y"
y "z". El componente de fuerza en la dirección "z" puede
entenderse como fuerza de contacto. Las fuerzas en dirección
"y" se presentan como fuerzas perpendiculares y de corte, y se
originan, por ejemplo, por las conducción, por segmentos, de la
línea de contacto 21 en las estrías de un frotador defectuoso. Las
fuerzas perpendiculares y de corte también se presentan a causa de
la disposición en zig zag de la línea de contacto 21 en la dirección
de avance, que tiene como consecuencia un movimiento perpendicular
de la línea de contacto 21 respecto del pantógrafo 32 durante la
marcha del vehículo ferroviario 31, y, como consecuencia, una
fuerza de fricción originada por ello. Las fuerzas en la dirección
"x" se denominan fuerzas longitudinales, y son provocadas por
el rozamiento entre el frotador y la línea de contacto 21 durante
la marcha, y en dirección de la marcha.
Para la determinación de la carga mecánica están
previstos sensores ópticos 54 a 56, en forma de sensores de
retículas de Bragg de fibra, o sensores FBG. La distribución de
estos sensores FBG 54 a 56, representada en la figura 8, se debe
tomar a sólo modo de ejemplo. Otras distribuciones de los sensores
son igualmente posibles. Los segmentos de medición individuales a
lo largo del conductor 2 están provistos respectivamente de un par
de sensores 54 a 56, inscritos en la guíaondas de luz. Cada sensor
de un par 54 a 56 está asignado a una barra de guíaondas de luz. La
guíaondas de luz 40 representada en la figura 8 se debe entender por
ello como una barra doble. En un punto de medición también pueden
disponerse más de dos sensores, asignados respectivamente a una
barra de guíaondas de luz. Las barras de guíaondas de luz pueden, a
su vez, ser parte de una sola guíaondas de luz 2 o también
corresponder, cada una, a una guíaondas de luz 2. La o las guíaondas
de luz 2 pueden estar construidas en una sola pieza, pero también
estar compuestas de múltiples piezas unidas, al menos, ópticamente
entre sí.
La red de sensores compuesta por los sensores
FBG 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1, y 54 a 56 en la figura 2, es
explorada por una señal luminosa LS, generada por una fuente de luz
61 de banda ancha. A través de un acoplador 62 y la o las guíaondas
de luz 2 se suministra la señal luminosa LS a los sensores FBG 54 a
56.
Cada uno de los sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53
en la figura 1 y 54 a 56 en la figura 2 tiene una longitud de onda
específica, la denominada longitud de onda Bragg, que lo distingue
de los demás sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1 y 54 a
56 en la figura 2. En cada sensor 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1 y
54 a 56 en la figura 2 es reflejada nuevamente una proporción de la
señal luminosa LS suministrada, con la longitud de onda efectiva
correspondiente, como una señal luminosa parcial refleja. La
proporción restante de la señal luminosa LS, por el contrario,
atraviesa el sensor correspondiente 41 a 45 y 51 a 53 en la figura
1, y 54 a 56 en la figura 2, y choca con el siguiente sensor 41 a
45 y 51 a 53 en la figura 1 y 54 a 56 en la figura 2. En el
acoplador 62 aflora entonces una señal luminosa LS' reflejada
nuevamente por los sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1, y
54 a 56 en la figura 2, que se compone de señales luminosas
parciales reflejas de los sensores FBG individuales 41 a 45 y 51 a
53 en la figura 1, y 54 a 56 en la figura 2. Bajo la influencia de
la carga mecánica en el lugar de cada sensor 41 a 45 y 51 a 53 en la
figura 1 y 54 a 56 en la figura 2 se modifica la longitud de onda
efectiva de cada sensor, y, de ese modo, también de la proporción de
la longitud de onda (= el espectro de la longitud de onda) de la
señal luminosa parcial refleja reflejada por el sensor
correspondiente 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1, y 54 a 56 en la
figura 2 . Esta modificación en la proporción de la guíaondas de
luz sirve como medida para las magnitudes por registrar. Pero
también se puede pensar en un funcionamiento por transmisión (no
mostrado en las figuras 1 y 8). Aquí, a diferencia del
funcionamiento por reflejo, se debe analizar todo el espectro de
longitud de onda emitido por la fuente de luz LS buscando áreas de
longitud de onda faltantes. Porque estas áreas de longitud de onda
faltantes corresponden a cada longitud de onda efectiva de cada
sensor individual 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1 y 54 a 56 en la
figura 2.
La señal luminosa LS' reflejada que aflora en el
acoplador 62 es conducida por el acoplador 62 a un transformador
optoeléctrico 63. Este último comprende, especialmente, un elemento
espectral selectivo para la selección de las señales luminosas
parciales reflejas individuales, por ejemplo, en forma de un
policromador y eventualmente también un receptor de luz de
múltiples piezas. Para analizar el espectro de luz se pueden
utilizar espectrómetros de rejilla o de difracción. Tras la
transformación optoelectrónica, se lleva a cabo una transformación
análoga/digital en un transformador A/D 64. La señal de salida
digitalizada del transformador A/D 64 se suministra a una unidad de
evaluación digital 65, en la cual se determinan los valores de
medición M1, M2, M3, M4, ... para las cargas mecánicas sobre el
conductor 2, detectadas por los sensores FBG individuales 54 a 56.
Por el contrario, en el funcionamiento por transmisión se puede
prescindir del acoplador 62. En este caso, en un extremo de la o
las guíaondas de luz 40 se acopla la señal luminosa LS mediante la
fuente de luz 61, y en el otro extremo de la o de las guíaondas de
luz 40 es detectada por un transformador optoeléctrico 63.
La fuente de luz 61, el acoplador 62, el
transformador optoeléctrico 63, el transformador A/D 64 y la unidad
de evaluación 65 están reunidos en una unidad de emisión y recepción
60, asimismo, la subunidad formada por la fuente de luz 61 y el
acoplador 62 puede ser considerada como medio para la alimentación
de la señal luminosa LS en los sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53 en la
figura 1 y 54 a 56 en la figura 2, así como la subunidad formada
por el transformador optoeléctrico 63, el transformador A/D 64 y la
unidad de evaluación 65 puede ser considerada como medio para la
determinación de un valor de medición M1, M2, M3, M4, ... para las
dimensiones de influencia respectivas, detectadas por los sensores
FBG 41 a 45 y 51 a 53 en la figura 1 y 54 a 56 en la figura 2. En
otro ejemplo de ejecución no mostrado estas subunidades o sus partes
pueden estar configuradas constructivamente por separado, es decir,
no como una unidad de emisión y recepción común 60. Además, también
es posible una evaluación puramente analógica, por ejemplo,
mediante un circuito electrónico permanentemente conectado. Entonces
no estaría previsto un transformador A/D 64 y la unidad de
evaluación 65 estaría ejecutada de manera analó-
gica.
gica.
La unidad de emisión y recepción 60, del ejemplo
mostrado respectivamente en las figuras 1 y 8, se encuentra en
potencial de tierra; la línea aérea 2, por el contrario, se
encuentra en un potencial usual en el suministro de energía al
ferrocarril, especialmente de 15 a 25 kV. El puente de esta
diferencia de potencial se realiza mediante la o las guíaondas de
luz 40, a través de la cual o de las cuales también se transmiten la
señal luminosa LS suministrada y la señal luminosa reflejada LS'.
De este modo se obtiene una construcción muy compacta. La o las
guíaondas de luz 40 consisten en un material dieléctrico, como, por
ejemplo, vidrio o plástico. De este modo, no se requieren medidas
adicionales para el aislamiento eléctrico.
Los valores de medición M1, M2, M3, M4, ...
generados en cada unidad de emisión y recepción 60 en las figuras
1 y 8 son transmitidas por radio a una unidad de recolección de
datos 90. Pero la transmisión de datos también puede llevarse a
cabo a través de un conducto, de modo eléctrico u óptico. Además, la
unidad de emisión y recepción 60 y la unidad de recolección de
datos 90 también pueden estar configuradas como una unidad
común.
En la unidad de control 70 en la figura 1 está
consignado un concepto de protección para la línea aérea 2. Según
la magnitud de los valores de medición determinados M1, M2,... para
la carga térmica y mecánica real se decide, en la unidad de control
70, si se debe llevar a cabo una medida de protección para la línea
aérea 2. Se puede reducir, especialmente, el flujo de corriente de
la línea aérea 2, para proteger a la línea aérea 2 de una
destrucción en caso de una carga térmica o mecánica demasiado
elevada. En un caso extremo, a la línea aérea 2 también se le puede
cortar el suministro de energía eléctrica. Estas medidas se inician
a través de una señal de mando CS generada por la unidad de control
70. Según el grado de sobrecarga comprobado, la señal de mando CS
genera una reducción del flujo de corriente en una unidad de
conmutación no representada en la figura 1.
En la figura 8 está representada otra unidad de
emisión y recepción 95, con la cual se receptan los datos D31 para
la identificación del vehículo ferroviario que ingresa al "Quality
Gate" 11. Una unidad de emisión y recepción electromagnética 31,
dispuesta en el vehículo ferroviario 31, puede servir especialmente
para trasmitir estas informaciones. La unidad de emisión y
recepción 33 puede, por ejemplo, estar ejecutada de modo tal que
tome la energía para su funcionamiento de un campo electromagnético
96 irradiado por la unidad de emisión y recepción 95. En principio,
la transmisión de datos también se puede llevar a cabo ópticamente.
Los datos del vehículo ferroviario obtenidos se transmiten desde la
unidad de emisión y recepción 95 a la unidad de recolección de
datos 90 y se almacenan junto con los correspondientes valores de
medición M3, M4, ... transmitidos por la unidad de emisión y
recepción 60. De este modo, el operador de la infraestructura,
responsable de la línea aérea 2, tiene la posibilidad de acceder en
otro momento a los valores de medición registrados y asignados a
cada vehículo ferroviario.
Los valores de medición M3, M4,..., transmitidos
desde la unidad de emisión y recepción 60 a la unidad de
recolección de datos 90, se transmiten, además, por radio, a la
unidad de control 70. Pero la transmisión de datos también puede
llevarse a cabo a través de un conducto, de modo eléctrico u óptico.
Además, las unidades de emisión y recepción 60 y 95, la unidad de
recolección de datos 90 y la unidad de control 70 también pueden
estar configuradas como una unidad común.
En la unidad de control 70 está consignado un
concepto de protección para la línea aérea 2. Según la magnitud de
los valores de medición determinados M3, M4,... para la carga
mecánica real, se decide, en la unidad de control 70, si se deben
llevar a cabo una medida de protección para la línea aérea 2. Sobre
todo se puede reducir o incrementar la fuerza que actúa desde el
pantógrafo 32 sobre la línea aérea 2, para proteger a la línea
aérea 2 de una destrucción, en caso de una carga mecánica demasiado
elevada. Estas medidas se introducen por una señal de mando CS
generada por la unidad de control 70, que se transmite al vehículo
ferroviario 31, por ejemplo, por radio. Además, al conductor del
vehículo ferroviario se le pueden transmitir por radio los datos de
medición M3, M4,... asignados a su vehículo ferroviario 31, para que
tenga la posibilidad de intervenir en caso de ser necesario.
En las figuras 2 a 7 están representadas las
posibilidades de aplicación de los sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53
junto a, o en los componentes de la línea aérea 2.
Acorde a la representación de la figura 2, el
sensor FBG 41 está ejecutado como un sensor 59 embutido en una
carcasa 55. La guíaondas de luz 40 con el sensor FBG 41 integrado,
se encuentran en una carcasa, por ejemplo, redonda, por lo cual la
guíaondas de luz 40 y el sensor FBG 41 están protegidos ante las
condiciones del entorno demasiado duras, y también se garantiza un
desacople mecánico del sensor FBG 41 del componente por controlar
de la línea aérea 2, en el cual o junto al cual se debe colocar el
sensor 59 embutido. En el sensor FBG 41, constituido como sensor de
temperatura, sólo es importante un buen acople térmico, y, por el
contrario, es ventajoso un desacople mecánico. A diferencia de
ello, en el caso de un sensor FBG de alargamiento 51 a 53, se
aspiraría justamente a un acople en arrastre de fuerza con el
componente por controlar de la línea aérea 2 (unión en arrastre
de
fuerza).
fuerza).
En la figura 2 se muestra un denominado sensor
"Single Ended", en el cual el recorrido de la luz tras el
sensor FBG 41 termina, por ejemplo, en un depósito óptico (=la tapa
semicircular en el borde derecho de la carcasa, no identificada en
la figura 2). Como podemos observar en las figuras 1 y 8, en una red
de sensores, dicho sensor 59 puede ser utilizado, por ejemplo, como
último sensor en el recorrido de la luz. En una terminación con un
reflector en lugar de un depósito, el sensor 59 también puede ser
utilizado, especialmente en relación con un elemento comparable con
el acoplador 62, en cualquier lugar de la red de sensores de las
figuras 1 y 8. Por otro lado, también es posible un modo de
ejecución transmisivo. En ese caso, en el borde derecho de la
carcasa 55 está prevista una salida para la guíaondas de luz 40 en
lugar de un depósito o un reflector.
En la figura 3 está representado
esquemáticamente el modo en que dos sensores embutidos 59 están
colocados junto a los elemento de conexión 24 y 25 de la línea
aérea 2, acorde a la figura 2. A su vez, el elemento 24 está
ejecutado como borne ensamblable para la sujeción de la péndola 23
en la línea de contacto 21. El elemento 25, por el contrario, es un
guardacabos con manguitode conexión por entallado. De manera
similar, los sensores FBG 41 a 45 y 51 a 53 también se pueden
sujetar a otros elementos de conexión de la línea aérea 2.
Ejemplos de otros elemento de conexión adecuados
para la sujeción de un sensor FBG 41 a 45 y 51 a 53 son, por
ejemplo un borne dentado, un borne eléctrico para el transportador
aéreo 22 o la línea de contacto 21, un borne roscado para la
sujeción de la péndola 23 en el transportador aéreo 22 o en la línea
de contacto 21, una grifa de unión o un
borne-puente.
En las figuras 4 a 7 están representadas las
posibilidades de disposición de la guíaondas de luz 40, incluyendo
los sensores FGB seleccionados a modo de ejemplo 41 a 43 para ser
sujetados en o a la línea de contacto 21. La colocación se lleva a
cabo, a su vez, preferentemente en un área de la línea de contacto
21, opuesta a una cara de contacto 210. La cara de contacto 210
sirve para el contacto deslizante de la línea de contacto 21 y el
pantógrafo 32. Mediante la sujeción en un área opuesta a la cara de
sujeción 210 se mantiene la carga mecánica de la guíaondas de luz
40 lo más baja posible. Al mismo tiempo los sensores FBG 41 a 43 aún
se encuentran muy cerca del punto de medición que nos interesa, a
saber, del lado de la cara de contacto 210 que sufre la carga
térmica.
Acorde a la figura 4, la guíaondas de luz, junto
con el sensor 42, están dispuestos en un espacio hueco 59 en la
línea de contacto 21, con la forma de un canal hueco que discurre en
dirección longitudinal a la línea de contacto 21. Este alojamiento
ahorra mucho espacio. Las dimensiones exteriores de la línea aérea 2
prácticamente no se modifican en este tipo de disposición de la
guíaondas de luz 40 y del sensor 42.
En los ejemplos de ejecución mostrados en las
figuras 5 a 7, por el contrario, la guíaondas de luz 40 y los
sensores FBG 43 y 41 no están dispuestos en la línea de contacto 21
misma sino en un elemento de recepción 56 previsto adicionalmente,
que, por ejemplo, puede estar configurado como un adaptador de cobre
o un plástico. El elemento de recepción 56 contiene en ese caso un
canal hueco, en el que están dispuestos la guíaondas de luz 40 y
los sensores FBG 43 y 41. De modo alternativo, el elemento de
recepción 56 también puede estar dispuesto en unión continua
alrededor de la guíaondas de luz 40 y los sensores FBG 43 y 41.
Dicha construcción en unión continua presenta buenos resultados,
especialmente en la aplicación de un procedimiento de elaboración
usual, por ejemplo, un procedimiento de inyección y/o
fundición.
En el ejemplo de ejecución de la figura 5, el
elemento de recepción 56 está pegado o soldado a la línea de
contacto 21, y en los ejemplos de ejecución de las figuras 6 y 7
está fijado por apriete sobre la línea de contacto 21. La unión por
apriete se lleva a cabo acorde a la representación de la figura 6,
mediante un dispositivo de apriete 57 previsto adicionalmente, por
el contrario, en el modo de ejecución de la figura 7, la unión por
apriete se lleva a cabo mediante un dispositivo de apriete 58 ya
presente. El espacio hueco determinado para el alojamiento del
elemento de recepción 56 dentro del dispositivo de apriete 58 puede,
a su vez, ya estar previsto con anterioridad, como en el ejemplo de
la figura 7. Pero también puede haber sido realizado mediante una
modificación específica de los elementos constructivos del
dispositivo de apriete 58. Además, en el ejemplo de la figura 6
también puede estar prevista una unión por atornillado en lugar de
un dispositivo de apriete 57.
En las figuras 9 y 10 están representados un par
de sensores FGB 54 en cada segmento de la línea de contacto 21. La
figura 9 muestra un ejemplo de ejecución con una guíaondas de luz
40, mientras que en la figura10 cada sensor FBG está dispuesto
respectivamente en una guíaondas de luz 40. Los pares de sensores
FBG 40 están dispuestos, preferentemente, de modo paralelo entre
sí, en el mismo largo del conductor 2 por controlar, como se
representa en ambas figuras.
Las figuras 11 a 13 muestran, a partir de cortes
transversales de la línea de contacto, en qué puntos se disponen
preferentemente los sensores FBG 54 a 56.
En la figura 11 dos sensores FBG 54 están
dispuestos en las entalladuras ya previstas en la construcción de
la línea de contacto 21. También es posible una disposición en la
línea de contacto 21 por fuera de las entalladuras. Sólo se debe
garantizar un contacto en arrastre de fuerza de ambos sensores FBG
54 con la línea de contacto 21. Para ello se utilizan sobre todo
uniones por adhesión o por soldado. Dado que el pantógrafo 32 está
en contacto con la cara inferior de la línea de contacto, la cara
de contacto 210, se debería evitar en lo posible una disposición
expuesta en la cara inferior de la línea de contacto 21, para evitar
un daño de los sensores FBG 54 o de la guíaondas de luz 40.
También es posible disponer los sensores FBG 54
en ranuras 211. De ese modo, se incrementa la superficie de
contacto de los sensores FBG 54 con el conductor 2. Esto trae
consigo una gran ventaja al efectuarse una unión en arrastre de
fuerza. En la figura 12 está representada una línea de contacto 21
provista de una ranura 211 en la parte superior. En esta ranura 211
se encuentra embutido un sensor FBG 54 en arrastre de fuerza. En la
cara que se halla del lado opuesto del corte transversal de la línea
de contacto, en el área de contacto con el pantógrafo 210, también
se puede disponer un sensor FBG 54, embutido en una ranura 211. Éste
debe estar embutido con una profundidad tal que evite el contacto
con el frotador del pantógrafo 32 (este modo de ejecución no está
representado en las figuras). La figura 13 muestra un modo de
ejecución en el cual dos sensores FBG 54 están dispuestos
lateralmente en una ranura 211 cada uno.
En principio, también se puede pensar en otras
posiciones de los sensores FBG 54 en el conductor 2, distribuidos
sobre el borde del corte transversal. También se pueden utilizar
cuatro o más sensores FBG 54 en un segmento del conductor 2. Pero
preferentemente se disponen dos sensores FBG 54 en las caras
opuestas respectivas de la superficie del conductor 2, para obtener
la mayor diferencia posible en la modificación de la longitud de
onda de la luz incidente LS en el reflejo en los sensores FBG 54,
por ejemplo, en una curvatura del segmento del conductor 2.
En la figura 14 está representado un segmento de
la línea de contacto 21 con una guíaondas de luz 40 dispuesta en la
línea de contacto 21. Para una mayor simpleza, en este caso la
guíaondas de luz 40 está ejecutada como un sensor
"Single-Ended" 47. Se puede observar que la
guíaondas de luz 40 es conducida a lo largo de la línea de contacto
21 mediante uniones 81, especialmente uniones por apriete y/o por
atornillado, y que el extremo de la guíaondas de luz 40 está sujeto
a la línea de contacto 21, junto con el sensor óptico 47 y mediante
otra unión de apriete y/o de atornillado 82 u 83. Además de los
modos de ejecución representados en las figuras 4 a 7 y 11 a 13
para una sujeción de una guiaondas de luz en la línea de contacto
21, en las figuras 15 a 19 están representados otros modos de
ejecución, especialmente como uniones por apriete 81 a 83.
La figura 15 muestra una unión por apriete 81
fijada en la línea de contacto 21 mediante una pretensión aplicada
sobre un elemento de pretensión 84, por ejemplo, un tornillo con
tuerca.
Dado que la aplicación de la pretensión provoca,
al mismo tiempo, una reducción del radio de curvatura del área de
la unión por apriete por encima del elemento de pretensión 84, por
ello la guíaondas de luz 40 es sostenida por la unión por apriete
81 misma.
La figura 16 muestra una unión por apriete 82 de
dos partes, consistente en una brida 88 y un cuerpo en forma de
estribo 87, dicha unión por apriete también es fijada a la línea de
contacto 21 por una pretensión ejercida sobre un elemento de
pretensión, por ejemplo, un tornillo. La unión por apriete 82 está
ejecutada de modo tal que puede disponerse en unión continua en la
parte superior de la línea de contacto 21. La guíaondas de luz 40,
junto con el sensor óptico 46, presentan un contacto en arrastre de
fuerza o en unión térmica con la línea de contacto 21, debido a la
fijación en unión continua, especialmente, en una perforación de la
unión por apriete 82.
La figura 17 muestra otro modo de ejecución
correspondiente, con el cual se pueden receptar dos guíaondas de
luz 40 con sensor óptico 46. También se pueden pensar modos de
ejecución que puedan receptar más de dos guíaondas de luz 40. A su
vez, la cantidad máxima de guíaondas de luz 40 que se pueden
receptar depende, esencialmente, de las dimensiones de la unión por
apriete 82 correspondiente y del diámetro de la guíaondas de luz
40.
En las figuras 18 y 19 está representado
respectivamente un ejemplo de ejecución 83 de una unión por apriete
que puede ejecutarse sin elementos de pretensión 84 adicionales,
como, por ejemplo, tornillos. Ambas uniones por apriete 83
consisten en uno o dos elementos de recepción 86, asimismo, cada
elemento de recepción 86 está provisto de una perforación en la
cual puede disponerse respectivamente una guíaondas de luz 40 en
unión continua, y con ello, en arrastre de fuerza y/o en unión
térmica. Por otro lado, ambas uniones por apriete 83 presentan un
estribo elástico 85, especialmente un resorte de hoja. Mediante el
resorte de hoja 85 se puede constituir una pretensión, de modo tal
que la unión por apriete respectiva 83 pueda fijarse en la línea de
contacto sin elementos de pretensión 84 adicionales. Un elemento de
recepción 86 de la figura 18, o ambos elementos de recepción 86 de
la figura 19, están, a su vez, constituidos de modo tal que tienen
un contacto en unión continua con las entalladuras ya previstas en
la construcción de la línea de contacto 21. Esto garantiza,
finalmente, un contacto en arrastre de fuerza y/o en unión térmica
del sensor óptico 46 o de los sensores ópticos 46 con la línea de
contacto 21. Por otro lado, el montaje de las uniones por apriete 83
es bastante simple, dado que sólo deben ser enganchadas en la línea
de contacto 21. Los modos de ejecución mostrados en las figuras 16
y 18 se deben utilizar, preferentemente, sobre todo para el control
de la temperatura y del alargamiento, mientras que los modos de
ejecución representados en las figuras 17 y 19 con sus respectivos
dos sensores ópticos 46, preferentemente para la determinación de
la fuerza ejercida por fuera sobre la línea de contacto.
Los dispositivos de control mostrados en las
figuras 1 y 8 también se pueden combinar sin mayores complicaciones.
De ese modo, se puede ejecutar siempre, junto con el control de la
carga mecánica, el control de la carga térmica de los componentes
del conductor. Esto subraya especialmente la ventajosa flexibilidad
y compatibilidad de ambos dispositivos representados en las figuras
1 y 8.
Claims (31)
1. Línea aérea para el suministro de energía
eléctrica a un vehículo ferroviario (31) con un dispositivo de
medición de fuerza óptico, que comprende
- -
- al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) sujeto, en arrastre de fuerza, a o en un componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25),
- -
- elementos de alimentación (61, 32) para el suministro de una señal luminosa (LS) al sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56), asimismo,
- -
- una deformación del componente, generada por una fuerza que actúa desde fuera de un pantógrafo (32) del vehículo ferroviario (31) sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23), y
- -
- la deformación por determinar, del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) asociada a un cambio de la señal luminosa (LS'), y
- -
- los elementos de evaluación (62, 63, 64, 65), con los cuales se determina un valor de medición (M1, M2, M3, M4) para la fuerza ejercida sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) desde el pantógrafo (32), a partir de las modificaciones de la señal luminosa (LS') originadas debido a la deformación.
2. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza acorde a la reivindicación 1, en la cual
- -
- se debe disponer al menos un segundo sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) en el componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), con el cual se debe determinar, al menos, el segundo valor de medición (M3, M4) de modo correspondiente, y
- -
- mediante, al menos, ambos valores de medición (M3, M4) se debe determinar la dirección de la fuerza que actúa desde fuera del pantógrafo (32) sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23), con los elementos de evaluación (62, 63, 64, 65).
3. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza acorde a la reivindicación 1 o 2, en la cual
están previstos los múltiples sensores de retículas de Bragg de
fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) para el registro de la
deformación, en diferentes puntos a lo largo de la línea aérea (2,
21, 22, 23).
4. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3, en
la que el componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23) forma parte
de un mecanismo de cadena (2).
5. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4, en
la cual está previsto, al menos, un sensor de retículas de Bragg de
fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) dispuesto en, al menos, una
ranura (211) en el componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23).
6. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 5, en
la cual está previsto, al menos, un sensor de retículas de Bragg de
fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) fijado mediante una unión
por adhesión, por soldado, por presión o atornillado, en el
componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23).
7. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 6, en
la cual la línea aérea (2, 21, 22, 23) presenta una línea de
contacto (21) con una cara de contacto (210), determinada para
efectuar el contacto del pantógrafo (32) del vehículo ferroviario
(31) y en la cual, al menos, un sensor de retículas de Bragg de
fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) está dispuesto en la línea de
contacto (2, 21, 22, 23), en una cara esencialmente orientada en el
sentido contrario a la cara de contacto (210).
8. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, en
la cual están previstos elementos para la identificación del
vehículo ferroviario (31), a los cuales se les deben asignar
valores de medición (M3, M4).
9. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8, en
la cual están previstos elementos de mando (70) para originar una
medida de protección para la línea aérea (2, 21, 22, 23),
dependiendo de la fuerza que actúa desde fuera sobre la línea aérea
(2, 21, 22, 23).
10. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a la reivindicación 6, en la cual, en la
línea de contacto (21), están previstos elementos para la fijación
de la unión por apriete (81, 82, 83), configurando una
pretensión.
11. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a la reivindicación 10, en la cual,
mediante la pretensión en la unión por apriete (81, 82, 83) está
fijado al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47,
51, 52, 53, 54, 55, 56) en la unión por apriete (81, 82, 83).
12. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a la reivindicación 10 u 11, en la cual,
mediante la pretensión, la unión por apriete (81, 82, 83), está
dispuesta en unión continua y/o en arrastre de fuerza y/o en unión
térmica con la línea de contacto (21).
13. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 10 a 12,
en la cual la unión por apriete (81, 82, 83) comprende un elemento
de recepción (86), en un extremo, o en cada extremo, y está
configurada con una envoltura en forma de abrazadera, con un estribo
elástico (85), asimismo, mediante el estribo elástico (85) uno o
ambos elementos de recepción (86) están dispuestos respectivamente
en una entalladura de la línea de contacto (21) en unión continua
y/o en arrastre de fuerza y/o en unión térmica, configurando la
pretensión.
14. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 10 a 12,
en la cual el dispositivo óptico de medición de fuerza comprende al
menos otro sensor de retículas de Bragg de fibra (41, 42, 43, 44,
45 59) embutido en una carcasa (55) de modo tal que se halla
desacoplado mecánicamente, y sujeto a , o en, otro componente de la
línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), asimismo,
- -
- mediante elementos de alimentación (61, 32) se debe suministrar la señal luminosa (LS) al menos al otro sensor de retículas de Bragg de fibra (41, 42, 43, 44, 45, 59),
- -
- la temperatura por registrar, del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), provoca un cambio de la señal luminosa (LS'), y
- -
- mediante los elementos de evaluación (62, 63, 64, 65), se debe determinar un valor de medición (M1, M2, M3, M4) para la temperatura de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) a partir de las modificaciones, causadas por la temperatura, de la señal luminosa (LS').
15. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a la reivindicación 14, en la cual están
previstos elementos de mando (70) para originar otra medida de
protección para la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), dependiendo
del valor de medición de temperatura (M1, M2).
16. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a la reivindicación 14 o 15, en la cual
están previstos múltiples sensores de retículas de Bragg de fibra
(41, 42, 43, 44, 45, 59, 55, 56) para el registro de la temperatura
en diferentes puntos a lo largo de la línea aérea (2, 21, 22, 23,
24, 25).
17. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 14 a 16,
en la cual está previsto, al menos, un sensor de retículas de Bragg
de fibra (42, 59) dispuesto en, al menos, un espacio hueco del
componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) para el
registro de la temperatura.
18. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 14 a 16,
en la cual está previsto, al menos, un sensor de retículas de Bragg
de fibra (41, 43, 59) dispuesto en un elemento de recepción (56)
colocado en el componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25),
para el registro de la temperatura.
19. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 14 a 18,
en la cual está previsto, al menos, un sensor de retículas de Bragg
de fibra (41, 42, 43, 44, 45, 59, 55, 56) para el registro de
temperatura, fijado mediante una unión por adhesión, por soldado,
por presión o atornillado, en el componente de la línea aérea (2,
21, 22, 23).
20. Línea aérea con un dispositivo óptico de
medición de fuerza, acorde a una de las reivindicaciones 1 a 19, en
la cual la línea aérea (21, 21, 22, 23, 24, 25) presenta una línea
de contacto (21) con una cara de contacto (210) determinada para
efectuar el contacto con un pantógrafo (32) del vehículo ferroviario
(31), y en la cual, al menos, un sensor de retículas de Bragg de
fibra (41, 42, 43, 59, 53, 54, 55, 56) para el registro de la
temperatura, está dispuesto, en la línea de contacto (2, 21, 22,
23), en una cara esencialmente orientada en la dirección opuesta a
la cara de contacto (210).
21. Procedimiento óptico de medición de fuerza,
para la determinación de una fuerza que actúa desde un pantógrafo
(32) de un vehículo ferroviario (31) sobre una línea aérea (2, 21,
22, 23) determinada para el suministro de energía eléctrica al
vehículo ferroviario (31), en cuyo procedimiento
- -
- al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56) es sujeto, en arrastre de fuerza, en, o a, un componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25),
- -
- una señal luminosa (LS), suministrada al, al menos único, sensor de retículas de Bragg (46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56), es modificada a causa de una deformación del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), asimismo, la deformación del componente es provocada por una fuerza que actúa sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23) desde fuera del pantógrafo (32), y
- -
- a partir de la modificación de la señal luminosa (LS), originada debido a la deformación, se determina un valor de medición (M3, M4) para fuerza que actúa desde el pantógrafo (32) sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25).
22. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a la reivindicación 21, en el cual
- -
- se debe sujetar al menos un segundo sensor de retículas de Bragg de fibra (54, 55, 56) al componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25), con el cual se debe determinar al menos un segundo valor de medición (M3, M4) de modo correspondiente, y
- -
- mediante, al menos, ambos valores de medición (M3, M4), se determina la dirección de la fuerza que actúa desde fuera del pantógrafo (32) sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23).
23. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a la reivindicación 21 o 22, en el cual están previstos
múltiples sensores de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52,
53, 54, 55, 56) para el registro de la deformación en diferentes
puntos a lo largo de la línea aérea (2, 21, 22, 23).
24. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a una de las reivindicaciones 21 a 23, en el cual el, al
menos, único sensor de retículas de Bragg de fibra (46, 47, 51, 52,
53, 54, 55, 56) es dispuesto junto a un componente de un mecanismo
de cadena (2).
25. Procedimiento óptico de medición de fuerza,
acorde a una de las reivindicaciones 21 a 24, en el cual están
previstos elementos para la identificación del vehículo ferroviario
(31), a los cuales se les deben asignar valores de medición (M3,
M4).
26. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a una de las reivindicaciones 21 a 25, en el cual están
previstos elementos de mando (70) para una medida de protección para
la línea aérea (2, 21, 22, 23), dependiendo de la fuerza que actúa
desde fuera sobre la línea aérea (2, 21, 22, 23).
27. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a una de las reivindicaciones 21 a 26, en el cual
- -
- al menos un sensor de retículas de Bragg de fibra (41, 42, 43, 44, 45, 59, 55, 56), embutido de modo tal que se halla desacoplado mecánicamente en una carcasa (55), es sujeto en arrastre de fuerza en, o a, un componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25),
- -
- una señal luminosa (LS), suministrada al otro sensor de retículas de Bragg (41, 42, 43, 44, 45, 59), es modificada a causa de la temperatura del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25) en el punto en que se modifica al menos otro sensor de retículas de Bragg de fibra (41, 42, 43, 44, 45, 59), y
- -
- a partir de las modificación, causada por la temperatura, de la señal luminosa (LS') se determina un valor de medición (M1, M2, M3, M4) para la temperatura del componente de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25).
28. Procedimiento óptico de medición de fuerza,
acorde a la reivindicación 27, en el cual, dependiendo del valor de
medición de temperatura (M1, M2), se provoca otra medida de
seguridad para la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25).
29. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a la reivindicación 27 o 28, en el cual están previstos
múltiples sensores de retículas de Bragg de fibra (41, 42, 43, 44,
45, 59) para el registro de la temperatura en diferentes puntos a
lo largo de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25).
30. Procedimiento óptico de medición de fuerza,
acorde a una de las reivindicaciones 27 a 29, en el cual se
determina una distribución de la temperatura local, al menos a lo
largo de un segmento de la línea aérea (2, 21, 22, 23, 24, 25).
31. Procedimiento óptico de medición de fuerza
acorde a una de las reivindicaciones 27 a 30, en el cual se provoca
la otra medida de seguridad, dependiendo de los valores de medición
de temperatura de diferentes puntos de la línea aérea (2, 21, 22,
23, 24, 25) o dependiendo de la distribución de la temperatura local
determinada al menos a lo largo de segmentos de la línea aérea (2,
21, 22, 23, 24, 25).
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| DE102006016644A1 (de) * | 2006-04-08 | 2007-10-11 | Dürr Systems GmbH | Vorrichtung zum Zuführen von Medien zu Bearbeitungsplätzen |
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| WO2008070766A2 (en) * | 2006-12-07 | 2008-06-12 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Fiber optic fault detection system and method for underground power lines |
| FR2924499B1 (fr) * | 2007-12-03 | 2010-02-05 | Faiveley Transp Tours | Installation de mesure pour le comptage d'energie d'alimentation d'un materiel roulant |
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