CN111108033A - 特别是用于计轴器的应变测量设备 - Google Patents

Abstract

一种特别是用于计轴器(91)的应变测量设备(1)，包括：‑至少一个应变传感器部件(5)，特别是带有光纤布拉格光栅(6a，FBG)的光学纤维(6)；‑支架(2)，其上固定着所述应变传感器部件(5)；和‑待监视的结构(4)，特别是铁轨，在其上固定着所述支架(2)，其中，所述支架(2)的至少一部分在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下通过所述结构(4)被保持在弹性变形的状态下，其特征在于，所述支架(2)构造有相互间隔开地彼此相对置的第一支架件(T1)和第二支架件(T2)，所述应变传感器部件(5)至少以第一固定点(7)固定在所述第一支架件(T1)上，并且至少以第二固定点(8)固定在所述第二支架件(T2)上，并且既不以这些固定点(7、8)之间的中间区段(5a)固定在第一支架件(T1)上，也不以其固定在第二支架件(T2)上。本发明提出了一种可简便地操作的应变测量设备，其中，能可靠地识别出掉落，且可轻易地规定应变传感器部件的应变状态。

Description

特别是用于计轴器的应变测量设备

技术领域

本发明涉及一种特别是用于计轴器的应变测量设备，其包括：

-至少一个应变传感器部件，特别是带有光纤布拉格光栅的光学纤维；

-支架，其上固定着应变传感器部件；和

-待监视的结构，特别是铁轨，在其上固定着支架，其中，支架的至少一部分在支架的固定于该结构上的状态下通过该结构被保持在弹性变形的状态下。

背景技术

用于计轴器的这种应变测量设备特别是由EP 3 069 952 A1已知。

为了使得铁路交通更安全，使用计轴器。采用计轴器尤其可以检查计轴器的地点是否已经被火车完全通过，以便例如确定出相关的轨道区段是否已经变得完全空闲。

计轴器的可能的测量原理基于利用应变传感器部件来测量通过由轴传递的火车重力引起的轨道弹性变形。

为此EP 3 069 952 A1提出，作为应变传感器部件，把光纤布拉格光栅(＝FBG，也就是Fiber Bragg Gitter)在预应力下固定在轨道上。光纤布拉格光栅的反射波长与FBG的弹性应变状态有关，由此可以测量应变状态。通过预应力可以借助FBG的应变状态来识别出：FBG是否仍正确地固定在轨道上、还是从轨道上脱落。在一种变型中提出，热学地施加预应力，其方式为，支架在预应力下安置在轨道上。

由DE 10 2005 010 344 A1还已知，通过弯曲状态来影响光波导中的阻尼特性。

此外例如也已知一些应变传感器部件，其基于因变化的应变状态所致的电阻或电容变化。

然而，在预应力下把应变传感器部件直接固定在待监视的结构比如铁轨上比较困难。支架上固定着应变传感器，通过该支架来施加预应力，这样可以实现一定程度的简化。但在这种情况下，也难以借助应变传感器部件来调节一定的应变状态(比如为了调节工作点)。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种便于操作的应变测量设备，其中，能可靠地识别出脱落，并且可轻易地设定应变传感器部件的应变状态。

该目的通过一种开篇所述类型的应变测量设备得以实现，其特征在于：

支架构造有相互间隔开地彼此相对置的第一支架件和第二支架件，应变传感器部件至少以第一固定点固定在第一支架件上，并且至少以第二固定点固定在第二支架件上，并且既不以这些固定点之间的中间区段固定在第一支架件上，也不以这些固定点之间的中间区段固定在第二支架件上。

在本发明的范畴内规定，应变传感器部件并非沿着其整个测量长度线性地固定在支架上，而是应变传感器部件仅以第一固定点固定在第一支架件上，并且以第二固定点固定在第二支架件上。在位于它们之间的中间区段内，应变传感器部件保持自由。

由此原则上能够实现：使得应变传感器部件的应变状态与支架的弹性变形状态至少部分地解耦。尤其能够实现：由于被监视的结构的变形所致的支架弹性变形根据应用情况而定减弱地或增强地、或从一定的阈值起才传递到应变传感器部件上，或者支架的某些种类的变形增强地传递到应变传感器部件上。应变传感器部件由此可以在最佳的工作区域内工作，并且可以使得应变传感器部件的某些监视功能更加可靠，比如更加可靠地使得识别出“从结构上掉落下来”。同时，支架在结构上的固定可以在支架的易于掌控的弹性变形情况下进行，而不会因应变传感器部件而严重受限。

在中间区段处可以简单且直接地够到应变传感器部件，特别是无需在应变传感器部件的变形中通过位于其下方的支架的变形予以确定。在中间区段中，例如可以相对于支架对应变传感器部件进行附加的绷紧(比如通过随动部件)、或者也可以进行附加的减载(比如通过超长)。

把支架固定在待监视的结构上，其中，支架的至少一部分通过该结构保持在弹性变形的状态下，这能以简单的方式实现检查应变测量设备是否仍正确地位于该结构上、还是从该结构上掉落下来；后者导致回弹到支架或至少所述部分的弹性未变形状态下。从该结构上掉落下来例如可以在固定部老化或者热致软化时出现。应变测量设备经过优选设计，从而支架的弹性变形或夹紧可通过测得应变传感器部件的应变来获知(即支架的弹性变形处于应变传感器部件的受监视区域内)。替代地也可行的是，规定与应变传感器部件或其延展部分开的测量机构或测量，借此可以检查支架的变形(例如在使用另外的应变传感器部件的情况下)。

应变测量设备通常仅包括一个应变传感器部件，替代地也可包括两个或更多的应变传感器部件。

在本发明的范畴内，应变传感器部件利用第一和第二固定点固定在第一和第二支架件上，且在中间区段内并未固定在这些支架件上(也未固定在支架的其它部分上)。支架除了包括第一和第二支架件外，通常还包括一个或多个其它的部分件(比如基本部件或撑杆)。

应变传感器部件优选设计成带有光纤布拉格光栅(＝FBG)的光学纤维；在此，FBG位于中间区段中的固定点之间。通常，应变传感器部件在支架的固定于该结构上的状态下处于略微弹性的应变中，从而无论待监视的结构的压缩还是其拉伸都能轻易地被识别出来。

根据本发明的应变测量设备尤其可以应用在计轴器中；这种计轴器包括至少一个根据本发明的应变测量设备。但也可以规定应变测量设备的其它应用，比如用于监视机械构件的机械负荷或磨损。应变传感器部件可以相对于待监视的结构的中性纤维以倾斜的角度例如大约45°的角度布置。支架在待监视的结构上的固定例如可以通过拧紧、钎焊或粘接来进行。应变传感器部件在支架件上的固定例如可以通过夹紧、钎焊或粘接来进行。

总之，采用本发明可以特别简单地实现：一方面使得应变传感器部件(在支架的固定于结构上的状态下)保持所希望的预应力，另一方面借助支架的至少一部分来监视支架是否仍(充分地)固定在待监视的结构上。

本发明的优选实施方式

在根据本发明的应变测量设备的一种优选的实施方式中规定：

支架的一部分包括板簧部件，该部分在支架的固定于结构上的状态下通过该结构保持在弹性变形的状态下；

以及在板簧部件上构造了：

-支撑部件，用于在支架的固定于结构上的状态下支撑在结构上；和

-随动部件，用于在中间区段中触及(Hintergreifen)应变传感器部件。通过贴靠在结构上的支撑部件使得该板簧部件产生弹性变形。随动部件通常基本上垂直于应变传感器部件的伸展方向(测量方向)且通常基本上垂直于结构的表面运动，在该表面上固定着支架。利用随动部件可以根据板簧部件的变形使得应变传感器部件产生弹性延展，或者也产生弯曲。这种延展或弯曲可以通过应变传感器部件(比如通过延展本身，或者也通过变化的、通常增大的衰减)测得，因而轻易地识别出支架从结构上脱落下来。该构造方式特别可靠地识别出应变传感器部件从待监视的结构上脱落下来。为了识别出传感器脱落，只需板簧部件的弹性变形；尤其无需将弹性地相互夹紧的支架面固定(比如粘接)在该结构上，这使得安装特别简单。

在该实施方式的一种优选的改进中，板簧部件和随动部件经过设计，从而通过它们在板簧部件的弹性变形状态下在支架固定于结构上的情况下使得应变传感器部件不产生或者仅产生略微的延展，并且在支架从结构上脱落下来之后在板簧部件的弹性松弛状态下使得应变传感器部件产生较大的延展。板簧部件(与随动部件一起)使得应变传感器部件绷紧，和/或在其弹性地松弛的状态下使得应变传感器部件弯曲，这通常可轻易地探测到；相反，板簧部件和随动部件(以及支撑部件)经过设计，从而在弹性夹紧的状态下应变传感器部件并不被随动部件绷紧或者仅略微绷紧。替代地也可行的是，应变传感器部件在板簧部件的弹性松弛的状态下松弛。

如下实施方式也是有利的：其中支架的部分包括第一支架件和第二支架件，该部分在支架的固定于结构上的状态下通过结构保持在弹性变形的状态下，其中，第一支架件和第二支架件至少以一个方向分量沿着应变传感器部件的伸展方向弹性地相互夹紧。这种构造方式特别简单。支架的弹性变形以其方向分量直接作用于应变传感器部件的应变状态。

该实施方式的如下改进是优选的：第一和第二支架件通过撑杆相互连接，特别地，撑杆与应变传感器部件间隔开间距AS，优选地，对于间距AS和第一与第二固定点的间距AE，适用：AS≥1×AE，特别优选AS≥3×AE。撑杆(有时也称为腹板)用作固定活节；各支架件可以围绕该固定活节弹性地相对转动(扭转)。通过合适的间距(和合适的弹性偏移)，可以调节作用到应变传感器部件上的力；这在AS≥3×AE时可特别精确地实现。如果希望的话，可以在各支架件之间布置一个或多个弹簧，以便改变支架的弹性特性。替代地或附加地，可以通过基本部件来规定各支架件的连接。

在一种优选的改进中，支架形成夹紧支承部，在该夹紧支承部上或中可设置夹紧部件，该夹紧部件作用在第一和第二支架件上，特别地，夹紧支承部和夹紧部件按照偏心轮的方式配合作用。利用夹紧支承部和夹紧部件，有时特别是在支架固定(比如粘接)于结构上期间可以使得支架或至少其部分产生弹性的变形。利用偏心轮可以特别简单地、尤其也手动地实现施加力。

有利地，设置在夹紧支承部上或中的夹紧部件从支架上断裂，特别是从夹紧支承部的内部区域断裂。夹紧部件可以首先作为支架的一部分而制成，然后在安装时与支架一起直接就在手头。为了在夹紧支承部中使用，夹紧部件(比如偏心轮)可以从支架上断裂(比如从夹紧支承部断裂下来)，并且为了夹紧而插入到夹紧支承部中(如果需要的话)并激活，特别是转动。替代地，夹紧部件也可以通过断裂而丧失先前存在的夹紧作用。

也有利的是，在夹紧支承部上或中不再设置夹紧部件。在正常工作中(即在结构上测量应变时)，于是夹紧部件不再将力施加到支架上，从而弹性状态于是仅仅还与在结构上的固定有关，由此可以很好地识别出应变测量设备掉落下来。

也有一种优选的实施方式规定，支架包括基本部件，利用该基本部件把支架固定在待监视的结构上，第一支架件和第二支架件固定在基本部件上或处。通过基本部件可以有针对性地且简化地、特别是也平面地固定在结构上。

各支架件通常仅仅通过基本部件固定在结构上。通常的基本结构构造成闭合的环(“框架”)，各支架件向内伸入到环中；于是特别是可以在环形区段中发生弹性变形，这些环形区段沿着应变传感器部件的伸展方向延伸。另一种通常的基本结构构造有闭合的面，各支架件位于该面上。

该实施方式的一种优选的改进规定：第一和第二支架件分别仅在背离应变传感器部件的后部区域中固定在基本部件上，并且第一和第二支架件分别在背离后部区域的前部区域中固定在应变传感器部件上。各支架件仅通过基本部件固定在结构上，其中，在相应支架件的后部区域进行固定。各支架件(在前部和后部区域之间)通常未表现出明显的弹性变形。通过前部区域与后部区域的间距，基体或结构的弹性延展明显传递至应变传感器部件。通常，前部和后部区域之间支架件总长度GL至少为各固定点之间应变传感器部件的长度AE的三倍大小。

在一种优选的改进中，支架的部分包括基本部件，该部分在支架的固定于结构上的状态下通过结构保持在弹性变形的状态下，特别地，在弹性变形的状态下，基本部件基本上是平的。基本部件可以按简单的方式构造有合适的、弹性地松弛的第一形状和所希望的、弹性地变形的第二形状；各支架件和应变传感器部件于是可以基本上自由地设置在基本部件上，尤其是即使在基体的弹性变形状态下对应变传感器部件施加所希望的预应力的情况下。基本部件的弹性变形(必要时也仅仅部分地)用来在应变传感器部件上实现夹紧(预应力)，比如用于设立工作点。基本部件通常平面地固定(例如粘接)在待监视的结构上，这特别简单地平面地进行，比如在铁轨旁侧(轨腹)进行。相应地，在支架从结构上脱落下来之后，在弹性松弛状态下，特别是在包含有应变传感器部件的伸展方向的平面中，基本部件通常弯拱。通过弯拱，可以相对于平面状态改变应变传感器部件的弹性延展。

一种特别优选的实施方式规定，支架包括至少一个贴靠部件，其中，该贴靠部件在支架的至少部分弹性变形的状态下使得应变传感器部件或应变传感器部件的引线不受影响，贴靠部件经过设计，从而在支架从结构上脱落下来之后在支架的至少部分弹性松弛的状态下，贴靠部件影响应变传感器部件或应变传感器部件的引线，特别是使其折断和/或破裂，从而应变传感器部件离开其工作范围或者彻底失效。贴靠部件在弹性变形的状态下(应变传感器部件的给定状态)通常与应变传感器部件(或其引线，比如光学纤维的一个区段)间隔开，并且在弹性松弛状态下(在应变传感器掉落之后)，贴靠部件与应变传感器部件(或其引线)接触。应变传感器部件(或其引线)通过贴靠部件通常受到弯折、挤压或者甚至破裂(比如切断)，这可通过测量轻易地探测到，由此可以识别出应变测量设备掉落。在该实施方式中，应变传感器部件无需承担来自支架的至少部分的弹性变形的应变分量，这能实现精确地测量待监视的结构的应变。注意，通常在应变传感器部件或FBG受影响时考察反射波长变化，而对于应变传感器部件或FBG之外的影响(作用到引线上)反射光的衰减程度增大，也就是说衰减是至关重要的。

一种有利的实施方式也规定：应变传感器部件包括带有光纤布拉格光栅的光学纤维；此外存在另外的应变传感器部件，其中，该另外的应变传感器部件同样包括该光学纤维和另外的光纤布拉格光栅；另外的应变传感器部件同样固定在支架上；在支架固定于结构上的情况下在支架的至少部分的弹性变形状态中，光纤布拉格光栅处于第一应变状态，在该状态下它在另外的应变传感器部件的另外的光纤布拉格光栅的工作区域内是透明的，且在支架从结构上脱落下来之后、在支架的至少部分的弹性松弛状态下，光纤布拉格光栅处于第二应变状态，在该状态下另外的应变传感器部件的另外的光纤布拉格光栅的工作区域是不透明的；或者，光纤布拉格光栅的反射波长间隔和另外的光纤布拉格光栅的另外的反射波长间隔在支架的至少部分的弹性变形状态(其中支架固定在结构上)与支架的至少部分的弹性松弛状态之间(在支架从结构上脱落下来之后)并不交叠。应变传感器部件和另外的应变传感器部件可以经过设计，从而应变传感器部件单独用于探测掉落，另外的应变传感器部件用于真正地探测待监视的结构的应变。由此，可以简化应变测量设备的构造、安装和/或调节，并且对结构的应变测量更加精确。另外的应变传感器部件无需承担来自支架的至少部分的弹性变形的应变分量。第一构造形式(带有在松弛状态下“不透明的”光纤布拉格光栅)可比较简单地设计，比如通过光纤布拉格光栅或光学纤维的明显弯曲来设计。第二构造形式(带有彼此“分开”的反射波长和另外的反射波长)通常仍允许更精确的应变测量。注意，仅仅在所述应变传感器部件的受监视区域中、而不是在另外的应变传感器部件的受监视区域中，需要支架或支架的至少一部分的相对于结构的弹性预应力(且优选也仅在应变传感器部件的被监视区域中设计)。另外的应变传感器部件同样可以在相互间隔开的、彼此相对的支架件处借助固定点固定在支架上。

一种用于安装根据本发明的、上述的应变测量设备的方法也落入到本发明的范畴内，其特征在于如下步骤：

a)借助夹紧部件使得支架的至少部分弹性地夹紧；

b)借助夹紧部件使得支架的至少部分保持在弹性夹紧的状态下，并且将支架固定、特别是粘接在待监视的结构上；

c)将夹紧部件去除。该方法特别简单，且尤其也可以在恶劣的环境中使用(例如在野外的铁路轨道上)。当固定已实现所希望的强度时(比如在粘接剂硬化之后)根据步骤b)的固定才结束。应变测量设备在步骤c)之后才工作，即监视待监视的结构的应变。此外在工作中也监视是否还存在支架的变形、还是由于从结构上脱落而丧失所述变形。

根据本发明的方法的一种有利变型规定：夹紧部件在步骤a)之前牢固地与支架连接；针对步骤a)使得夹紧部件从支架断裂。构造或者固定在支架上的夹紧部件对于安装来说始终都在手头上，且可以为了夹紧过程而轻易地断裂并立即使用。夹紧部件尤其可以构造成偏心轮。

一种同样有利的变型规定：夹紧部件在步骤a)和b)中牢固地与支架连接；针对步骤c)使得夹紧部件从支架断裂。最先固定或者构造在支架上的夹紧部件在此也始终都在手头上。夹紧部件在断裂之前使得剩余的支架处于或者保持在用于安装的预应力下。在把支架固定在结构上结束之后，夹紧部件断裂，从而仅还通过固定(比如粘接或拧紧)在结构上保持预应力，因而在从结构上掉落下来时丧失预应力或相关的弹性变形。

在这些变型的一种有利的改进中，在安装一个或多个应变测量设备之后，检查断裂的、且在步骤c)中去除的夹紧部件的完整性。由此可以进行简单的外观查验，检查是否正确地安装了应变测量设备。

本发明的其它优点可由说明书和附图得到。同样，前述的和下面还要介绍的特征根据本发明可以分别单独地采用，或者多个地按任意组合地采用。所示的和所介绍的实施方式不得理解成穷尽的列举，而是确切地说对于介绍本发明来说具有示范性的特性。

附图说明

本发明在附图中示出，并且将借助实施例予以详述。

图1a为根据本发明的应变测量设备的第一实施方式的示意图，其带有框架形的基本部件；

图1b为图1a的应变测量设备的示意性的横剖视图；

图2a为根据本发明的应变测量设备的第二实施方式的示意图，其带有板簧部件、支撑部件和随动部件；

图2b为图2a的应变测量设备的示意性的侧视图，其带有固定在结构上的支架；

图2c为图2a的应变测量设备的示意性的侧视图，其带有从结构上脱落的支架；

图3为根据本发明的应变测量设备的第三实施方式的示意图，其带有撑杆；

图4a为根据本发明的应变测量设备的第四实施方式的示意图，其带有尚未破裂的偏心轮；

图4b示出图4a的应变测量设备，其带有扩张的偏心轮；

图4c示出图4b的在固定于结构上之后、且偏心轮被取下时的应变测量设备；

图5a为根据本发明的应变测量设备的第五实施方式的示意性的侧视图，其带有处于弹性松弛的弯拱状态下的基本部件；

图5b在基本部件的弹性变形的平面状态下示出图5a的应变测量设备；

图6a示出根据本发明的应变测量设备的第六实施方式的示意性的实施方式，其带有与应变传感器部件接触的贴靠部件；

图6b示出图6b的应变测量设备，其带有离开应变传感器部件布置的贴靠部件；

图7示出根据本发明的应变测量设备的第七实施方式的示意性的实施方式，其带有应变传感器部件的光纤布拉格光栅和在另外的应变传感器部件中的另外的光纤布拉格光栅；

图8a示出在固定于结构上的情况下、根据本发明的应变测量设备的第八实施方式的示意性的实施方式，其带有撑杆和牢固地连接的弓形的夹紧部件；

图8b示出在固定于结构上之后、图8a的应变测量设备，其带有断开的夹紧部件；

图8c示出在从结构上脱落之后、图8b的应变测量设备；

图9为计轴器的示意图，其包括两个根据本发明的应变测量设备。

具体实施方式

图1a以俯视图示出根据本发明的应变测量设备1的第一实施方式，图1b所示为相关的横剖视图，参见图1a中的平面Ib。

应变测量设备1包括支架2，该支架在此包括环形闭合的、基本上矩形的基本部件3以及第一支架部件T1和第二支架部件T2。这些支架部件T1、T2向内突伸离开基本部件3，该基本部件形成支架2的外部框架。

支架2以框架形的基本部件3按未详细示出的方式固定在待监视的结构4上，例如以基本部件3的整个底面粘接在结构4上；但支架件T1、T2的底面并未粘接在结构4上，而是仅仅靠置在结构4上。待监视的结构4例如可以是火车线路的铁轨。

在支架件T1和T2上在固定点7、8处固定着应变传感器部件5。固定点7、8分别位于部分件T1、T2的内端。应变传感器部件5的位于固定点7、8之间的中间区段5a在此在部分件T1、T2之间自由伸展。

在所示实施方式中，应变传感器部件5设计成光学纤维6，其在中间区段5a中构造有光纤布拉格光栅(也就是Fiber Bragg Gitter，FBG)6a。注意，在图1a中为简便起见，仅仅在中间区段5a的区域中示出了纤维6；图1b也示出了纤维6的引线6b。替代地也可以使用其他类型的应变传感器部件，比如电阻测量条。

在使用应变传感器部件5来监视结构4的应变的基本状态下，应变传感器部件5通常在中间区段5a中沿纤维6的伸展方向ER略微弹性地延展，以便调节FBG的工作点。在此，应变传感器部件5的弹性延展可以在把应变传感器部件5固定在固定点7、8处(在基本状态下)时或者通过这种固定在实际上任意地设定。

如果结构4变形，则固定在结构4上的基本部件3也随之变形。基本部件3的这种变形通过支架件T1、T2传递到应变传感器部件5上，由此可测量这种变形。

部分件T1、T2的分别从后部区域9直至前部区域10——在那里布置了相应的固定点7、8——的整个长度GL(GL＝LT1+LT2)在此明显大于固定点7、8的间距AE。在所示实施方式中，近乎为GL＝2×AE；通常，GL≥2×AE，或者GL≥3×AE也是优选的。通过平行于应变传感器部件5的伸展方向ER突伸的部分件T1、T2，这些部分件在结构4变形时虽然沿着伸展方向ER运动，但本身几乎不变形，结构4或框架的在伸展方向ER上的变形可以显著地传递至应变传感器部件5，相应于比例AE/(LT1+AE+LT2)。

在已述的基本状态下，框架形的基本部件3处于弹性变形的状态下，该基本部件3被位于其下方的结构4保持在该状态下，基本部件3固定在该结构上。当前，基本部件3参照伸展方向ER略微弹性地拉伸。如果基本部件3或支架2要从结构4上掉落下来，则基本部件3的弹性变形就会回弹，在此也就是，基本部件3在伸展方向ER上收缩。由此也改变了应变传感器部件5的弹性的应变状态，从而可以发现从结构4掉落下来。

在应变测量设备的下述实施方式中，主要介绍与图1a、1b的实施方式的区别。

根据本发明的应变测量设备1的第二实施方式在图2a的俯视图中以及在图2b的侧视图中在结构4上的固定状态下示出，且在图2c中在脱落状态下示出。

应变测量设备1具有支架2，该支架除了包括部分件T1、T2外，还包括板簧部件21。在所示实施方式中，板簧部件21把两个部分件T1、T2相互连接起来，其中，板簧部件21以其端部22、23分别固定在部分件T1、T2上；板簧部件21的端部区域分别够到部分件T1、T2。

在板簧部件21上构造了支撑部件24，该支撑部件在此够到应变传感器部件5，并且以支撑凸起24a支撑在作为止挡方的待监视的结构4上。在支架2的固定于结构4上的状态下(参见图2b)，支撑部件24在此向上顶压板簧部件21离开结构4，由此使得板簧部件21弹性地变形，即在此延展。

在板簧部件21上还构造了随动部件25，该随动部件在此同样够到应变传感器部件5，并且在此具有朝向应变传感器部件5向下突伸的随动凸起25a。随动凸起25a因而从上面触及应变传感器部件5。在板簧部件21的通过支撑于结构4上而弹性变形的状态下(参见图2b)，在所示实施方式中，随动部件25(或其随动凸起25a)抬升一段距离，使得它不接触应变传感器部件5。相应地，应变传感器部件5具有其被设置用于正常的测量工作(用于结构4的应变监视)的、正常的应变状态。

如果应变测量设备1要从结构4掉落下来，则板簧部件21回弹到在图2c中示出的弹性地未变形的状态下，因为支撑部件24在前端不再具有止挡方。在该状态下，随动部件25的随动凸起25a顶压到应变传感器部件5上，并且对其施加明显的弹性延展。这种明显的弹性延展可容易地测得，由此能够轻易地识别出应变测量设备1从结构4掉落下来。

在图2a-2c的实施方式中，支架部件T1、T2或支架2可以固定在待监视的结构4上，而没有明显的剪切应力，这简化了装配。

图3以示意性的俯视图示出根据本发明的应变测量设备1的第三实施方式。

在此，支架2包括部分件T1、T2和撑杆31，在这些部分件上在固定点7、8处固定着应变传感器部件5，该撑杆在一端(图3中的下端)把部分件T1、T2相互连接起来。应变传感器部件ER的伸展方向ER平行于撑杆31或其连接方向伸展。

支架2在弹性变形的状态下、即在部分件T1、T2近乎围绕处于撑杆31中心的活节区域32一定程度地相对扭矩情况下固定在结构4上。该扭转在应变传感器部件5的区域中近乎平行于应变传感器部件5的伸展方向ER起作用。在从结构4上掉落下来时，该扭转回弹，由此使得应变传感器部件5上的应变状态改变。参与扭转的既有部分件T1、T2，又有撑杆31。

撑杆31(或其上面的部分)与应变传感器部件5之间的间距AS优选明显大于固定点7、8的间距AE，以便能够良好地控制在应变传感器部件5的区域中的力。在所示实施方式中，大致有AS＝3×AE；一般地优选选择AS≥2×AE，或者AS≥3×AE。

如果希望的话，撑杆31在活节区域32中弱化，比如带有凹缺33。由此可以例如在相同的力情况下引起更大的扭转，从而便于识别出从结构掉落下来。同样可行的是，在部分件T1、T2之间布置一个弹簧34，或者也布置多个弹簧34(根据需要为拉力弹簧或压缩弹簧)，以便调节部分件T1、T2相互间的弹性特性。

注意，在该实施方式中，应变传感器部件5在中间区段5a内也可以自由地伸展，并且应变传感器部件5的弹性应变状态在基本状态下原则上可以自由地确定。

图4a示出根据本发明的应变测量设备1的第四实施方式。在此，支架2包括支架件T1、T2以及撑杆31，在这些支架件上以固定点7、8固定着应变传感器部件5，该撑杆把支架件T1、T2相互连接起来。这里，在装配应变测量设备1之前，在支架件T1、T2之间保持着构造成偏心轮的夹紧部件41。夹紧部件41通常由带有剩余支架2的一个块件(比如通过对钢板的激光切割)制成，并且保持在剩余支架2上的两个给定断裂部位42处，这里保持在支架件T1、T2之间。在图4a中所示的情况下，支架2处于弹性松弛的状态，并且尚未固定在结构上。夹紧部件41以其长边平行于支架件T1、T2或者垂直于应变传感器部件5的伸展方向ER朝向。应变传感器部件5松弛地悬挂在支架件T1、T2之间；该状态可通过应变测量轻易地确定。

为了安装在待监视的结构4上，夹紧部件41从给定断裂部位42断开，比如通过夹紧部件41的转动43而断开，如图4a中所示。

通过使得夹紧部件41或偏心轮转动一半，该偏心轮使得部分件T1、T2扩张(或者对支架件T1、T2施加扭转)，由此使得支架2处于弹性变形的状态，参见图4b。在支架件T1、T2之间，因而设置了用于夹紧部件41的夹紧支承部44；通常为夹紧部件41设置一个固定的旋转轴45。应变传感器部件5绷紧并承受轻微的弹性延展，相应于其工作点。夹紧部件41以其长边垂直于支架件T1、T2或平行于应变传感器部件5的伸展方向ER朝向。在这种张紧的状态下，支架2固定比如粘接在待监视的结构4上。

在固定于结构4上之后(比如在粘接剂硬化之后)，可以将夹紧部件去除，参见图4c。只要应变测量设备1保持固定在结构4上，支架2的弹性变形状态和应变传感器部件5的轻微的弹性延展也会得以保持。如果要从结构4脱落，应变测量设备1就会在图4a中所示的弹性松弛状态下恢复，这可以通过应变传感器5的松弛轻易地测得。

在根据本发明的应变测量设备1的、图5a中以侧视图示出的第五实施方式中，支架2具有在此闭合平面的基本部件3，在该基本部件上固定着部分件T1、T2。在基本部件3的所示的弹性松弛的状态——它在该状态下未固定在结构4上——下，基本部件3弯拱，由此使得部分件T1、T2彼此靠近，并且在它们之间伸展的应变传感器部件5松弛，这可轻易地测量。

在图5b所示的基本状态下——在该基本状态下，支架2借助基本部件3固定、比如粘接在待监视的结构4(虚线所示)上——，基本部件3保持在弹性地变形的、在此平面的状态下，并且应变传感器部件5绷紧，从而它可以在其工作区域中使用。特别地，结构4的、沿着(或者以一分量沿着)应变传感器部件5的伸展方向ER的变形可以良好地测得。

图6a以支架2的基本部件3的弹性地松弛的状态、并且图6b以其弹性变形的状态示出了根据本发明的应变测量设备1的第六实施方式。在基本部件3上设置或构造了两个贴靠部件61。

在基本部件3的弹性地松弛的状态下，该基本部件处于弯拱的状态，由此贴靠部件61在支架件T1、T2之间的中间区域5a中顶压到应变传感器部件5上(为简明起见，其在剩余支架2上的固定未详细示出)，如图6a中所示，或者甚至切断应变传感器部件(未详细示出)。应变传感器部件5由此有时或者持久地按可易于测量的方式受到影响。如果把应变传感器部件5构造成带有光纤布拉格光栅的光学纤维，则可例如因挤压纤维会使得反射波长严重失谐，或者明显增大纤维的衰减。

在基本体3的弹性变形状态下，这里如图6b中所示在基本体3的平面状态下固定在平面的待监视的结构4上，贴靠部件61远离应变传感器部件5布置，并且不会影响到它。可以对结构4进行正常的应变监视。

图7示出根据本发明的应变测量设备1的第七实施方式。该应变测量设备在此包括应变传感器部件5和另外的应变传感器部件71。应变传感器部件5构造有光纤布拉格光栅6a(也叫从FBG或辅助FBG)(为此例如参见上面的图1a)，另外的应变传感器部件71构造有另外的光纤布拉格光栅72(也叫主FBG或主要FBG)。光纤布拉格光栅6a和另外的光纤布拉格光栅72在同一光学纤维6中构造在不同的位置。

对应变传感器部件5，两个支架件T1、T2通过撑杆31相对于待监视的结构4在弹性变形的状态下固定在结构4上(例如参见上面的图3)；通常为此在固定时局部地在支架2上施加弹性的应力，比如利用偏心轮或另外的夹紧部件(未详细示出)。如果支架2的弹性变形在应变传感器部件5的被监视区域中丧失，则这将通过应变状态的明显变化借助应变传感器部件5识别出来。

对于另外的应变传感器部件71，在此将光学纤维6利用固定点74、75固定在支架件T1'、T2'上，其中，光学纤维6在固定点74、75之间自由地伸展。支架件T1'、T2'在此也通过撑杆73相互连接，但其中，支架2相对于结构4不存在局部的弹性的夹紧或变形。支架2在另外的应变传感器部件71的被监视区域中因而传递结构4的变形，而没有局部支架2所致的应力偏移。

在所示实施方式中，光纤布拉格光栅6a和另外的光纤布拉格光栅72具有明显不同的、未交叠的反射波长间隔。例如，光纤布拉格光栅6a的反射波长(主要与局部支架2的变形状态有关)处于720nm～670nm的范围内，另外的光纤布拉格光栅72的另外的反射波长(主要与结构4的应变状态有关)处于635nm～625nm的范围内。于是可以借助应变传感器部件5的当前反射波长检验“正确地位于结构4上”，并且借助另外的应变传感器部件71的当前的另外的反射波长检验结构4的变形；二者可同时测量。替代地也可行的是，应变传感器部件5或应变测量设备1经过设计，从而在光纤布拉格光栅6a失效的情况下在另外的光纤布拉格光栅72的工作区域中(相应于整个另外的反射波长间隔)是不透明的，这在另外的光纤布拉格光栅72的反射波长确定的试验中可轻易地发现。

通常，支架2的这些局部部分在应变传感器部件5的被监视区域中且在另外的应变传感器部件71的被监视区域中同样地固定，从而通常期望同样的保持(比如由于老化)。优选地，支架2的全部的部分都以未详细示出的方式相互机械地耦联，从而支架2的全部的部分相同地动作(特别是全部都固定在结构4上，或者全部从该结构上掉落下来)。

图8a示出根据本发明的应变测量设备1的第八实施方式。其支架2包括部分件T1、T2，在这些部分件上在固定点7、8处固定着应变传感器部件5。部分件T1、T2一方面通过支架2的撑杆31牢固地相互连接，另外的方面在此也通过弓形的夹紧部件81牢固地相互连接。

通过夹紧部件81，在撑杆31中强制产生弹性变形，其中在此，部分件T1、T2相互离开地撑开(或者相对扭曲，为此也参见上面对图3的说明)。在该状态下，支架2(带有部分件T1、T2和撑杆31，但并不带有夹紧部件81)固定、比如粘接在待监视的结构4上。

在完全固定之后，去除夹紧部件81；为此在给定断裂部位82使得夹紧部件81从支架2上断裂，参见图8b。撑杆31的弹性地撑开的状态通过结构4得以保持，在该结构上固定着支架2。留在支架件T1、T2上的断裂面的区域可以理解为夹紧部件81的夹紧支承部83。

如果应变测量设备1一下子从结构4上掉落下来，则撑杆31随后就处于弹性松弛的状态。该状态在图8c中示出。由此，部分件T1、T2相互靠近，并且应变传感器部件5松弛。这可借助应变传感器部件轻易地测得。

图9以示意性的侧视图示出本发明的计轴器91，该计轴器在旁侧固定在作为待监视的结构4的铁轨92上(比如固定在所谓的轨腹上)。计轴器91在此包括两个根据本发明的应变测量设备1，这些应变测量设备在此例如分别构造有两个部分件T1、T2和使得这些部分件连接起来的撑杆31(例如参见图3)。火车可以在铁轨92上沿行驶方向FR运行，这些火车的火车轴可以用计轴器91探测。应变传感器部件5的伸展方向ER在此相对于行驶方向FR倾斜地伸展，在所示实施方式中形成大约45°的角度。注意：在火车负荷情况下，行驶方向FR同时相应于在铁轨92或结构4中的中性纤维的伸展方向。

如果例如火车轴从左向右在图9中上面在计轴器91上滚动，则左边的应变测量设备1首先记录一次相对延展，然后记录一次相对于基本状态(无火车驶过)的相对收缩。在时间上略微稍后地，右边的应变测量设备1也首先记录一次相对延展，然后记录一次相对于基本状态的相对收缩。在行驶方向相反时，这些事件的顺序相应地反过来。

通过计轴器91中的两个应变测量设备1，可以设计冗余，这种冗余改善了火车运行中的安全性。注意，在更简单的实施方式中，也可以在计轴器91中设置仅仅一个应变测量设备。

附图标记清单

1应变测量设备

2支架

3基本部件

4待监视的结构

5应变传感器部件

5a中间区段

6光学纤维

6a光纤布拉格光栅

6b引线

7第一固定点

8第二固定点

9后部区域

10前部区域

21板簧部件

22(板簧部件的)端部

23(板簧部件的)端部

24支撑部件

24a支撑凸起

25随动部件

25a随动凸起

31撑杆

32铰接区域

33凹缺

34弹簧

41夹紧部件(偏心轮)

42给定断裂部位

43转动方向

44夹紧支承部

45固定的旋转轴

61贴靠部件

71另外的应变传感器部件

72另外的光纤布拉格光栅

73另外的撑杆

74固定点

75固定点

81夹紧部件(弓形的)

82给定断裂部位

83(弓形夹紧部件的)夹紧支承部

91计轴器

92铁轨

AE固定点的间距

ER(应变传感器部件的)伸展方向

GL部分件T1、T2的总长度

FBG光纤布拉格光栅(Faser Bragg Gitter)

FR行驶方向

LT1部分件T1的长度

LT2部分件T2的长度

T1(应变传感器部件的)第一部分件

T1'(另外的应变传感器部件的)第一部分件

T2(应变传感器部件的)第二部分件

T2'(另外的应变传感器部件的)第二部分件

Claims (17)

1.一种特别是用于计轴器(91)的应变测量设备(1)，包括：

-至少一个应变传感器部件(5)，特别是带有光纤布拉格光栅(6a，FBG)的光学纤维(6)；

-支架(2)，其上固定着所述应变传感器部件(5)；和

-待监视的结构(4)，特别是铁轨，在其上固定着所述支架(2)，其中，所述支架(2)的至少一部分在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下通过所述结构(4)被保持在弹性变形的状态下，

其特征在于，

所述支架(2)构造有相互间隔开地彼此相对置的第一支架件(T1)和第二支架件(T2)，

所述应变传感器部件(5)至少以第一固定点(7)固定在所述第一支架件(T1)上，并且至少以第二固定点(8)固定在所述第二支架件(T2)上，以及既不以这些固定点(7、8)之间的中间区段(5a)固定在所述第一支架件(T1)上、也不以这些固定点(7、8)之间的中间区段(5a)固定在所述第二支架件(T2)上。

2.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)的下述部分包括板簧部件(21)：该部分在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下通过所述结构(4)保持在弹性变形的状态下；

在所述板簧部件(21)上构造有：

-支撑部件(24)，用于在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下支撑在所述结构(4)上；以及

-随动部件(25)，用于在所述中间区段(5a)中触及所述应变传感器部件(5)。

3.如权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述板簧部件(21)和所述随动部件(25)被设计为：通过它们在所述板簧部件(21)的弹性变形状态下、在所述支架(2)固定于所述结构(4)上的情况下使得所述应变传感器部件(5)不产生或者仅产生略微的延展，以及在所述板簧部件(21)的弹性松弛状态下、在所述支架(2)从所述结构(4)上脱落下来之后使得所述应变传感器部件(5)产生较大的延展。

4.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)的如下部分包括所述第一支架件(T1)和所述第二支架件(T2)：该部分在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下通过所述结构(4)保持在弹性变形的状态下，其中，所述第一支架件(T1)和所述第二支架件(T2)至少以一个方向分量沿着所述应变传感器部件(5)的伸展方向(ER)弹性地相互夹紧。

5.如权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，第一支架件(T1)和第二支架件(T2)通过撑杆(31)相互连接，尤其是，所述撑杆(31)与所述应变传感器部件(5)间隔开间距AS，优选地，对于所述间距AS和第一与第二固定点(7、8)的间距AE，有：AS≥1×AE，特别优选AS≥3×AE。

6.如权利要求4或5所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)构成夹紧支承部(44；83)，在该夹紧支承部处或中可设置夹紧部件(41；81)，该夹紧部件作用在第一和第二支架件(T1、T2)上，特别地，所述夹紧支承部(44)和所述夹紧部件(41)按照偏心轮的方式配合作用。

7.如权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，设置在所述夹紧支承部(44；83)处或中的夹紧部件(41；81)从所述支架(2)上断裂，特别是从所述夹紧支承部(44)的内部区域断裂。

8.如权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，在所述夹紧支承部(44；83)处或中不再设置夹紧部件(41；81)。

9.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)包括基本部件(3)，所述支架(2)利用该基本部件被固定在待监视的所述结构(4)上，以及所述第一支架件(T1)和所述第二支架件(T2)被固定在所述基本部件(3)上或处。

10.如权利要求9所述的设备(1)，其特征在于，第一和第二支架件(T1、T2)分别仅在背离所述应变传感器部件(5)的后部区域(9)中固定在所述基本部件(3)上，以及第一和第二支架件(T1、T2)分别仅在背离所述后部区域(9)的前部区域(10)中固定在所述应变传感器部件(5)上。

11.如权利要求9或10所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)的如下部分包括所述基本部件(3)：该部分在所述支架(2)的固定于所述结构(4)上的状态下通过所述结构(4)保持在弹性变形的状态下，特别地，在弹性变形的状态下，所述基本部件(3)基本上是平的。

12.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述支架(2)包括至少一个贴靠部件(61)，其中，所述贴靠部件(61)在所述支架(2)的至少该部分的弹性变形状态下使得所述应变传感器部件(5)或所述应变传感器部件(5)的引线(6b)不受影响，所述贴靠部件(61)被设计为：在所述支架(2)从所述结构(4)上脱落下来之后在所述支架(2)的至少该部分的弹性松弛状态下所述贴靠部件(61)影响所述应变传感器部件(5)或所述应变传感器部件(5)的引线(6b)，特别是使其折断和/或破裂，从而所述应变传感器部件(5)离开其工作范围或者彻底失效。

13.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述应变传感器部件(5)包括带有光纤布拉格光栅(6a，FBG)的光学纤维(6)；

此外存在另外的应变传感器部件(71)，其中，所述另外的应变传感器部件(71)同样包括所述光学纤维(6)和另外的光纤布拉格光栅(72)；

所述另外的应变传感器部件(71)同样固定在所述支架(2)上；以及

在所述支架(2)固定于所述结构(4)上的情况下，在所述支架(2)的至少该部分的弹性变形状态下，所述光纤布拉格光栅(6a，FBG)处于第一应变状态，在该第一应变状态下它在所述另外的应变传感器部件(5)的另外的光纤布拉格光栅(72)的工作区域内是透明的，以及在所述支架(2)从所述结构(4)上脱落下来之后在所述支架(2)的至少该部分的弹性松弛状态下，所述光纤布拉格光栅处于第二应变状态，在该第二应变状态下所述另外的应变传感器部件(5)的另外的光纤布拉格光栅(72)的工作区域是不透明的；

或者，所述光纤布拉格光栅(6a，FBG)的反射波长间隔和所述另外的光纤布拉格光栅(72)的另外的反射波长间隔在所述支架(2)的至少该部分的弹性变形状态——所述支架(2)固定于所述结构(4)上——与所述支架(2)的至少该部分的弹性松弛状态——在所述支架(2)从所述结构(4)上脱落下来之后——之间并不交叠。

14.一种用于安装根据前述权利要求中任一项的应变测量设备(1)的方法，其特征在于如下步骤：

a)借助夹紧部件(41；81)使得所述支架(2)的至少该部分弹性地夹紧；

b)借助所述夹紧部件(41；81)使得所述支架(2)的至少该部分保持在弹性夹紧的状态下，并且将所述支架(2)固定特别是粘接在待监视的结构(4)上；

c)将所述夹紧部件(41；81)去除。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，使得所述夹紧部件(41)在步骤a)之前牢固地与所述支架(2)连接；以及针对步骤a)使得所述夹紧部件(41)从所述支架(2)断裂。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，使得所述夹紧部件(81)在步骤a)和b)中牢固地与所述支架(2)连接；针对步骤c)使得所述夹紧部件(81)从所述支架(2)断裂。

17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在安装一个或多个应变测量设备(1)之后，检查断裂的、且在步骤c)中去除的夹紧部件(41；81)的完整性。

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