СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ И ОПОВЕЩЕНИЯ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА КАРСТООПАСНЫХ УЧАСТКАХ

Полезная модель относится к системам контроля и может быть использована на железных дорогах для автоматической передачи информации о деформации земляного полотна контролируемого участка, находящегося в зоне воздействия карстовых процессов, дежурным по станциям, примыкающим к контролируемому участку, поездному диспетчеру участка, машинистам поездов.
Земляное полотно - наиболее ответственный элемент железных и автомобильных дорог, представляющий собой их главную несущую конструкцию. В связи с этим деформации земляного полотна являются одной из основных причин, неизбежно приводящих к разрушению строения пути. Данное обстоятельство обуславливает необходимость постоянного контроля состояния земляного полотна. Вместе с тем значительная ресурсоемкость данного процесса при использовании существующих средств контроля не позволяет осуществлять его в полном объеме.
Известна система технической диагностики земляного полотна железных и автомобильных дорог, включающая средства аэрокосмической съемки дороги в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, устройство дешифрирования по изображению видимого диапазона верхнего строения пути и конструкции земляного полотна. В процессе технической диагностики ось железнодорожного пути или автодорожного покрытия обозначают на изображении видимого диапазона, формируя тем самым карту земляного полотна дороги; после чего дешифрируют на изображениях видимого и инфракрасного диапазонов источники возможных деформаций земляного полотна, и наносят их на указанную карту; от границ источников, для которых экспериментальным, расчетно-статистическим путем или из действующих нормативов определены зоны негативного воздействия, откладывают соответствующие расстояния в пределах границ объектов земляного полотна, формируя тем самым зоны возможного развития деформаций земляного полотна, которые наносят на карту; зоны возможного развития деформаций под воздействием источников, для которых не определены зоны негативного воздействия, определяют как вертикальные проекции указанных источников на земляное полотно; затем производят поиск и дешифрирование деформаций земляного полотна в зонах их возможного развития, для чего на карте проводят линии, параллельные оси, вдоль рельсов железной или границ покрытия автомобильной дороги, по краям основной площадки земляного полотна, по верхней и нижней границам откосов насыпей и выемок, по границам берм, краям и центру дна водоотводных канав или кюветов и считают их проектным положением указанных объектов и их границ; далее по изображению видимого диапазона измеряют все отклонения реального положения границ объектов от проектного и при превышении величинами отклонений заранее установленных пороговых значений считают зону отклонения зоной развития деформации земляного полотна; далее по изображениям видимого и инфракрасного диапазонов дешифрируют тип деформаций, измеряют их размеры и наносят на упомянутую карту (RU 2296297, G01C 11/00, 27.03.07). Недостатком системы технической диагностики земляного полотна является ее относительная сложность, обусловленная необходимостью использования сложных средств аэрокосмической съемки дороги, средств дешифрирования и обработки информации, по результатам которой судят о развитии деформации земляного полотна.
В качестве прототипа принято устройство оценки состояния дорожных конструкций при эксплуатационном вибрационном воздействии транспортных средств, содержащее вибродатчики для регистрации характеристики деформирования дорожной конструкции при проезде транспортных средств, датчики установлены на поверхности различных элементов дорожной конструкции: дорожном покрытии, земляном полотне, грунтово-геологическом массиве с ориентацией по трем направлениям: вертикальному, поперечному к оси дороги, продольному, информация от датчиков поступает по линии связи в вычислительное устройство (персональный компьютер), где ее сохраняют в виде оцифрованной амплитудно-временной характеристики ускорения и обрабатывают с использованием преобразования Фурье для получения амплитудно-частотных характеристик (RU 2250445, G01M 7/00, 20.04.05). Известное устройство обладает ограниченными возможностями, поскольку предназначено для регистрации характеристики деформирования дорожной конструкции при проезде транспортных средств и не обеспечивает требуемого контроля земляного полотна, деформация которого обусловлена воздействием карстовых процессов.
Технический результат полезной модели заключается в создании простой и надежной Системы сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в системе сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках, содержащей на контролируемом участке измерительные датчики, согласно предложению в качестве измерительных датчиков использованы датчики деформаций, выполненные на основе оптоволоконного кабеля, выходы датчиков деформаций соединены с блоком обработки сигналов,  выход которого через формирователь сигнала соединен с управляющим входом контрольного реле, выход которого посредством линии связи соединен с приемными устройствами, расположенными на ближайших к контролируемому участку железнодорожных станциях, к выходам приемного устройства подключены блок оптической и акустической сигнализации, речевой информатор, соединенный с устройством радиосвязи с локомотивом, и устройство передачи информации по каналам диспетчерского контроля.
Техническое решение с вышеперечисленной совокупностью признаков позволяет реализовать простую и надежную систему сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках, позволяющую производить измерение деформаций с высокой степенью точности.
Сущность предложения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемой системы сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках.
Система сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках содержит на контролируемом участке 1 железнодорожного пути 2 измерительные датчики 3, в качестве которых использованы датчики деформаций, выполненные на основе оптоволоконного кабеля, выходы измерительных датчиков 3 соединены с блоком 4 обработки сигналов, выход которого через формирователь 5 сигнала соединен с управляющим входом контрольного реле 6, выход контрольного реле 6 посредством линии 7 связи соединен с приемными устройствами 8, расположенными на ближайших к контролируемому участку железнодорожных станциях, к выходам приемного устройства 8 подключены блок 9 оптической и акустической сигнализации, речевой информатор 10, соединенный с устройством 11 радиосвязи с локомотивом 13, и устройство 12 передачи информации по каналам диспетчерского контроля.
Система сигнализации и оповещения при возникновении деформации земляного полотна на карстоопасных участках работает следующим образом.
Измерительные датчики 3, в качестве которых использованы датчики деформаций, выполненные на основе оптоволоконного кабеля, размещают в земляном полотне контролируемого участка железной дороги. Деформация оптоволоконного кабеля изменяет его оптические параметры (показатель преломления и др.) и, как следствие, характеристики прошедшего через волокно лазерного излучения. В силу специфики используемых физических принципов оптоволоконные системы отличаются очень малой восприимчивостью к любым электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в неблагоприятной электрофизической обстановке. Оптоволоконные кабели проявляют несколько физических эффектов, позволяющих применять их в качестве датчиков, измеряющих деформацию с высокой степенью точности. В настоящее время многие зарубежные фирмы, например, такие как Fiber SenSys, Sabreline, Mason & Hanger, используют в своих разработках датчики деформаций, выполненные на основе оптоволоконного кабеля. Во всех случаях к одному концу кабеля подключен миниатюрный полупроводниковый лазер, генерирующий когерентное излучение. Противоположный конец кабеля состыкован с фотодиодом (приемником), преобразующим оптический сигнал в электрический. Этот сигнал является выходным сигналом датчика деформаций, который далее поступает на блок 4 обработки сигналов, где выделяют сигнал пропорциональный изменению параметра и сравнивают его с заданным пороговым значением. В процессе эксплуатации дороги при отсутствии опасных ситуаций земляное полотно контролируемого участка железной дороги не подвержено воздействию карстовых процессов, следовательно, на оптоволоконный кабель, на основе которого выполнен датчик, не воздействуют внешние силы, деформирующие (изгибающие, растягивающие и т.д.) этот кабель. На выходе измерительных датчиков 3 сигнал, поступающий на блок 4, после его обработки не превышает заданный уровень. Следовательно, далее он не поступает на формирователь 5 сигнала.
При возникновении опасного состояния контролируемого участка под воздействием карстовых процессов в зоне этого участка железной дорога происходит деформация земляного полотна, которая в свою очередь приводит к изгибу, растягиванию и т.д. оптоволоконных кабелей измерительных датчиков 3, изменяющие под этим воздействием свои параметры. Поступивший с этих датчиков сигнал после его обработки и сравнения в блоке 4 поступает на формирователь 5 сигнала, поскольку уровень сигнала превышает заданное пороговое значение. Выходной сигнал формирователя 5 воздействует на управляющий вход контрольного реле 6. Реле 6 срабатывает и по линии 7 связи на станции, ограничивающие перегон (на ближайшие к контролируемому участку железнодорожные станции), передается информация о срабатывании измерительных датчиков 3 на контролируемом участке на приемные устройства 8. Приемное устройство 8 включает речевой информатор 10, который выдает голосовое сообщение о деформировании земляного полотна на контролируемом участке железной дороги и передает его в устройство 11 радиосвязи. От устройств 11 радиосвязи речевое сообщение передается на локомотив 13, находящийся в зоне приема радиосвязи. Выходные сигналы приемного устройства 8 поступают на устройство 12 передачи информации по каналам диспетчерского контроля, и на блок 9 оптической и акустической сигнализации, который включает на табло дежурного по станции средства световой и звуковой сигнализации.