Kısa cevap
Demiryolunda Fiber Bragg Izgarası (FBG) sensörleri, raya, pantografa, makasa ve köprülere yerleştirilerek gerinim ve sıcaklığı noktasal olarak ölçer. Bu ölçümlerden aks sayma, tekerlek düzlüğü tespiti, hareket halinde tartım, tekerlek yükü, pantograf temas kuvveti ve ray burkulma riski çıkarılır. Sensörler pasif ve metal içermediği için cer gücünden etkilenmez. DuyuSense, patentli FBG sorgulama sistemini demiryolu Ar-Ge ve sinyalizasyon deneyimiyle birleştirir.
FBG aks sayacı nasıl çalışır ve cer gücü yakınında neden avantajlıdır?
FBG aks sayacı, ray gövdesine yapıştırılan veya kelepçelenen ızgaraların her tekerlek geçişinde oluşan gerinim darbesini dalga boyu kayması olarak okumasıyla çalışır. Birbirine yakın iki sensör arasındaki zaman farkı geçişin yönünü ve hızını verir; bir kesimin giriş ve çıkışındaki aks sayıları karşılaştırılarak kesimin boş olup olmadığı belirlenir.
Elektrikli hatlarda raydan dönen cer akımı, frenleme sırasında oluşan harmonikler ve yıldırım kaynaklı aşırı gerilimler, manyetik alan ölçen endüktif sayaçlar için bilinen girişim kaynaklarıdır. FBG ise ışıkla ölçer, sahada elektronik ve enerji gerektirmez; sinyal kilometrelerce fiberle teknik binadaki sorgulayıcıya (interrogator) taşınır ve tek fiber üzerinde çok sayıda ölçüm noktası sıralanabilir.
Aks sayacı emniyet kritik bir sinyalizasyon bileşenidir. Bir FBG aks sayacının vital tren tespiti için kullanılabilmesi, CENELEC EN 50126 (RAMS), EN 50128 (yazılım) ve EN 50129 (emniyet kanıtı) kapsamında bağımsız bir SIL değerlendirmesinden geçmesine bağlıdır. Bu değerlendirme yapılmadan FBG, emniyet onaylı sistemlerin yanında tamamlayıcı bir izleme katmanı olarak kullanılır.
- Cer akımı, harmonik ve yıldırım kaynaklı elektromanyetik girişime bağışıklık
- Sahada aktif elektronik ve enerji beslemesi gerektirmeyen pasif ölçüm noktaları
- Aynı sensörden yön, hız ve tekerlek yükü bilgisinin eş zamanlı elde edilmesi
Ray gerinimiyle tekerlek düzlüğü tespiti ve hareket halinde tartım nasıl yapılır?
Hareket halinde tartım (WIM), iki travers arasındaki ray gövdesinde tekerlek geçerken oluşan kayma gerinimini ölçerek her tekerleğin düşey yükünü hesaplar. FBG sensörleri bu klasik ölçüm düzenini elektriksel gerinim ölçerlerin yerine uygular; 1550 nm civarında dalga boyu kayması tipik olarak mikrogerinim başına yaklaşık 1,2 pm düzeyindedir.
Tekerlek düzlüğü, bir ölçüm bölgesinden geçen tekerleğin normal yük sinyalinin üzerine binen kısa ve sert bir darbe olarak görünür. Birden fazla sensörün ardışık dizildiği bir bölgede darbe, tekerlek çevresine karşılık gelen aralıklarla tekrarlanır; bu da hangi aksın ve hangi tekerleğin kusurlu olduğunu belirlemeyi sağlar. Yüksek örnekleme hızı, darbenin tepe değerini kaçırmamak için belirleyicidir.
- Tekerlek, aks ve vagon bazında yük ile toplam dizi ağırlığı
- Aşırı yüklü ve dengesiz yüklenmiş vagonların tespiti
- Tekerlek düzlüğü, ovallik ve tekerlek darbe yükü (Wheel Impact Load)
Tekerlek yükü ve raydan çıkma riski FBG ile nasıl izlenir?
Ray gövdesinin farklı noktalarına yerleştirilen FBG dizileri düşey tekerlek kuvvetini (Q) ve yanal kuvveti (Y) birlikte ölçerek raydan çıkma riskinin temel göstergelerini üretir. Bu göstergelerin başında yanal kuvvetin düşey kuvvete oranı olan Y/Q oranı ve tekerlek yükü boşalması (ΔQ/Q) gelir.
Kurplarda, makas bölgelerinde ve rüzgâra açık viyadüklerde bu oranların sürekli izlenmesi, bojide sorun yaşayan veya dengesiz yüklenmiş araçların hat hasar vermeden önce ayırt edilmesini sağlar. Ölçüm tek başına bir güvenlik sistemi değildir; bakım ve işletme kararlarına veri sağlayan bir erken uyarı katmanıdır.
- Y/Q oranı ve tekerlek yükü boşalması (ΔQ/Q) izleme
- Kurplarda yanal kuvvet ve ray devrilme eğilimi
- Bojide ve süspansiyonda sorun yaşayan araçların erken tespiti
Pantograf ve katener etkileşimi fiber optik sensörlerle nasıl ölçülür?
Pantograf temas kuvveti, pantograf kafasına ve kömür şeritlerinin taşıyıcılarına yerleştirilen FBG sensörlerinin gerinimi ölçmesiyle belirlenir. Fiber tamamen dielektrik olduğu için 25 kV AC veya DC katener geriliminde, ek yalıtım elektroniği gerektirmeden ölçüm yapılabilir.
Katener tarafında FBG sensörleri askı tellerinde, taşıyıcı ve kontak tellerinde çekme kuvvetini, kontak telinin kalkma miktarını ve sıcaklığını izleyebilir. Temas kuvvetindeki ani düşüşler ark ve temas kaybı riskine, sürekli yüksek değerler ise hızlı aşınmaya işaret eder; bu veriler katener ayarının ve bakımının planlanmasında kullanılır.
- Dinamik pantograf temas kuvveti ve temas kaybı tespiti
- Katener tel gerginliği, askı teli kuvvetleri ve sıcaklık
- Yüksek gerilim ortamında galvanik yalıtım gerektirmeyen ölçüm
Makaslar, köprüler ve geçiş bölgeleri FBG ile nasıl izlenir?
Makaslarda FBG sensörleri dil ray ile ana ray arasındaki temas durumunu, dil ray ve göbek bölgesindeki gerinimi, göbek darbelerini ve makas sıcaklığını ölçer. Göbekteki darbe yükünün zamanla artması aşınma ve geometri bozulmasının erken işaretidir; bu veri makas makinesinin durum izleme verileriyle birlikte kestirimci bakıma girdi sağlar.
Köprü yaklaşımları ve toprak dolgudan sanat yapısına geçiş bölgeleri, hat rijitliğinin aniden değiştiği ve oturmanın hızlandığı kesimlerdir. Raya, traverslere ve köprü tabliyesine yerleştirilen FBG sensörleri bu bölgelerde dinamik yük büyütmesini, farklı oturmayı ve uzun kaynaklı ray ile köprü arasındaki ısıl etkileşimi izler; ray genleşme cihazları ve mesnetler de aynı fiber hattına bağlanabilir.
- Dil ray teması, göbek darbe yükü ve makas bölgesi sıcaklığı
- Geçiş bölgelerinde rijitlik farkı ve farklı oturma
- Köprülerde ray-yapı etkileşimi, genleşme cihazları ve mesnetler
Ray sıcaklığı, nötr sıcaklık ve burkulma riski nasıl izlenir?
Uzun kaynaklı rayda burkulma riski, ray sıcaklığının rayın gerilmesiz olduğu nötr sıcaklığın (stress-free temperature) ne kadar üzerine çıktığıyla belirlenir. Tutulmuş çelik rayda her 1 °C fark tipik olarak yaklaşık 2,4-2,5 MPa eksenel gerilme oluşturur; sıcak günlerde basınç, soğuk günlerde çekme gerilmesi ray kırığı riskini artırır.
Tam tutulmuş rayda ısıl uzama engellendiği için gerilme doğrudan gerinim olarak görünmez. Bu nedenle raya bağlı FBG, rayla aynı sıcaklıktaki serbest bir referans FBG ile birlikte okunur; FBG sıcaklık duyarlılığı 1550 nm civarında tipik olarak yaklaşık 10 pm/°C olduğundan iki ölçüm arasındaki fark engellenmiş ısıl uzamayı, yani eksenel gerilmeyi verir. Mutlak nötr sıcaklık için kurulum anında bilinen bir referans durumu gerekir; sonrasında bakım, kurp kayması ve hat sehimi kaynaklı nötr sıcaklık kayması izlenebilir.
- Gerçek zamanlı ray sıcaklığı ve eksenel ısıl gerilme
- Nötr sıcaklık kaymasının kurulumdan itibaren izlenmesi
- Sıcak havada burkulma, soğuk havada ray kırığı riski için eşik alarmları
DuyuSense demiryolu FBG projelerinde hangi desteği sunar?
DuyuSense, İTÜ Teknopark'ta faaliyet gösteren ve kendi FBG sensörlerini ile gerçek zamanlı, yüksek hızlı ve zorlu ortamlara uygun patentli FBG sorgulama sistemini geliştiren bir fiber optik algılama şirketidir. Şirket bunun yanında demiryolu Ar-Ge mühendisliği, sinyalizasyon danışmanlığı ve demiryolu enerji verimliliği analizi sunar.
Sinyalizasyon deneyimi, FBG ölçümünün hangi noktada emniyet onaylı sistemi tamamlayacağını ve hangi noktada SIL değerlendirmesi gerektireceğini proje başında netleştirmeyi sağlar. Kurucu Dr. Serhat Boynukalın'ın on yılı aşan sektör deneyimi ve fiber optik algılama alanındaki akademik birikimiyle DuyuSense, sensör tasarımından sahada test edilmiş prototipe kadar uzanan süreçte işletmeciler ve sistem entegratörleriyle pilot uygulamalara ve proje ortaklıklarına açıktır.
- Ray, pantograf ve makas için özel FBG sensör tasarımı ve prototipleme
- Sinyalizasyon danışmanlığı ve sistem entegrasyonu
- DAS ile hat boyu izleme ve FBG ile noktasal ölçümün birlikte tasarlanması
- Pilot uygulama tasarımı ve eğitim desteği
| Özellik | FBG (fiber optik) | Endüktif aks sayacı | Elektriksel gerinim ölçer |
|---|---|---|---|
| Ölçüm prensibi | Ray gerinimiyle Bragg dalga boyu kayması | Tekerlek flanşının manyetik alanı bozması | Ray gerinimiyle elektriksel direnç değişimi |
| Elektromanyetik girişim | Bağışık, fiber pasif ve dielektrik | Tasarımla bastırılır, cer akımına karşı önlem gerekir | Duyarlı, ekranlama ve topraklama gerekir |
| Sahadaki elektronik | Yok, sorgulayıcı teknik binada | Ray yanında dedektör elektroniği | Ray yanında köprü devresi ve yükselteç |
| Kablolama | Tek fiberde çok sayıda nokta, uzun mesafe | Her dedektör için bakır kablo | Her ölçüm noktası için bakır kablo |
| Elde edilen bilgi | Aks sayısı, yön, hız, tekerlek yükü, düzlük, sıcaklık | Aks sayısı, yön, hız | Tekerlek yükü, düzlük, tartım |
| Emniyet onayı | Ürüne bağlı, vital kullanım için SIL değerlendirmesi gerekir | SIL 4 onaylı ürünler yaygın ve olgun | Genellikle izleme amaçlı, vital değil |
Sıkça sorulan sorular
FBG aks sayacı endüktif aks sayacının yerini alabilir mi?
Teknik olarak FBG, aks sayma işlevini elektromanyetik girişimden etkilenmeden yerine getirebilir. Ancak aks sayacı emniyet kritik bir bileşen olduğu için vital kullanım, EN 50126, EN 50128 ve EN 50129 kapsamında bağımsız SIL değerlendirmesi gerektirir. Bu değerlendirme yapılana kadar FBG, emniyet onaylı sistemleri tamamlayan bir izleme katmanı olarak kullanılır.
FBG aks sayacı için SIL 4 mümkün mü?
SIL seviyesi sensör teknolojisine değil, tüm sistemin tasarımına, arıza modu analizine, yazılım geliştirme sürecine ve bağımsız emniyet değerlendirmesine bağlıdır. FBG tabanlı bir aks sayacının SIL 4 hedeflemesi mümkündür, fakat bunun için CENELEC EN 50126, EN 50128 ve EN 50129 süreçlerinin eksiksiz tamamlanması ve bir değerlendirme kuruluşunca onaylanması gerekir.
Fiber optik hareket halinde tartım nasıl çalışır?
İki travers arasındaki ray gövdesine yerleştirilen FBG sensörleri, tekerlek geçerken oluşan kayma gerinimini ölçer. Kalibrasyon katsayısıyla bu gerinim tekerlek yüküne çevrilir; tekerlek yükleri toplanarak aks, vagon ve dizi ağırlığı hesaplanır. Aynı sinyal aşırı yüklü ve dengesiz yüklenmiş vagonların ayırt edilmesini de sağlar.
FBG ile tekerlek düzlüğü nasıl tespit edilir?
Düzlüğü olan bir tekerlek, ray üzerindeki FBG sensörlerinde normal yük sinyalinin üzerine binen kısa ve sert bir darbe oluşturur. Ardışık dizilmiş sensörlerde bu darbe tekerlek çevresine karşılık gelen aralıklarla tekrarlanır. Darbe genliği ve konumu, kusurlu aksın ve tekerleğin belirlenmesini ve bakım önceliğinin sıralanmasını sağlar.
Pantograf temas kuvveti FBG ile nasıl ölçülür?
Pantograf kafasına ve kömür şeridi taşıyıcılarına yerleştirilen FBG sensörleri, katenerle temas sırasında oluşan gerinimi ölçer ve bu değer temas kuvvetine çevrilir. Fiber dielektrik olduğu için yüksek gerilim altında ek yalıtım gerektirmez. Temas kuvvetindeki ani düşüşler ark riskine, sürekli yüksek değerler hızlı aşınmaya işaret eder.
Ray nötr sıcaklığı FBG ile izlenebilir mi?
Evet, belirli koşullarla. Raya bağlı FBG ile serbest bir referans FBG birlikte okunarak engellenmiş ısıl uzama, yani eksenel gerilme hesaplanır. Mutlak nötr sıcaklık için kurulum anında bilinen bir referans durumu gerekir; sonrasında bakım ve hat hareketleri kaynaklı nötr sıcaklık kayması ve burkulma riski sürekli izlenebilir.
Demiryolunda DAS mı FBG mi kullanılmalı?
İkisi farklı işleri çözer. Dağıtık Akustik Algılama (DAS), hat boyundaki fiberi sürekli bir titreşim sensörüne çevirerek tren takibi, kaya düşmesi ve izinsiz giriş tespiti yapar. FBG ise aks sayma, tekerlek yükü, pantograf kuvveti ve ray gerilmesi gibi noktasal ve nicel ölçümler için uygundur. Çoğu projede ikisi birlikte tasarlanır.
DuyuSense demiryolu FBG projelerinde ne sunar?
DuyuSense, kendi FBG sensörlerini ve patentli FBG sorgulama sistemini geliştirir; demiryolu Ar-Ge mühendisliği ve sinyalizasyon danışmanlığı sunar. Özel sensör tasarımı, prototipleme, sistem entegrasyonu ve eğitim desteği verir. Pilot uygulama ve proje ortaklıkları için contact@duyusense.com adresinden veya +90 212 285 6987 numarasından ulaşılabilir.