特表 2022-524187 光ファイバセンサユニット、光学測定システム、車軸計数装置の車軸計数方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-28

(54)【発明の名称】光ファイバセンサユニット、光学測定システム、車軸計数装置の車軸計数方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20220421BHJP

   E01B 35/00 20060101ALI20220421BHJP

【ＦＩ】

G01D5/353 C

E01B35/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2021552945

(86)(22)【出願日】2020-03-11

(85)【翻訳文提出日】2021-11-01

(86)【国際出願番号】 EP2020056493

(87)【国際公開番号】W WO2020182876

(87)【国際公開日】2020-09-17

(31)【優先権主張番号】19162729.8

(32)【優先日】2019-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516217907

【氏名又は名称】タレス マネジメント アンド サービシズ ドイチュランド ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈａｌｅｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＆ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】リンスドール デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】クレム ライナー

(72)【発明者】

【氏名】フェラー スカーレット

(72)【発明者】

【氏名】ハイダー マティアス

(72)【発明者】

【氏名】ナウモヴスキー ペータル

【テーマコード（参考）】

2D057

2F103

【Ｆターム（参考）】

2D057BA00

2F103BA10

2F103CA04

2F103EC09

(57)【要約】

【課題】測定信号の増幅が高められ、生データが改善された測定を行う。
【解決手段】レール（１５）に作用する機械的な力を検出するための光ファイバセンサユニット（１ａ）であって、少なくとも第１のセンサファイバ（２、３）と、第１の細長い光ファイバ歪みセンサ（４）および第２の細長い光ファイバ歪みセンサ（５）とを備え、第１のセンサファイバ（２）が第１の歪みセンサ（４）を備え、少なくとも１つのセンサファイバ（２、３）がセンサプレートに取り付けられ、第１のファイバ歪みセンサ（４）および第２の歪みセンサ（５）が、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、第１の歪みセンサ（４）および第２の歪みセンサ（５）が、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置されていることを特徴とする光ファイバセンサユニット（１ａ）。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レール（１５）に作用する機械的な力を検出するための光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、
少なくとも第１のセンサファイバ（２、３；１０）と、
第１の細長い光ファイバ歪みセンサ（４）および第２の細長い光ファイバ歪みセンサ（５）であって、前記第１のセンサファイバ（２；１０）が前記第１の歪みセンサ（４）を備えるものと
を含み、
前記少なくとも１つのセンサファイバ（２、３；１０）はセンサプレートに取り付けられ、
前記第１のファイバ歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、前記第１の歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置されている
ことを特徴とする光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項2】

前記歪みセンサ（４、５）はファイバブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項3】

前記センサプレートは間隙を有し、前記少なくとも１つのファイバは、前記歪みセンサが前記間隙内に配置されるように、前記間隙に掛け渡されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項4】

前記第１の歪みセンサおよび前記第２の歪みセンサは、ｘ型幾何学形状に配置され、前記歪みセンサらは、前記歪みセンサの前記長手方向延長部に垂直な方向に互いに距離を置いて配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうち１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ）。

【請求項5】

前記センサプレートは、前記少なくとも１つのセンサファイバが取り付けられる少なくとも１つの溝を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項6】

前記少なくとも１つの溝はエッチングされることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項7】

前記第１の溝および前記第２の溝は同じセンサプレートの一部であり、前記２つの溝が前記センサプレートの異なる高さレベルにあることを特徴とする請求項５又は６に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ）。

【請求項8】

前記センサファイバは、前記第１のファイバブラッググレーティングおよび前記第２のファイバブラッググレーティングの両方を備えることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ｂ、１ｃ）。

【請求項9】

前記光ファイバセンサユニットは２つのセンサファイバを備え、各ファイバブラッググレーティングは別個のセンサファイバの一部であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ）。

【請求項10】

前記センサプレートは、前記光ファイバセンサを前記レール上に取り付けるためのベースプレートに取り付けられ、前記ベースプレートは連続した底面を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット。

【請求項11】

前記センサプレートは、前記レールからの長さの変化を前記ファイバブラッググレーティングに伝達して乗算する機械的増幅器を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット。

【請求項12】

レール（１５）の剪断応力を測定するための光学測定システムであって、
長手方向延長部と前記長手方向延長部に沿って延びる中立軸（１６）とを有する前記レール（１５）と、
前記レール（１５）に作用する前記剪断歪みに応じて光信号を検出するための請求項１乃至１１のうちの１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、前記ファイバブラッググレーティングが前記中立軸（１６）に対して斜めに配向されるように、前記レール（１５）に取り付けられている前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）と、
前記光ファイバセンサユニットの前記センサファイバ（２、３；１０）に光を結合するように適合された光源（１８）と、
前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）によって検出された信号を処理するための信号処理ユニット（２０）と、
を含むことを特徴とするシステム。

【請求項13】

前記信号処理ユニット（２０）は、立ち下がりエッジおよび立ち上がりエッジを有するエッジフィルタを備え、前記第１のファイバブラッググレーティング（４）は、前記立ち上がりエッジにおいてブラッグ波長を有し、前記第２のファイバブラッググレーティング（５）は、前記エッジフィルタの前記立ち下がりエッジにおいてブラッグ波長を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学測定システム。

【請求項14】

前記歪みセンサ（４、５）は、前記レール（１５）の前記中立軸（１６）を含む平面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光学測定システム。

【請求項15】

前記歪みセンサ（４、５）は、前記レールの前記中立軸（１６）に垂直な平面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項16】

少なくとも１つの光源（１８）と少なくとも１つの計数ユニット（１９）とを備える車軸計数装置であって、各計数ユニット（１９）は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、レール（１５）に取り付けるように適合された前記少なくとも１つの光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）と、信号処理ユニット（２０）とを備え、前記光源（１８）は、前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）の前記センサファイバ（２、３、１０）に光を結合するように適合されていることを特徴とする車軸計数装置。

【請求項17】

レール結合車両のための車軸計数方法であって、以下のステップ：
ａ）少なくとも１つのセンサファイバ（２、３；１０）を介して、レール（１５）に取り付けられた光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）の第１および第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）に光を結合するステップ、
ｂ）前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）によって反射された光を検出するステップであって、結果として、それぞれの場合において前記レール（１５）の剪断応力信号が受信され、各光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、ブラッグ波長λ１、λ２にあり半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）を有する反射スペクトルを有する、ステップ、
ｃ）前記受信した２つの剪断応力信号から剪断応力の差信号を生成するステップ、
ｄ）前記剪断応力の差信号が所定の上限値を超えるか、または所定の下限値を下回る場合、信号処理ユニット内で車輪信号を生成するステップ
を含み、
使用される前記光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、前記第１の歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置され、
前記第１の光ファイバ歪みセンサ（４）および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（５）の前記反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）の前記半値全幅（ＦＷＨＭ）は、互いに最大２００％ずれていることを特徴とする車軸計数方法。

【請求項18】

使用される前記センサファイバ（１０）は、前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）の両方を備え、前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、一列に配置され、異なるブラッグ波長（λ１、λ２）を有し、
前記剪断応力の差信号は、無負荷状態から負荷状態への移行中に、前記２つの光ファイバ歪みセンサ（４、５）の前記反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）のスペクトル重複によって光学的に生成されることを特徴とする請求項１７に記載の車軸計数方法。

【請求項19】

方法ステップａ）からｄ）は、前記線路の別のレールに取り付けられたさらなる光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）を用いて実行され、前記２つの光ファイバセンサユニットは、前記レールの方向に互いに離間していることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の車軸計数方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本発明は、レールに作用する機械的な力を検出するための光ファイバセンサユニットであって、少なくとも第１のセンサファイバと、第１の細長い光ファイバ歪みセンサおよび第２の細長い光ファイバ歪みセンサとを備え、第１のセンサファイバは第１の歪みセンサを備える光ファイバセンサユニットに関する。

【0002】

準拠する光ファイバセンサユニットは、特許文献１（引用文献［０１］）から知られている。

【0003】

ファイバブラッググレーティングセンサは、近年、車軸カウンタの測定に使用されることが報告されている。センサ装置を通過する車輪のフランジに起因する磁気誘電率の変化を検出するために電磁センサを使用する古い従来の車軸カウンタは、電気トラクションモータからの漂遊磁場を受けやすく、また、電子機器ボックスが各センサのごく近くにあることを必要とする。光ファイバセンサは、２つ以上のファイバブラッググレーティングを使用して、列車の車輪が鉄道線上を通過するときに鉄道線が受ける剪断歪みを測定する。次いで、測定された歪みを使用して、車輪の通過、その通過速度、進行方向、および車輪への負荷を検出することができる。センサの主な用途は、センサの位置を通過する車輪の数を計数することによって線路ブロック（ｔｒａｃｋ ｂｌｏｃｋ）が占有されているかどうかを判定することである。ファイバブラッググレーティングセンサを使用することにより、はるかに小型でより堅牢なセンサを線路（軌道）（ｔｒａｃｋ）上に配置することができ、処理装置を数キロメートル離れて配置することができる。これにより、信号システムの設置およびメンテナンスコストを大幅に削減することができる。

【0004】

特許文献２（引用文献［０２］）は、２つの単一ファイバブラッググレーティングを使用する光ファイバセンサを用いてレールに作用する機械的な力を測定するためのレール測定システムを開示している。ファイバブラッググレーティングの一方は、中立的なファイバ（ｎｅｕｔｒａｌ ｆｉｂｅｒ）に対して＋４５°の角度でレールに取り付けられ、他方は、中立的なファイバに対して－４５°の角度でレールに取り付けられ、それらファイバブラッググレーティングはレールの方向に互いに離間している。特許文献２（［０２］）から知られている構成の欠点は、感度が各車軸を確実に検出するのに十分ではないため、列車に必要な安全レベル（ＳＩＬ４）が保証されないことである。これは、剪断応力測定から生じる信号が閾値の評価に適していないためである。

【0005】

特許文献１（［０１］）は、プレート上に４５°で取り付けられ、互いに平行である対のＦＢＧセンサを備える、車軸計数用の光ファイバセンサユニットを開示している。ＦＢＧセンサは、レールの方向に沿って互いに離間している。２つのファイバからの信号が減算されて、各車輪の検出パルスが得られる。この概念は、列車の先行車輪および後続車輪の通過に起因してレールが受ける曲げ、圧縮および振動が光ファイバセンサユニットの全長に亘ってコヒーレントであることを前提とし、必要とする。２つのファイバから信号を差し引くと、純粋に、車輪が通過するときの剪断歪みの変化による検出パルスが得られるはずである（以下の図１を参照）。センサテストすることによって、重要な仮定が完全に正しいわけではなく、２つのファイバが異なる望ましくない歪みを受け、それらが相殺されないため、歪んだ検出パルスおよび高いバックグラウンドノイズレベルがもたらされることが示される。特許文献１（［０１］）から知られている光ファイバセンサユニットは、高速で異なる負荷の列車が通過するときに信頼性の低い計数を生じる。これは、特に貨物列車の車軸を計数する場合に問題となる。これは、積み込まれたワゴンと積み込まれていないワゴンとの間の重量差が大きいことに起因してレール上の負荷が大幅に変化するためである。レールに作用する外乱は、測定される信号（剪断応力）よりも桁違いに大きい。結果として、軸は正しく計数されないか、またはまったく計数されず、これはなんとしても回避されなければならない。

【0006】

非特許文献１（引用文献［０３］）は、４センサブリッジ構成の状況における、図Ｅの二重Ｘスタイルの配置を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】欧州特許第３０６９９５２号明細書（引用文献［０１］）

【特許文献2】独国特許第１０２０１４１００６５３号明細書（引用文献［０２］）

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】オメガ：曲げ、軸、せん断、ねじりの各荷重を監視するポジショニングストレインゲージ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ Ｇａｇｅｓ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｂｅｎｄｉｎｇ， ａｘｉａｌ， ｓｈｅａｒ， ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｌｏａｄｓ）、 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｍｅｇａ．ｃｏｍ／ｆａｑ／ｐｒｅｓｓｕｒｅ／ｐｄｆ／ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．ｐｄｆ（引用文献［０３］）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、測定信号の増幅が高められ、生データが改善された測定を可能にする光ファイバセンサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的は、請求項１に記載の光ファイバセンサユニット、請求項１２に記載の光学測定システム、請求項１５に記載の車軸計数装置、および請求項１６に記載の車軸計数方法によって達成される。

【0011】

本発明によれば、少なくとも１つのセンサファイバはセンサプレートに取り付けられ、第１のファイバ歪みセンサおよび第２の歪みセンサは、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、第１の歪みセンサおよび第２の歪みセンサは、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置されている。

【0012】

検出される光信号は、一般に、検出されるべき信号（目標信号）、例えば列車の通過している車輪によって発生する剪断応力、および例えばレールの曲げおよび振動または温度に起因する望ましくない外乱（干渉信号）を含む。

【0013】

本発明によれば、歪みセンサは、互いに距離を置かず、重なり合って（ｘ型幾何学形状）または重なり合わないが互いに隣接して（ｖ型幾何学形状）配置される。したがって、レールに取り付けられたとき、２つの歪みセンサは、レールの同じ位置またはほぼ同じ位置に作用する特定の外乱を検出する。これは特に、時間で変化し得る外乱の場合において有利である。第１の歪みセンサと第２の歪みセンサとによる測定間の時間が最小限に抑えられるためである。

【0014】

本発明の構成によって、信号の質が改善された信号の検出が可能になる。これは、低信号、大きく変化し得る信号、もしくは、同様か又はより高い振幅を有する外乱によって重畳される信号を検出するために光ファイバユニットを使用する際に特に重要であり、例えば鉄道システム内の車軸計数の場合が挙げられる。

【0015】

非常に好ましい実施形態では、歪みセンサはファイバブラッググレーティングである。各ファイバブラッググレーティングは、ファイバブラッググレーティングに作用する機械的な歪みに依存するブラッグ波長を有する。両方のファイバブラッググレーティングが１つのセンサファイバに付けられる（ｉｎｓｃｒｉｂｅｄ）（すなわち、センサファイバは、２つのＦＢＧセグメントを備える）か、またはＦＢＧのそれぞれが別個のセンサファイバに付けられる（すなわち、各ファイバは１つのＦＢＧセグメントを含む）。

【0016】

本発明の光ファイバセンサユニットの好ましい実施形態によれば、センサプレートは間隙（凹部）を有し、少なくとも１つのファイバは、歪みセンサが間隙内に配置されるように、間隙に掛け渡される。センサプレートの間隙によって、ＦＢＧを自由に（すなわち、センサプレートに接触することなく）配置できるようになる。間隙に掛け渡される歪みセンサには、予め負荷がかけられている。

【0017】

非常に好ましい実施形態では、第１の歪みセンサおよび第２の歪みセンサは、ｘ型幾何学形状に配置され、これら歪みセンサは、歪みセンサの長手方向延長部に垂直な方向に互いに距離を置いて配置される。すなわち、歪みセンサは、（歪みセンサの長手方向延長部に垂直な方向におけるＦＢＧ間の距離に起因して）互いに接触することなくｘ型幾何学形状に配置される。第１の歪みセンサおよび第２の歪みセンサは、スキュー線に沿って延びている。２つの歪みセンサ間の角度は、２つの歪みセンサの共通の鉛直線に沿った投影の角度である。「ｘ型幾何学形状」とは、共通の鉛直線に沿った歪みセンサの投影が交差する（すなわち、歪みセンサがレールの長手方向延長部に対して重なる）ことを意味する。好ましくは、ｘ型幾何学形状は、２回回転対称性、特に４回回転対称性を有し、すなわち、両方の歪みセンサの中心は共通の鉛直線上に配置されている。

【0018】

あるいは、歪みセンサは、ｖ型幾何学形状に配置することができる。この場合、２つの歪みセンサの反応がやや遅れる。すなわち、処理されたセンサ信号は、一時的に広くなり、場合によっては最大振幅がいくらか低くなる。横方向の力は、厳密に同じでなくてもよい。すなわち、外乱の抑制は、ｘ幾何形状と比較すると幾分効果が薄い。しかし、歪みセンサを同じ高さのレベルに配置することができるので、ｖ型幾何学形状は製造がより容易で安価である。

【0019】

センサプレートは、少なくとも１つのセンサファイバが取り付けられる少なくとも１つの溝を備えてもよい。１つまたは２つの溝を設けることにより、ファイバをセンサプレート上に容易に位置決めおよび固定することができる。さらに、ファイバの進路は、溝によって決定され得る。少なくとも１つの溝を異なる深さに設けることにより、ファイバを互いに交差しながら距離を置いて配置することができる。このように、光ファイバセンサユニットの特別な実施形態では、溝は、異なる方向から異なるレベル（すなわち、溝は異なる深さを有する）でセンサプレート内に間隙をもたらし、これにより、ファイバセグメントが異なるレベルで互いに交差でき、それにより、互いに接触することなく互いに交差することが可能になる。

【0020】

好ましくは、深さが異なる２つの溝が設けられる。あるいは、一方のセンサ用の溝は、他方のセンサ用の溝を底面に有するセンサプレートの上面にあってもよく、これによってそれらは接触しない。底部センサ用のファイバは、プレートの上部からプレートの穴を通って底面に導くことができる。ファイバは、機械的増幅器に取り付けられ、レールから歪みセンサに変形を伝達することができる。センサプレートの一部である／センサプレートに一体化された機械的増幅器である。

【0021】

少なくとも１つの溝はエッチングされてもよい。好ましくは、溝は、エッチングプロセスを用いて生成され、ここでは、異なる溝に対して異なるエッチング深さが用いられる。ファイバをセンサプレートに取り付けるための接着プロセスを行うために、エッチングプロセスによって溝を完全に準備する。２つの異なるエッチング深さは、好ましくは二重エッチングによって達成されるが、２つの溝に対して異なる露光時間で１回だけエッチングを行うことも可能である。

【0022】

好ましくは、第１の溝および第２の溝は同じセンサプレートの一部であり、２つの溝はセンサプレートの異なる高さレベルにある。これは、ファイバを互いに交差させながら距離をとって配置することができるため、ｘ型幾何学形状を用いる場合に特に有利である。ｖ型幾何学形状の場合、センサは同じ深さレベルに配置することができる。この場合、異なる溝の深さは要求されない。

【0023】

特別な実施形態では、センサファイバが、第１のファイバブラッググレーティングおよび第２のファイバブラッググレーティングの両方を含む。すなわち、ＦＢＧの両方が、同じセンサファイバに付けられている。光ファイバセンサユニットに必要なセンサファイバは１つだけであり、これにより、本発明の光ファイバセンサユニットのこの実施形態は、費用効率が高く、製造が容易になる。温度が変化する場合に両方のＦＢＧの動作範囲、したがって反射される波長が同じようにシフトされるため、この実施形態によって温度補償が容易になる。温度補償のための機械的補償手段は必要とされない。ただ１つのみセンサファイバを有する実施形態は、ブラッグ波長が異なるＦＢＧを必要とする。

【0024】

代替的な実施形態では、光ファイバセンサユニットが２つのセンサファイバを備え、各ファイバブラッググレーティングが別個のセンサファイバの一部である。それぞれが１つのＦＢＧを有する異なるセンサファイバを使用することにより、同じブラッグ波長のＦＢＧを使用することができる。

【0025】

好ましくは、両方のファイバが同じセンサプレートに取り付けられる。この場合、ＦＢＧの相対的な配置が固定されるため、ファイバセンサユニットを容易に取り付けることができる。

【0026】

センサプレートは、光ファイバセンサをレールに取り付けるためのベースプレートに取り付けることができ、ベースプレートは連続した底面を有する。センサプレートは、ＦＢＧが位置する領域に間隙を有するため、センサプレート自体を連続した領域に接着することはできない。追加のベースプレートを設けることにより、広く連続的な接着領域を設けることができる。

【0027】

軽い車輪負荷の検出を可能にするために、センサプレートは、レールからの長さの変化をファイバブラッググレーティングに伝達して乗算する機械的増幅器を含むことが好ましい。対応する増幅器は、特許文献１（［０１］）に記載されている。特許文献１（［０１］）とは対照的に、本発明のｘ型幾何学形状では温度補償が必要とされない。

【0028】

本発明はまた、レールの剪断応力を測定するための光学測定システムに関し、該システムは、長手方向延長部と該長手方向延長部に沿って延びる中立軸とを有するレールと、レールに作用する剪断歪みに応じて光信号を検出するための前述の光ファイバセンサユニットであって、ファイバブラッググレーティングが中立軸に対して斜めに配向されるように、レールに取り付けられている光ファイバセンサユニットと、光ファイバセンサユニットのセンサファイバに光を結合するように適合された光源と、光ファイバセンサユニットによって検出された信号を処理するための信号処理ユニットと、を含む。

【0029】

非常に好ましい実施形態では、光ファイバセンサユニットは、歪みセンサが中立軸に対して３０°から６０°の角度で、好ましくは中立軸に対して４５°の角度で配向されるように、レールに取り付けられる。

【0030】

光源は、光を少なくとも１つのセンサファイバに結合する。光は、第１および第２のＦＢＧに導かれ、各ＦＢＧは、ブラッグ波長にあり、半値全幅を有する反射ピークを有する反射スペクトルを有する。２つのファイバブラッググレーティングによって反射された光は、信号処理ユニット内で検出および処理され、その結果、レールの剪断応力信号が受信される。

【0031】

列車の車輪の通過によってファイバブラッググレーティングにおいて光信号が生じ、それが波長変化となる。２つのファイバブラッググレーティングがｘ型またはｖ型の配置であることに起因して、第１の事例におけるファイバブラッググレーティングの一方によって反射される波長は、車輪の接近中に減少し、同時に、他方のファイバブラッググレーティングの反射される波長は増加する。さらに、車輪がセンサを通過している間と、センサから離れて移動している間とにおいて、両方のファイバブラッググレーティングの反射波長は逆の挙動をする。それとは対照的に、レールの横方向の外乱、例えば、列車の車軸の正弦波運動によって引き起こされるか、または温度によって引き起こされるものは、両方のファイバブラッググレーティングの波長を同じ方向に変化させる。この効果によって、波長の変化が光強度の変化に変換された後に両方の検出信号（第１のファイバブラッググレーティングによって検出された信号および第２のファイバブラッググレーティングによって検出された信号）を減算することによって、後信号処理において干渉信号を排除するか、または少なくとも実質的に低減させることが可能になる。光学フィルタは、好ましくはこの変換を行う。

【0032】

好ましくは、光ファイバセンサユニットは、レールウェブにおいてレールに取り付けられる。

【0033】

特別な実施形態では、信号処理ユニットが、立ち下がりエッジおよび立ち上がりエッジを有するエッジフィルタを備え、第１のファイバブラッググレーティングが、立ち上がりエッジにおいてブラッグ波長を有し、第２のファイバブラッググレーティングが、エッジフィルタの立ち下がりエッジにおいてブラッグ波長を有する。これは、２つのファイバブラッググレーティングが異なるブラッグ波長を有する場合に特に有用である。ファイバブラッググレーティングの初期の波長（余分な負荷が加えられていないブラッグ波長）およびエッジフィルタは、ファイバブラッググレーティングの初期の波長がエッジフィルタの異なるエッジ上にあるように選択される。したがって、ファイバブラッググレーティングのブラッグ波長にエッジを有するエッジフィルタは、反射光の波長の変化を光強度の変化に変換する。これにより、２つのセンサからの信号をエッジフィルタ機構内で減算することが可能になり、望ましくない外乱が相殺され、レール内の剪断歪みの純粋な測定を行うことができる。

【0034】

非常に好ましい実施形態では、歪みセンサが、レールの中立軸を含む平面に対して対称に配置される。すなわち、センサは完全なｘ型幾何学形状を有する。ｘ型歪みセンサの対称面は、レールの対称面に対して垂直である。これにより、確実に、両方の歪みセンサが同じレールセグメントに作用する力を受けることになり、これによって光信号からの外乱のフィルタリングが最適化される。

【0035】

ｘ型幾何学形状が水平中立軸に対する対称性を有することにより、Ｘの上部から中心に向かって垂直に作用する力は信号を生成しない。これは、２つのＦＢＧのそれぞれがまったく同じ位置にある場合（完全なｘ型幾何学形状）に当てはまる。

【0036】

また、歪みセンサが、レールの中立軸に垂直な平面に対して対称に配置されることが好ましい。中立軸に垂直な平面に対する幾何学的形状によって、確実に、２つの歪みセンサの、中立軸に対する角度の大きさが等しいものになる。

【0037】

本発明はまた、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの計数ユニットとを備える車軸計数装置に関し、各計数ユニットは、レールに取り付けるように適合された上述の少なくとも１つの光ファイバセンサユニットと、信号処理ユニットとを備え、光源は、光ファイバセンサユニットのセンサファイバに光を結合するように適合されている。

【0038】

本発明はさらに、レール結合車両の車軸計数方法に関し、以下のステップ：少なくとも１つのセンサファイバを介して、レールに取り付けられた光ファイバセンサユニットの第１および第２の光ファイバ歪みセンサに光を結合するステップ；第１および第２の光ファイバ歪みセンサによって反射された光を検出するステップであって、結果として、それぞれの場合においてレールの剪断応力信号が受信され、各光ファイバ歪みセンサは、ブラッグ波長にあり半値全幅を有する反射ピークを有する反射スペクトルを有する、ステップ；受信した２つの剪断応力信号から剪断応力の差信号を生成するステップ；剪断応力の差信号が所定の上限値を超えるか、または所定の下限値を下回る場合、信号処理ユニット内で車輪信号を生成するステップを含む。本発明によれば、光ファイバ歪みセンサは、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、第１の歪みセンサおよび第２の歪みセンサは、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置され、第１の光ファイバ歪みセンサおよび第２の光ファイバ歪みセンサの反射ピークの半値全幅は、互いに最大２００％ずれている。

【0039】

特許文献１（［１］）から公知の方法では、第１の反射ピークの半値全幅は、第２の反射ピークの半値全幅の何倍も大きい。レールに負荷がかかると、時間の遅延が伴うが、２つのＦＢＧの波長は同じ方向に移動し、そのため、２つのＦＢＧ信号は一時的に重なり合い、これは異なる半値全幅がもたらされることによってサポートされる。さらに、第１の反射ピークが現在の特許で提案されている幅の約４倍である場合、受光パワーは、車輪が横切ることによって（ｂｙ ａ ｗｈｅｅｌ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）最大１／５減少する。例えば横方向の力によって引き起こされる干渉信号は、両方のＦＢＧ信号に影響を及ぼし、加算される。したがって、信号対雑音比は非常に悪くなる。下流の評価は、方向の認識を可能にするが、干渉に影響されやすくもある。第１の反射ピークの広いパルスも波長の外乱によってシフトされるため、これは狭いパルスの約４倍の幅であるが、外乱は４倍にもなってそれに作用する！
特許文献１（［１］）から公知の方法とは対照的に、本発明の方法では、反射ピークが同等の半値全幅を有するＦＢＧを使用する。本発明のＸ配置は、２つのＦＢＧの波長を反対方向にシフトさせる。動作点間の距離は、車輪がそれらの上を通過するときにそれらが互いに「追い越す」ように選択することができる。同じ半値全幅の２つの歪みセンサを設けることにより、車輪が２回横切る理想的な場合において、受光される光の強度が半減される。反射ピークの半値全幅は、好ましくは、車輪の負荷が所定の範囲になるように選択される。２つのファイバ歪みセンサのブラッグ波長の差は、所定の最小感度が得られるように選択されるのが好ましい。

【0040】

各車輪は、列車の方向に応じて、正のパルスの後に負のパルスを、または代替的に負のパルスの後に正のパルスを生成する。波長変化の光強度への変換は、ＯＥＣ（光チップ）内で行われ、これにより、必要とされる光信号処理が最小限（１つのフォトダイオード）に制限され、電気的評価が簡単になる。

【0041】

本発明の方法の好ましい変形例では、センサファイバが、第１および第２の光ファイバ歪みセンサの両方を備え、第１および第２の光ファイバ歪みセンサは、一列に配置され、異なるブラッグ波長を有する。剪断応力の差信号は、無負荷状態から負荷状態へ移行する間において、２つの光ファイバ歪みセンサの反射ピークのスペクトルの重複によって光学的に生成される。

【0042】

特別な変形形態では、方法ステップａ）からｄ）は、線路の別のレールに取り付けられたさらなる光ファイバセンサユニットを用いて実行され、ここで、２つの光ファイバセンサユニットはレール方向に互いに離間している。この信号には、方向情報は含まれていない。方向情報を受信するために、線路の長手方向における第１の光ファイバセンサユニットまでの距離においてさらなる光ファイバセンサユニットが必要とされる。理想的には、これは、わずかにずらして他方のレールに取り付けられるべきである。これによって、線路の一方の側の車軸の車輪が、例えば平坦なスポットを介して、必要な力をレールに伝達しない場合に、車軸の検出率を増加させることができるためである。

【0043】

本発明のさらなる利点は、説明および図面から導き出すことができる。上記の特徴および以下に記載される特徴は、それら自体を個別に使用してもよいし、またはそれらを任意の組み合わせで使用してもよい。図示および説明された実施形態は、網羅的に列挙されたものとして理解されるべきではなく、むしろ本発明の説明のための例示的な性格を有するものとして理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1a】２つのセンサファイバを有する本発明の光ファイバセンサユニットの第１の実施形態の上面図を示し、各センサファイバはファイバブラッググレーティング（ｘ型幾何学形状）を含む。

【図1b】図１ａの領域Ｂの拡大図を示す。

【図1c】本発明の光ファイバセンサユニットの第１の実施形態の長手方向に沿った断面図を示す。

【図1d】図１ａの領域Ａの拡大図を示す。

【図1e】本発明の光ファイバセンサユニットの第１の実施形態の斜視図を示す。

【図2a】１つのセンサファイバを有する本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態の上面図を示し、該センサファイバは、ブラッグ波長が異なる２つのファイバブラッググレーティング（ｘ型幾何学形状）を含む。

【図2b】図２ａの領域Ｂの拡大図を示す。

【図2c】本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態の長手方向に沿った断面図を示す。

【図2d】図２ａの領域Ａの拡大図を示す。

【図2e】本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態の斜視図を示す。

【図3a】ｖ型幾何学形状を有する、本発明の光ファイバセンサの第３の実施形態を示す。

【図3b】図３ａの領域Ａの拡大図を示す。

【図4】レールに取り付けられた本発明の光ファイバセンサユニットの第１の実施形態の斜視図を示す。

【図5】レールに取り付けられた本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態の斜視図を示す。

【図6】本発明の車軸計数方法を実行するための本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態を用いた本発明による車軸計数装置を示し、通過する車輪の様々な位置が示されている。

【図7】図６に示す車軸計数装置のファイバブラッググレーティングによって反射された光の強度を波長に応じて示す図であり、各図は、図６に示す異なる車輪の位置における強度を表す。

【図8】図６に示す車軸計数装置のフォトダイオードが検出された信号を、車輪が図６に示す各位置を通過している間の時間に応じて示す図を示す。

【図9】本発明による光ファイバセンサユニットに対する通過軸の位置に応じた波長シフトを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図１ａから図１ｄは、本発明の光ファイバセンサユニット１ａの第１の実施形態の各種図を示す。第１の実施形態による本発明の光ファイバセンサユニット１ａは、第１のセンサファイバ２および第２のセンサファイバ３を備え、第１のセンサファイバ２は、第１のファイバブラッググレーティング（ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）（ＦＢＧ）４および第２のＦＢＧ５を備える。センサファイバ２、３は、センサプレート６に取り付けられている。センサプレート６は、センサファイバ２、３が通る溝７、８を有する。センサプレートは、間隙９を有する。センサファイバ２、３は、ＦＢＧ４、５が交差領域Ｂで互いに交差するように間隙９に掛け渡される。交差領域Ｂは、図１ｂにより詳細に示されている。図１ｃに示す断面図および図１ｄに示す断面Ａの詳細図は、２つのセンサファイバ２、３は、互いに接触することなく互いに交差するために、異なる高さレベルで通っていることを示している。本発明の光ファイバセンサユニットの第１の実施形態の斜視図を図１ｅに示す。

【0046】

本発明のファイバセンサユニット１ｂの第２の実施形態を図２ａから図２ｄに示す。第２の実施形態による本発明の光ファイバセンサユニット１ｂは、センサファイバ１０を１つだけ備え、センサファイバ１０は、第１のＦＢＧ４および第２のＦＢＧ５を備える。この実施形態では、これらＦＢＧは異なるブラッグ波長λ１、λ２を有する。センサファイバ１０は、センサプレート６に取り付けられている。センサファイバ１０は、センサプレート６の溝１１を通っている。センサプレート６は、第１の実施形態と同様に、間隙９を有している。センサファイバ１０は、ＦＢＧ４、５が交差領域Ｂで互いに交差するように、異なる方向から２回、間隙９に掛け渡される。図２ｃに示す断面図および図２ｄの断面の詳細図は、センサファイバ１０は、互いに接触することなく交差領域で互いに交差するために、センサプレート６の異なる位置で異なる高さのレベルで通っていることを示している。本発明の光ファイバセンサユニットの第２の実施形態の斜視図を図２ｅに示す。

【0047】

両実施形態はいずれも、ＦＢＧが互いに９０°の角度で配置されたクロスタイプ形状のＦＢＧを示している。

【0048】

本発明の光ファイバセンサユニット１ｃの第３の実施形態が図３に示されている。第３の実施形態では、ＦＢＧはＶ字状に配置されている。図３は、ＦＢＧである４、５の両方が、同じセンサファイバ１０に付いている実施形態を示す。けれども、ＦＢＧ４、５は、異なるセンサファイバ２、３（図示せず）に付けることもできる。センサファイバ２、３は、センサプレート６に取り付けられている。センサプレート６は、センサファイバ１０が通る溝１１を有する。センサプレートは、間隙９ａ、９ｂを有する。センサファイバ１０は、交差領域ＡのＶからＦＢＧ４、５が広がるように、間隙９ａ、９ｂに掛け渡されている。交差領域Ａは、図３ｂにおいて、より詳細に示されている。センサファイバ１０は１つの高さレベルで通っており、それによって光ファイバセンサユニットの構成を簡単にすることができる。

【0049】

図４および図５は、レール１５のレールウェブ１４に取り付けられた本発明の光ファイバセンサユニット１ａ、１ｂの第１の実施形態および第２の実施形態の斜視図を示す。光ファイバセンサユニットは、ＦＢＧ４、５がレール１５の中立軸１６に対して対称に且つ中立軸１６に直交する平面に対して対称に配置されるように、レールに取り付けられる。

【0050】

本発明の光ファイバセンサユニット１ａ、１ｂ、１ｃは、車軸計数に使用することができる。例として、図６は、本発明の光ファイバセンサユニット１ｂの第１の実施形態を用いた、本発明による車軸計数装置１７を示す。車軸計数装置１７は、光源１８と、計数ユニット１９とを備え、計数ユニット１９は、光ファイバセンサユニット１ｂ、光ファイバセンサユニットから来る光を処理するための信号処理ユニット２０を備える。光は、光源１８から光ファイバセンサユニット１ｂのセンサファイバ１０に結合される。光源１８は、信号処理ユニット２０に内蔵され得る。ＦＢＧ４、５で反射された光は、信号処理ユニット２０のフォトダイオード２１で検出される。通過する車輪２２の位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇに応じて、異なる波長の光がＦＢＧから反射される。図７は、２つのＦＢＧ４、５によって反射された光の反射ピークＰ１、Ｐ２を特定することができる図を示し、各図は、図６に示す位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇのうちの１つを表す。

【0051】

位置ａでは、車輪２２はＦＢＧ４、５に影響を与えない。ＦＢＧ４、５は、それぞれの静止ブラッグ波長（ｒｅｓｔ Ｂｒａｇｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）λ１、λ２で光を反射し、反射ピークＰ１、Ｐ２は、静止ブラッグ波長λ１、λ２で特定することができる。本発明のＦＢＧのＸ配置により、反射光の波長は、センサに負荷がかかるとすぐに反対方向にシフトされる。位置ｂでは、ＦＢＧの両方が同じ波長の光を反射し、反射ピークが重なり合う。動作点間の距離（＝負荷のない状態でのブラッグ波長）は、車輪が光ファイバセンサユニット上を通過するときに反射ピークＰ１、Ｐ２が互いを「追い越す」（位置ｃについての図に示すように、反射ピークＰ１の位置が左から右に変化する一方で、反射ピークＰ２の位置が右から左に変化する）ように選択され得る。車輪が反射ピークＰ１、Ｐ２を通過すると、再び互いに移動し（位置ｄ）、それらの静止ブラッグ波長（位置ｅ）に戻り、反射ピークＰ１の場合はより低い波長側に、反射ピークＰ２の場合はより高い波長側に（位置ｆ）通過する。車輪がＦＢＧに影響しなくなる、反射ピークはそれらの静止ブラッグ波長（位置ｇ）に戻る。

【0052】

車輪２２が位置ａからｇを通過している間の時間に応じて車軸計数装置１７のフォトダイオード２１によって検出された信号を図８に示す。同じ半値幅を有する２つのＦＢＧが提案されており、検出された光の強度は、２度（すなわち、位置ｂおよびｄにおいて）、半分低減される。すなわち、車輪が１度通過すると２つの信号パルスが生じる。なお、これらの２つのパルスは、いずれの方向情報も含まないことに留意されたい。ＦＢＧの幅によって範囲が影響を受ける可能性があり、ＦＢＧの波長の距離によってセンサの感度が影響を受ける可能性がある。光チップを用いず、フォトダイオード２１によって、信号パルスを直接評価することができる。したがって、光ファイバセンサユニット１ｂ自体で波長変化の光強度への変換が行われ、これにより、光信号処理を最小限（１つのフォトダイオード２１）に抑えることができ、電気的評価を簡単にすることができる。

【0053】

図９に示すように、通過する車輪に起因した２つのＦＢＧによって生成される反射ピークは反対方向に移動するが、例えばレールの曲げおよび振動または温度に起因する干渉信号は、ＦＢＧの両方の場合で同じ方向に移動する。この理由は以下の通りである：車輪２２は、車輪２２が通過するときにレール１５を圧縮して曲げるが、より重要なことには、それがレール１５に局所的な剪断歪みを引き起こす。剪断歪みは、レールセグメントが直交方向に圧縮しながら一方向に伸張する結果である。通過する車輪によって引き起こされる曲げおよび振動（干渉信号を引き起こす外乱）は、レールの大部分（大きなセグメント）（ｌａｒｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔ）に影響を及ぼし、その結果、先行のまたは後続の車輪が、測定される車輪の下のレールの歪みに影響を及ぼす（車輪の位置が光ファイバセンサユニットに対している場合は、ほぼ依存しない）。しかしながら、剪断歪みは、局所的であり、したがって光ファイバセンサユニットの上方の車輪からのみ生じるという点で異なる。

【0054】

本発明によれば、対の光ファイバ歪みセンサが、互いに直交させてレールに４５°の角度で取り付けられる。図示の実施形態では、両方の光ファイバ歪みセンサは、レールの同じ長手方向位置に配置され、それによってＸ字形を形成する。したがって、それらは、まったく同じ垂直の歪みおよび水平の歪みを受けるが、量が等しい反対成分の剪断歪みを受ける。したがって、２つのＦＢＧによって検出された信号間の差は、レール内の歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｎｇ ｓｔｒａｉｎｓ）を含まない剪断歪みを直接測定することができる。対応する図を図面に示す。本発明によって、センサのサイズを小さくすることができ、複雑な後処理を必要とせずにレール内の所望の剪断歪みを直接測定することが可能になる。

【0055】

引用文献等一覧
［０１］欧州特許第３０６９９５２号明細書
［０２］独国特許第１０２０１４１００６５３号明細書
［０３］ＯＭＥＧＡ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ Ｇａｇｅｓ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｂｅｎｄｉｎｇ，ａｘｉａｌ，ｓｈｅａｒ，ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｌｏａｄｓ
ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｍｅｇａ．ｃｏｍ／ｆａｑ／ｐｒｅｓｓｕｒｅ／ｐｄｆ／ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．ｐｄｆ

【符号の説明】

【0056】

１ａ、１ｂ、１ｃ 光ファイバセンサユニット
２，３ １つＦＢＧが付いたセンサファイバ
４，５ ＦＢＧｓ
６ センサプレート
７，８ センサプレートにおける、異なる高さレベルの溝
９ センサプレートの間隙
１０ ２つＦＢＧが付いたセンサファイバ
１１ センサプレートにおける、異なる高さレベルの溝
１２，１３ センサプレートにおける、同じ高さのレベルの溝
１４ レールのレールウェブ
１５ レール
１６ レールの中立軸
１７ 車軸計数装置
１８ 光源
１９ 計数ユニット
２０ 信号処理ユニット
２１ フォトダイオード
２２ 車輪
ａ－ｇ 光ファイバセンサユニットに対する、レールに沿った車輪の位置
Ｐ１ 第１のＦＢＧで反射された光の光ピーク
Ｐ２ 第２のＦＢＧで反射された光の光ピーク

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2021-02-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レール（１５）に作用する機械的な力を検出するための光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、
少なくとも第１のセンサファイバ（２、３；１０）と、
第１の細長い光ファイバ歪みセンサ（４）および第２の細長い光ファイバ歪みセンサ（５）であって、前記第１のセンサファイバ（２；１０）が前記第１の歪みセンサ（４）を備え、前記光ファイバ歪みセンサ（４、５）はファイバブラッググレーティングであり、両方のファイバブラッググレーティングが１つのセンサファイバ（１０）に付けられるか、または前記ファイバブラッググレーティングのそれぞれが別個のセンサファイバ（２、３）に付けられる、ものと
を含み、
前記少なくとも１つのセンサファイバ（２、３；１０）はセンサプレート（６）に取り付けられ、
前記第１のファイバ歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、前記第１の歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置されており、
前記センサプレートは凹部（９、９ａ、９ｂ）を有し、前記少なくとも１つのファイバは、前記歪みセンサが前記センサプレートに接触することなく前記凹部（９、９ａ、９ｂ）内に自由に配置されるように、前記凹部（９、９ａ、９ｂ）に掛け渡される
ことを特徴とする光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項2】

前記第１の歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、ｘ型幾何学形状に配置され、前記歪みセンサ（４、５）は、前記歪みセンサ（４、５）の前記長手方向延長部に垂直な方向に互いに距離を置いて配置されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ）。

【請求項3】

前記センサプレート（６）は、前記少なくとも１つのセンサファイバ（２、３；１０）が取り付けられる少なくとも１つの溝（７、８；１１）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項4】

前記少なくとも１つの溝（７、８；１１）はエッチングされることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）。

【請求項5】

前記第１の溝（７、８）および前記第２の溝は同じセンサプレート（６）の一部であり、前記２つの溝（７、８）が前記センサプレート（６）の異なる高さレベルにあることを特徴とする請求項３又は４に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ）。

【請求項6】

前記センサファイバ（１０）は、前記第１のファイバブラッググレーティング（４）および前記第２のファイバブラッググレーティング（５）の両方を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ｂ、１ｃ）。

【請求項7】

前記光ファイバセンサユニットは２つのセンサファイバ（２、３）を備え、各ファイバブラッググレーティング（４、５）は別個のセンサファイバ（２、３）の一部であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ）。

【請求項8】

前記センサプレート（６）は、前記光ファイバセンサを前記レール上に取り付けるためのベースプレート（６）に取り付けられ、前記ベースプレートは連続した底面を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット。

【請求項9】

前記センサプレート（６）は、前記レールからの長さの変化を前記ファイバブラッググレーティングに伝達して乗算する機械的増幅器を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ファイバセンサユニット。

【請求項10】

レール（１５）の剪断応力を測定するための光学測定システムであって、
長手方向延長部と前記長手方向延長部に沿って延びる中立軸（１６）とを有する前記レール（１５）と、
前記レール（１５）に作用する前記剪断歪みに応じて光信号を検出するための請求項１乃至９のうちの１項に記載の光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、前記ファイバブラッググレーティングが前記中立軸（１６）に対して斜めに配向されるように、前記レール（１５）に取り付けられている前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）と、
前記光ファイバセンサユニットの前記センサファイバ（２、３；１０）に光を結合するように適合された光源（１８）と、
前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）によって検出された信号を処理するための信号処理ユニット（２０）と、
を含むことを特徴とするシステム。

【請求項11】

前記信号処理ユニット（２０）は、立ち下がりエッジおよび立ち上がりエッジを有するエッジフィルタを備え、前記第１のファイバブラッググレーティング（４）は、前記立ち上がりエッジにおいてブラッグ波長を有し、前記第２のファイバブラッググレーティング（５）は、前記エッジフィルタの前記立ち下がりエッジにおいてブラッグ波長を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学測定システム。

【請求項12】

前記歪みセンサ（４、５）は、前記レール（１５）の前記中立軸（１６）を含む平面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学測定システム。

【請求項13】

前記歪みセンサ（４、５）は、前記レールの前記中立軸（１６）に垂直な平面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項14】

少なくとも１つの光源（１８）と少なくとも１つの計数ユニット（１９）とを備える車軸計数装置であって、各計数ユニット（１９）は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の少なくとも１つの光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）であって、レール（１５）に取り付けるように適合された前記少なくとも１つの光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）と、信号処理ユニット（２０）とを備え、前記光源（１８）は、前記光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）の前記センサファイバ（２、３、１０）に光を結合するように適合されていることを特徴とする車軸計数装置。

【請求項15】

レール結合車両のための車軸計数方法であって、以下のステップ：
ａ）少なくとも１つのセンサファイバ（２、３；１０）を介して、レール（１５）に取り付けられた光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）のファイバブラッググレーティングである第１および第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）に光を結合するステップ、
ｂ）前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）によって反射された光を検出するステップであって、結果として、それぞれの場合において前記レール（１５）の剪断応力信号が受信され、各光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、ブラッグ波長λ１、λ２にあり半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）を有する反射スペクトルを有する、ステップ、
ｃ）前記受信した２つの剪断応力信号から剪断応力の差信号を生成するステップ、
ｄ）前記剪断応力の差信号が所定の上限値を超えるか、または所定の下限値を下回る場合、信号処理ユニット内で車輪信号を生成するステップ
を含み、
使用される前記光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、ｘ型またはｖ型の幾何学形状に配置され、前記第１の歪みセンサ（４）および前記第２の歪みセンサ（５）は、互いに６０°から１２０°、特に９０°の角度で配置され、両方のファイバブラッググレーティングが１つのセンサファイバ（１０）に付けられるか、または前記ファイバブラッググレーティングのそれぞれが別個のセンサファイバ（２、３）に付けられ、前記センサプレートはが凹部（９、９ａ、９ｂ）を有し、前記少なくとも１つのファイバは、前記歪みセンサが前記センサプレートに接触することなく前記凹部（９、９ａ、９ｂ）内に自由に配置されるように、前記凹部（９、９ａ、９ｂ）に掛け渡され、
前記第１の光ファイバ歪みセンサ（４）および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（５）の前記反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）の前記半値全幅（ＦＷＨＭ）は、互いに最大２００％ずれていることを特徴とする車軸計数方法。

【請求項16】

使用される前記センサファイバ（１０）は、前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）の両方を備え、前記第１および前記第２の光ファイバ歪みセンサ（４、５）は、一列に配置され、異なるブラッグ波長（λ１、λ２）を有し、
前記剪断応力の差信号は、無負荷状態から負荷状態への移行中に、前記２つの光ファイバ歪みセンサ（４、５）の前記反射ピーク（Ｐ１、Ｐ２）のスペクトル重複によって光学的に生成されることを特徴とする請求項１５に記載の車軸計数方法。

【請求項17】

方法ステップａ）からｄ）は、前記線路の別のレールに取り付けられたさらなる光ファイバセンサユニット（１ａ；１ｂ；１ｃ）を用いて実行され、前記２つの光ファイバセンサユニットは、前記レールの方向に互いに離間していることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の車軸計数方法。

【国際調査報告】