本發明涉及一種用于沿路線檢測負載的線性檢測裝置、特別是測量帶，以及涉及一種包括這種類型的測量帶的設備和系統。

背景技術：

1、用于沿著路線、特別是沿鐵路軌道、管道、纜索、工程結構（諸如橋梁）和/或安全設備檢測負載的設備是已知的。特別地，已知的是沿鐵路路線敷設光纖，并且為光纖配備應變傳感器、特別是光纖布拉格光柵（fbg）傳感器。fbg傳感器允許對連接到路線的光纖的變形，例如當火車駛過時不可避免地發生的變形，進行高精度、高動態性的測量。

2、然而，敷設帶有fbg傳感器的光纖的一個問題是，只有有限數量的fbg傳感器可以被布置在一根光纖中并被查詢，通常大約100到最多2000個。給定例如2米的分辨率，這嚴重限制了測量光纖的長度。因此，在現有應用中，fbg傳感器僅在路線上的特定位置處使用，例如，以檢測易損位置上的負載或監測路線的特定部分，如在wo?2016/150670?a1中所描述的。然而，利用這些設備不可能沿路線以任意短的間隔對移動的車輛進行高頻和高精度的位置測量。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種改進的檢測裝置、特別是測量帶，用于沿路線檢測負載。特別地，該檢測裝置應解決前述問題并提供一種制造成本低且易于使用、并使得能夠沿整個路線以任意短的空間間隔、優選連續地、以高分辨率和高動態性測量移動車輛的位置的檢測裝置。位置測量優選應在0至350?km/h的范圍內獨立于車輛速度發揮作用，并且該設備應能承受環境條件、例如鐵路運行的環境條件，并且維護量低。無論在現有路線上還是在新設施中，都應能進行自動化安裝。

2、本發明的這些以及其他目的通過根據權利要求1的線性檢測裝置、特別是測量帶實現。

3、根據本發明的線性檢測裝置、特別是測量帶，被配置用于沿路線、特別是鐵路路線檢測負載、特別是機械負載，并且包括數量為n的光纖，其中n>1，這些光纖優選基本相互平行。該檢測裝置包括至少一個測量部，該測量部在其至少一部分上延伸。光纖中的至少一者優選被配置為測量纖維，該測量纖維具有在該測量部中點狀地布置的多個傳感器，并且可選地在該測量部之外沒有傳感器。這些傳感器優選被配置為應變計，特別優選被配置為光纖布拉格光柵（fbg）傳感器。

4、該線性檢測裝置可被配置為呈纜索形式的檢測裝置。在橫截面中，該線性檢測裝置可以是圓形的、特別是正圓的或橢圓的，和/或多邊形的、特別是矩形的、特別是正方形或非正方形的。

5、該線性檢測裝置的縱向尺寸與最大橫向尺寸之間的比率、特別是在橫截面平面中的比率優選至少為100:1、特別是至少1,000:1、特別是至少10,000:1，和/或至多為500,000:1。優選地，該線性檢測裝置在形狀上是柔性的、特別是可彎曲的，特別是以可彎曲纜索的方式。

6、該線性檢測裝置在橫截面平面中、特別是垂直于縱向尺寸的最大尺寸、特別是寬度優選至多為30?cm、特別是至多為20?cm、特別是至多為15?cm、特別是至多為10?cm、特別是至多為5?cm、特別是至多為3?cm、特別是至多為2?cm、特別是至多為1?cm，和/或至少為0.1?mm、特別是至少為1?mm、特別是至少為1?cm、特別是至少為2?cm、特別是至少為3?cm。

7、該線性檢測裝置的厚度優選至多為3?cm、特別是至多為1?cm、特別是至多為0.5cm，和/或至少為0.1?mm、特別是至少為0.5?mm、特別是至少為1?mm。

8、該線性檢測裝置的橫截面積優選在10?mm2至20?cm2的范圍內、特別是在20?mm2至10?cm2的范圍內、特別是在50?mm2至5?cm2的范圍內。

9、優選地，該線性檢測裝置被配置成測量帶的形式。帶形式應理解為意味著該檢測裝置具有至少1.2:1、特別是至少1.5:1、特別是至少2:1、特別是至少5:1、且特別是至少10:1的橫截面長寬比。優選地，該測量帶具有基本矩形的橫截面，特別是帶有圓角或銳角邊緣。

10、優選地，該線性檢測裝置可以被配置得足夠柔性，以便能卷繞到卷軸和/或卷盤上而無損壞。特別地，本發明涉及一種卷軸和/或卷盤，線性檢測裝置卷繞其上。這有利地使得該檢測裝置特別緊湊且運輸安全、特別是運輸至該結構時、特別是運輸至該軌道時。

11、優選地，傳感器中的至少一個、特別是多個傳感器被配置為應變傳感器、特別是光纖布拉格光柵（fbg）傳感器。此類型的傳感器在操作中特別堅固且精確。此外，此類型的傳感器特別能抵抗干擾效應、特別是電磁干擾效應，因此特別適合在電氣化鐵路路線的區域中使用。優選地，該線性檢測裝置包括至少10個、特別是至少20個、特別是至少50個、特別是至少250個、特別是至少1,000個，和/或至多10,000個、特別是至多1,000個、特別是至多500個應變傳感器、特別是光纖布拉格光柵（fbg）傳感器。

12、優選地，該線性檢測裝置、特別是該測量部的長度可以至少為1?m、特別是至少5m、特別是至少10?m、特別是至少25?m、特別是至少50?m、特別是至少100?m、特別是至少500m、特別是至少1?km，和/或至多為10?km、特別是至多為5?km、特別是至多為2?km。

13、該檢測裝置可以具有多個測量部，優選串聯連接。因此，該檢測裝置的長度可以是至少一個測量部的長度的倍數。或者，它們可以并聯連接，特別是為了提供冗余或故障安全操作。例如，可以設置至少2個、特別是至少2個、特別是至少4個、特別是至少16個優選串聯連接的測量部。因此，該檢測裝置可以覆蓋該結構、特別是該軌道、特別是該軌道軌條的很長一段。

14、優選地，該至少一條測量纖維可以具有至少10個、特別是至少20個、特別是至少50個、特別是至少100個、特別是至少1,000個，和/或至多1,000個、特別是至多500個傳感器、特別是應變計。這使得能夠實現特別高的測量分辨率和/或特別長的測量長度。

15、在優選方面中，該線性檢測裝置可以具有至少一個線性護套結構。在該檢測裝置的橫截面平面中，光纖中的至少一者和/或信號傳輸元件、特別是電導體和/或光纖可以被布置在該護套結構內部和/或其外部。優選地，至少一條測量纖維被布置在該護套結構外部，并且至少一條光纖、特別是測量纖維，和/或信號傳輸元件、特別是電導體和/或光纖被布置在該護套結構內部。該護套結構可以形成為管狀。該護套結構可以具有圓形的、特別是橢圓形或正圓形的，或多邊形的、特別是矩形的橫截面。優選地，該護套結構內部的至少一條光纖不耦合、特別是在縱向上不耦合到該護套結構，特別是非機械地、特別是不通過材料結合地耦合。該至少一條光纖可以松散地敷設在該護套結構中。優選地，該至少一條光纖以縱向力耦合的方式集成到該護套結構中，或者以使得在該護套結構與布置在其中的該至少一條光纖之間不能傳遞力、特別是不能傳遞縱向力的方式集成。這使得該至少一條光纖特別抗干擾并且在操作中堅固。

16、該至少兩個光纖可以基本相互平行地延伸，特別是被布置成絞合的或非絞合的。

17、該檢測裝置、特別是該至少一個測量部的兩個相鄰傳感器之間的距離、特別是沿該檢測裝置的縱向方向的距離，可以在1?cm至100?m的范圍內、特別是在10?cm至50?m的范圍內、特別是在50?cm至10?m的范圍內。優選地，同一光纖的至少5個、特別是至少10個、特別是至少20個相鄰傳感器、特別是連續傳感器，彼此等距布置。

18、優選地，傳感器中的至少一個、特別是至少兩個、特別是至少五個、特別是至少十個傳感器可以被配置為溫度傳感器、特別是用于檢測軌道軌條上的機械負載或熱負載。

19、該檢測裝置優選包括基體，在該基體中嵌入了多個光纖。優選地，該基體在橫截面中至少部分地、特別是完全地包圍該多個光纖。該基體可以包括塑料材料、特別是纖維增強塑料材料、特別是短纖維增強和/或長纖維增強塑料材料，和/或彈性體，特別地由其構成。該塑料材料優選包括環氧樹脂和/或橡膠和/或丁腈橡膠（nbr）。優選地，該護套結構被嵌入該基體中。優選地，所有光纖都被該基體包封。該檢測裝置優選是單件式的。這使得該檢測裝置特別易于操作且堅固。

20、該線性檢測裝置、特別是該基體可以包括熱塑性材料和/或預浸料和/或涂層、特別是粘合促進劑、特別是浸潤劑。優選地，該粘合促進劑被配置為改善材料結合、特別是粘合連接、特別是至該結構、特別是該軌道軌條的材料結合。

21、本發明還涉及一種設備，其包括線性檢測裝置和至少一個另外的設施，例如，光電查詢單元和/或檢修盒和/或數據處理單元、特別是中央數據處理單元，和/或控制單元和/或卷軸和/或卷盤。該設備的優點優選對應于線性檢測裝置的優點。優選地，該設備至少結合該檢測裝置所描述的至少一個特征進行開發。

22、本發明還涉及一種系統，其包括至少一個延伸結構、特別是軌道、特別是軌道軌條，和至少一個檢測裝置，該檢測裝置優選通過材料結合和/或非正向連接方式連接到結構、特別是軌道、特別是軌道軌條。該系統的優點優選對應于該檢測裝置或該設備的優點。優選地，該系統至少結合該檢測裝置或該設備所描述的至少一個特征進行開發。

23、該結構優選是基礎設施結構、工程結構、道路、管道、橋梁、支撐纜索、支撐結構、巖土工程設施、供應管（特別是用于地上和/或地下設施的供應管）、管線或燃料管線（特別是用于氣體和/或石油的管線）、輸水管線（特別是熱水管線、特別是地熱管線）、能源設施（特別是風力渦輪機、特別是風力渦輪機塔架）、建筑物（特別是高度至少為50?m、特別是至少為100?m的建筑物）、高速運輸系統（特別是運輸艙、特別是用于人員的運輸艙在基本真空的管中移動的系統）、磁懸浮列車、纜車和/或鐵路軌道。該結構也可以是運輸裝置，例如軌道車輛和/或船舶和/或飛行器和/或公路車輛（例如汽車和/或卡車）。

24、該系統可以配置用于對至少一個結構、特別是多個結構進行結構完整性監測、特別是持續監測。

25、特別地，該檢測裝置可以被布置在、特別是固定在該軌道軌條上、特別是該軌道軌條的表面（特別是下表面）上、特別是軌道軌條中的凹槽和/或中間層中的凹槽中。該檢測裝置可以被布置、特別是固定在軌道軌條（特別是軌底）與至少一個軌枕之間。例如，可以在該軌道軌條和該軌枕之間設置中間層，該檢測裝置被布置、特別是固定在該中間層上。

26、優選地，該檢測裝置被配置用于固定到軌底上、特別是用于夾緊和/或膠合到該軌底上、特別是到該軌道軌條的下表面上。

27、該測量部可以基本在該檢測裝置的整個長度上延伸，n條光纖中的至少一條（所述至少一條特別是至多20條、特別是至多3條、特別是僅有一條）光纖被配置為帶有傳感器的測量纖維。該檢測裝置可以具有多個光纖，然而其中只有較小部分、特別是只有一個被配置為測量纖維。通過組合多個這種類型的檢測裝置，可以監測延伸區域。特別地，該檢測裝置可以被分成兩個或多個測量部，這些測量部的光纖被引出測量部，并在至少一個檢修盒中串聯連接、特別是熔接。

28、被配置為測量纖維的光纖可以始終連接到未被配置為測量纖維的光纖，使得在每個測量部中恰好有一條光纖具有傳感器。檢測裝置優選地具有多個連續的、非重疊的測量部，應變傳感器分別設置在測量部中和/或沒有應變傳感器設置在該測量部之外。因此，即使當正監測長路線時，每個光纖的應變傳感器的數量也可以保持在適度水平。通過將光纖的測量部分別直接連接到另一光纖的測量部，可以在評估信號時確保測量部之間的無縫過渡。

29、該檢測裝置的所有n條光纖都可以被配置為測量纖維，該檢測裝置優選地具有n個直接連續的、非重疊的測量部，和/或這些光纖各自在測量部中具有傳感器和/或在該測量部之外沒有傳感器。使用這種類型的檢測裝置，可以設計用于監測長路線的模塊化系統，這些系統特別易于安裝和維護，并且也能毫無困難地擴展。

30、根據本發明，光纖的數量n可以在1至200的范圍內、特別是1至50，優選大約5至30、特別是10至20。這些測量部可以各自具有大約100?m至大約10,000?m的長度，優選大約1,000?m。整個檢測裝置的長度可以大約為200?m至大約50?km，優選大約10?km至大約20?km。

31、可選地，除了該光纖外，該檢測裝置還可以具有至少一個導電連接。導電連接的數量可以少于、等于或多于光纖的數量，和/或在上述針對光纖描述的范圍內。

32、優選地，該檢測裝置中的至少一些、特別是所有光纖是冗余的、特別是雙重、三重或四重冗余的。這有利地增加了故障安全性。特別地，有缺陷的光纖的功能可以由另一個完好的光纖接管，從而有可能避免敷設或修復該檢測裝置的巨大工作量。此類冗余可特別地針對至少一個傳感器（特別是光纖）進行配置。具體而言，可以在每個測量位置布置多個傳感器。

33、根據本發明，在每個測量部中布置至少大約100至10,000個、優選大約500至1,000個應變傳感器、優選fbg傳感器，這些應變傳感器之間的距離優選至少是大約1?cm至大約100?m，特別優選至多大約200?cm，和/或這些應變傳感器優選彼此等距布置。由此，可以確保用于檢測軌道車輛的足夠空間分辨率。

34、根據本發明，可以提供與其他光纖平行延伸的至少一個另外的光纖，其具有fbg溫度傳感器，這些fbg溫度傳感器沿該檢測裝置的整個長度均勻分布并以大約1?m至大約100m、優選大約50?m的間隔布置。由此，可以沿整個路線在更長的距離上進行溫度測量。根據本發明，在該檢測裝置中也可以設置用于通信或數據傳輸的另外的光纖。

35、根據本發明，這些光纖可以單獨或共同地進行封裝，例如封裝在玻璃纖維增強聚合物中。

36、優選地，這些光纖相互平行地嵌入扁平載體帶中，例如由玻璃纖維增強聚合物（復合材料）制成的扁平載體帶中。這確保了檢測裝置的增強穩健性，同時兼具高安裝柔韌性。例如，可以將10個或更多個包含應變傳感器的光纖和一個包含溫度傳感器的光纖嵌入共用載體帶中。

37、根據本發明，直接連續的測量部可以布置在彼此直接相鄰的光纖中。換句話說，沿該路線直接連續的測量部可以布置在彼此直接相鄰的光纖中，或者彼此直接相鄰地嵌入在該載體帶中。

38、根據本發明，該檢測裝置、特別是該載體帶可以具有大約2?mm至大約30?mm的寬度和/或大約0.1?mm至大約20?mm的厚度。該載體帶的長度可以大約為200?m至大約50?km，優選大約10?km。

39、本發明還涉及一種用于監測大型結構（例如工程結構）、道路、管道、支撐纜索、支撐結構或鐵路軌道的設備，其包括至少一個根據本發明的檢測裝置。

40、根據本發明，該檢測裝置可以被配置為通過材料結合（特別是膠合）的方式連接到該結構、特別是到該結構的載荷承載元件上。

41、根據本發明，可以沿該路線串聯或并聯地布置兩個或多個檢測裝置，一個或多個光電查詢單元設置在該檢測裝置之間并被配置為查詢在該檢測裝置中延伸的光纖的所有fbg傳感器、例如應變傳感器。

42、該光電查詢單元可以作為單個多通道查詢單元或呈多個單通道查詢單元的形式提供。

43、例如，對于靜態和準靜態應用，例如在巖土工程或諸如橋梁的土木工程結構中，查詢可以以超過1?hz的采樣率進行。然而，對于動態過程，例如鐵路上的車輛檢測或通過測量車輛車輪施加于上部結構（特別是軌條）上的力來評估軌道車輛的行駛特性，也可以以高達20?khz的采樣率查詢數據。

44、優選地，該設備包括控制單元，該控制單元被配置為基于來自該檢測裝置的信號來確定車輛（特別是軌道車輛）的位置和/或行駛特性，和/或路線（特別是鐵路路線）的狀況，和/或溫度、特別是該路線的溫度、特別是鐵路路線的溫度、特別是該軌道軌條的溫度。特別優選地，該設備（特別是控制單元）配置為基于來自檢測裝置的信號來評估車輛（特別是軌道車輛）的行駛特性以及路線（特別是鐵路路線）的狀況。為此，該控制單元可以包括用于處理數字數據的裝置、特別是處理器。

45、該光電查詢單元可以特別地配置為查詢大約20個并聯的光纖，每個光纖包含大約500個fbg傳感器，例如應變計。因此，可以使用單個光電查詢單元來查詢長度跨越多個檢測裝置的路線，例如在交叉區域、岔口或道岔區。

46、根據本發明，可以依次或并聯布置多個檢測裝置，在沿著路線的檢測裝置之間、優選以最長20?km的任意所需距離設置檢修盒，以便能夠對該設備進行維護。

47、該檢修盒可用于在發生故障或維護設備時連接光電查詢單元。為此，光纖可以在檢修盒的區域中配備插頭連接器和/或向外引出。如果檢測裝置損壞或斷裂，具有相同應變傳感器的替換帶可以平行地膠合到斷裂的檢測裝置膠合，和/或可以將光纖從帶中拉出并進行熔接。可以設置適當的保護盒來保護熔接連接。

48、因此，應變傳感器也可以以自監測的形式使用，以檢測和/或定位檢測裝置中的損壞和錯誤。

49、根據本發明，提供了一個或多個并聯的檢測裝置用于監測包含兩條軌條的鐵路軌道，特別是用于定位列車或測量由軌道車輛引起的負載，特別是用于道岔和/或交叉區域，并且被配置為通過材料結合、特別是膠合的方式連接到該兩條軌條。該兩條并聯檢測裝置的測量值可以彼此獨立地查詢，以提供測量冗余。

50、根據本發明，當路線被劃分為不同的路線部分時，或在通過點轉換軌道的交叉點處，也可采取措施確保交叉區域中的測量值的連續性和完整性。

51、例如，光學開關可以設置在此類地點，并自動將第一路線部分的檢測裝置連接到后續路線部分的檢測裝置。這使得即使路線部分不是一體的，也能實現無縫監測。光學開關可以被配置為連接多個檢測裝置和/或以時間延遲控制至少兩個檢測裝置，特別是以時間延遲讀出它們的信號。這使得特別有效地評估該檢測裝置的信號成為可能。

52、或者，也可以為不同的路線部分設置專用的光電查詢單元，并互連這些查詢單元，使得后續路線部分的測量數據可以被第一路線部分的查詢單元自動使用。

53、根據本發明，該檢測裝置可以沿該路線在縱向方向上彼此偏移地布置。特別優選地，檢測裝置可以彼此偏移地布置，偏移量為應變計之間距離的一半。優選地，該檢測裝置可以沿路線彼此偏移至少1?cm至20?m的距離布置，例如50?cm或100?cm。在實踐中，這可以將確定軌道車輛的位置的分辨率提高一倍。

54、根據本發明，可以在結構和基體之間設置中間層，該檢測裝置布置在該中間層的凹槽中。這可以保護該檢測裝置免受損壞。

55、根據本發明，該結構可以是包含兩條軌條的軌道。在這種情況下，可以在一條或兩條軌條的下表面布置帶凹槽的中間層，該中間層中的凹槽被配置用于布置該檢測裝置。由于經驗表明，軌條的外表面承受更高的負載，因此該凹槽優選布置在軌條的內表面上，使得該檢測裝置承受較少的磨損。特別地，在包含兩條軌條的軌道的情況下，兩條軌條都可以設置有中間層，在每個中間層中設置用于插入該檢測裝置的凹槽，并且這些凹槽優選布置在軌條的內表面上，即指向另一條軌條的表面。

56、本發明還涉及根據本發明的檢測裝置、特別是根據本發明的設備的用途，特別是在該結構、特別是該軌道、特別是該軌道軌條上的用途，特別是用于連續檢測位置以及可選地用于評估車輛沿該路線的行駛特性或用于評估該軌道的狀況。

57、本發明的進一步特征將從權利要求、附圖和以下對附圖的說明中變得顯而易見。