به گزارش ایسنا و به نقل از اینجینیر، پژوهش جدید مهندسان "دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ"(PolyU) نشان می‌دهد که شاید نوعی حسگر نوری جدید برای اندازه‌گیری شتاب و لرزش قطار بتواند به پیشگیری از حوادث و کاهش هزینه نگهداری آنها کمک کند.
"هوآ یاو تام"(Hwa-yaw Tam)، پژوهشگر دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ و سرپرست این پژوهش گفت: شاید بتوان از شتاب‌سنج‌های فیبر نوری برای بررسی نقص‌های ریل و یا قطار در زمان واقعی استفاده کرد تا مشکلات آنها پیش از وقوع تصادف مشخص شوند.
پژوهشگران بیش از یک دهه را به ابداع سیستم‌های بررسی اختصاص داده‌اند که در آنها از یک شبکه حسگر نوری برای بررسی اجزای اصلی ریل قطار استفاده می‌شود. این سیستم‌ها می‌توانند جایگزین روش‌های ناکارآمد و پرهزینه‌ای شوند که در حال حاضر برای بررسی مشکلات ریل‌های قطار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم جدید، در ایستگاه‌های قطار هنگ‌کنگ و سنگاپور نصب شده است.
"ژنگیونگ لیو"(Zhengyong Liu)، از پژوهشگران این گروه گفت: یک شبکه حسگر نوری، مزایای بسیاری به همراه دارد؛ از جمله اینکه برای تداخل الکترومغناطیسی، ایمن‌تر است زیرا حسگرهای آن به الکتریسیته نیازی ندارند. این سیستم، به حسگرهای نوری نیاز دارد که برای بررسی مولفه‌های متفاوت سیستم ریل قطار مناسب هستند.
شتاب‌سنج‌های نوری که معمولا در سیستم‌های بررسی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بر "توری براگ فیبری"(FBG) مبتنی هستند و نمی‌توان از آنها برای تشخیص لرزش‌های بالاتر از 500 هرتز استفاده کرد. "توری براگ فیبری" نوعی بازتابنده توزیع شده براگ است که در قسمت کوچکی از فیبر نوری ساخته می‌شود که طول موج خاصی از نور را بازتاب می‌کند و بقیه طول موج‌ها را عبور می‌دهد.
این شتاب‌سنج‌ها، در بیشتر ریل‌های راه‌آهن کاربرد دارند اما نمی‌توان از آنها برای بررسی تعامل میان چرخ و ریل استفاده کرد. پژوهشگران برای غلبه بر چنین مشکلاتی، یک شتاب‌سنج نوری جدید طراحی کردند که در آن، از فیبرهای کریستال فوتونی به قطر 15 میلی‌متر استفاده می‌شود. این فیبر که پیچیده شده و به شکل یک صفحه درآمده، بین یک لایه فولاد ضدزنگ و یک بلوک استوانه‌ای قرار دارد. هنگامی که لرزش رخ می‌دهد، بلوک با فرکانس سازگار با لرزش وارد شده، به فیبر فشار می‌آورد. فشار خارجی باعث می‌شود طول موج نور را در فیبر به شکلی قابل اندازه‌گیری تغییر کند.
لیو افزود: این روش تداخل‌سنجی، از تغییرات نور داخل فیبر برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد لرزش استفاده می‌کند. نصب این شتاب‌سنج‌ها روی قطار، امکان بررسی لرزش‌هایی که شاید به نقص ریل قطار منجر شوند، فراهم می‌کند. از این شتاب‌سنج می‌توان برای شناسایی مشکلات سیم‌های بالای قطار نیز استفاده کرد.
پژوهشگران با بررسی‌های خود توانستند آزمایش‌هایی را با استفاده از این سیستم جدید، روی یک قطار در حال کار انجام دهند. آنها دریافتند که این شتاب‌سنج نوری جدید می‌تواند شتاب را شبیه به "شتاب سنج پیزوالکتریک" (piezoelectric accelerometer) که برای اندازه‌گیری پارامترهای دینامیکی سیستم‌های مکانیکی به کار می‌رود، شناسایی کند. در هر حال، حسگرهای پیزوالکتریک برای کاهش اثرات دخالت الکترومغناطیسی، به کابل‌های بسیاری نیاز دارند. لیو ادامه داد: نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که این شتاب‌سنج جدید می‌تواند نسبت به شتاب‌سنج‌های کنونی، عملکرد بسیار بهتری در بررسی شتاب قطار داشته باشد.
پژوهشگران در این پژوهش، نوعی فیبر کریستال تجاری را به کار بردند اما فیبر جدیدی را نیز طراحی کرده و ساخته‌اند که قطر کمتری دارد و انعطاف‌پذیری آن بیشتر است. این ویژگی‌ها به پژوهشگران امکان می‌دهد تا شتاب‌سنج کوچک‌تری را با حساسیت بالاتر بسازند.
تام گفت: این شتاب‌سنج جدید می‌تواند با ارائه داده‌های جدید و به کار گرفتن هوش مصنوعی در ریل‌های قطار، روش‌های جدیدی را برای بررسی بهتر ابداع کنند. از آنجا که بررسی ریل قطار ، نمونه خوبی از ادغام فیبرهای نوری با هوش مصنوعی است، ما باور داریم که برای صنایع و کاربردهای دیگر نیز کارآمد خواهد بود.
این پژوهش، در مجله "Optics Express" به چاپ رسید.
منبع: ایسنا