【行业应用】激光三角位移传感器在测量轨道转向架车轮相对于轨道的横向位置的应用

激光三角位移传感器被用于测量铁路转向架轮相对于轨头的横向位置，这是位于德比的公司 SET Limited 的开创性铁路牵引技术项目。

ActiWheel 是一种创新的牵引系统，它使用人工智能来引导火车沿轨道行驶，从而实现更快、更顺畅、更经济的铁路旅行。该解决方案可以极大地改变铁路车辆在铁路上的运行方式。正如 SET Limited 的总监 Martin Whitley 所解释的那样：“这种革命性的车轮马达可以被控制以在一侧或另一侧产生更多的驱动力，从而使轮对沿着轨道的中心线向下行驶。在过去的 200 年中，传统的轨道车辆只有实心轴和轮锥来提供这种能力，这导致了一些重大的妥协和问题。我们想要做的是看到这项技术被实施为未来铁路客运车辆的首选技术。”

在 ActiWheel 解决方案中，电机集成在车轮中，这意味着两者之间没有传动装置，并且除了每个车轮和车轴都具有的轴承之外，没有运动部件。此外，没有摩擦制动系统，因此所需的维护量将大大减少。

SET Limited技术总监 Neil Cooney 评论道：“铁路基础设施面临的最大问题之一是滚动接触疲劳 [RCF]，这是由于车轮和钢轨之间的接触能量引起的。接触面下的条件总是很严峻，而且总是超过钢轨车轮的屈服应力，至少在一个微尺度上。”

“主动偏航车轮以及主动扭矩控制，管理轨道最佳点的接触面，实际上消除了RCF。这是因为理想的 [接近径向] 转向将接触面的能量降低到不发生 RCF 且磨损非常小的程度。”

可靠、耐用、轻便

ActiWheel 是一个非常高可靠性、非常耐用的系统，Cooney 预计它的车轮的使用寿命是传统设置的 4 到 10 倍。几乎没有磨损，这意味着轨道没有损坏，车轮也不会变质。该解决方案也很轻巧，这意味着火车的加速和减速要容易得多，而且乘客的承载能力也更大。

在过去的九个月里，ActiWheel 已经完成了一个技术演示项目。一列单节车厢的前伦敦地铁列车在其八个轮子中的每一个上都安装了一个 ActiWheel 系统。Cooney 说，该项目是成功的，结果证明磨损和 RCF 几乎可以忽略不计。该项目已经获得了一些重要的行业兴趣，SET Ltd 正在开发一个网络铁路系统。

对于这个项目，每个 ActiWheel 系统都包含一个激光三角位移传感器。“ActiWheel 系统的一个关键部分是了解车轮相对于轨道的横向位置。然后我们可以控制车轮并避免法兰与轨头接触，” Cooney 解释道。“我们确实在使用传感器来确认我们复杂的控制器实际上是否正常工作。”

带有集成控制器的激光三角位移传感器专为高精度、高速、动态位移、距离和位置测量应用而设计。测量速率可调至 4kHz。一系列不同的输出信号可以轻松地将传感器集成到工厂或机器控制系统中。除了模拟电压和电流输出外，数字 RS422 接口还提供来自传感器的距离信息。所有传感器都使用 Web 界面进行操作，以实现快速传感器设置和配置。激光三角位移传感器的其他功能包括视频信号显示、信号峰值选择和可自由调节的信号平均，从而优化测量任务。感兴趣区域 (ROI) 功能允许滤除背景信号噪声。

SET 工程师建造了一个特殊的框架，位于火车的轮轴下方。传感器安装在距轨头 400 毫米处，就在法兰半径的前面，直接指向轨头。来自传感器的测量数据通过 4-20mA 输出到 ActiWheel 控制系统。

结束语

TS-P系列激光三角位移传感器能够实现0.05 µm的重复精度，±0.02% of F.S.的线性精度，50kHz的测量速度，支持485、模拟量、外部电平触发、USB、以太网、的数据传输接口，其中前三种可以直接从探头接出。产品被广泛应用于3C电子、半导体、光伏、新能源、汽车制造、市政检测等行业。

产品型号支持根据客户需求定制，定制参数范围包括参考距离10~2500mm，测量范围5~2500mm，重复精度20ppm of F.S.，线性度低于±0.05% of F.S.，采样频率最高160kHz。

文章来源：Laser Triangulation Sensors Measure Lateral Position ofRail Bogie Wheels Relative tothe Track in Groundbreaking Actiwheel Project