Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Tillståndsövervakning av järnvägsinfrastruktur: En studie för framtidens sakernas internet-lösningar
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Operation, Maintenance and Acoustics.
2017 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

Då komponenter för tillståndsövervakning idag är billiga, små storleksmässigt och kraftfullare än tidigare, kan hårdvara byggas ihop, mjukvara programmeras och sedan appliceras på kritiska delar i ett system, mer kostnadseffektivt och i större omfattning än tidigare. I stor skala kallas detta sakernas internet, och är framtiden för underhållsarbete då personal inte längre behöver vara fysiskt närvarande i samma grad som tidigare. En proprietär lösning kostar idag vanligtvis över 5 000 kr. Detta projekt har behandlat prototyper till en kostnad av cirka 1 000 kr med öppen hårdvara och mjukvara, vilket stödjer affärsutveckling och bidrar till ett bredare spektra av leverantörer, vilket sätter press på marknaden gällande olika lösningar.

Syftet med denna studie är att utveckla och testa mätningar i verklig miljö för tillståndsövervakning av utsatta delar av järnvägsinfrastrukturen, som punktfel i spårläge och spårväxlar. Projektet innefattar prototyper, energihantering, loggning av data och hur användbara dessa data är. Sensorerna är av typen MEMS accelerometrar och olika montage av dessa har testats. Målsättningen har varit att utvärdera hur dessa fungerar i verklig miljö och hur användarvänliga dessa är för att mäta rörelse av räls och sliper.

Mer specifikt, avser detta fältprov av accelerometer för uppvakning och energihantering, sensor för insamling av vibrationer för rörelse i spår och analys av insamlad mätdata.

Fälttest visade att en accelerometerbaserad uppvakningssensor kan väcka ett mätsystem genom vibrationer i rälsen ca: 70 meter innan tåget kommer fram till sensorn. Tydligaste mätdata för analys erhölls vid montage på slipers samt då ett avstånd på ca: 70 meter togs. Montering i direkt närhet till mätobjektet på rälslivet bidrog till en signal med inslag av högfrekventa vibrationer. Då tydlig mätdata erhölls kunde antal boogies och axlar identifieras vilket kunde verifieras med bild på loket.

Mätdata som analyserades kunde via integration erhålla förskjutning i vertikal samt lateral riktning. Detta är användbart, både för infrastrukturförvaltare samt för underhållsentreprenörer, då degradering kan upptäckas i god tid och förebyggande underhållsåtgärder kan sättas in mot berörda feltyper. Den önskade livslängden enligt infrastrukturförvaltare var minst fem år, och efter mätning av strömåtgång enligt nuvarande specifikation så uppnås detta om mätningar sker sju gånger dagligen med litiumbatterier (1200 mAh) som strömkälla. Som ett första steg mot sakernas internet så har detta arbete skapat en god grund för att förverkliga detta.

Fortsatt arbete efter detta projekt kan innefatta gprs och Wi-Fi för internetuppkoppling samt strömmätning för att se hur mycket förbrukningen ökar. Parallellkoppling av batterier kan vara en lösning för längre livslängd ifall förbrukningen påverkas markant. Olika varianter av filtrering för en tydligare signal kan också vara av intresse. Andra typer av sensorer, både för verifiering av resultat i denna rapport samt för att utprova alternativ. Detta kan innefatta geofoner, multi-depth deflectometers och andra typer av accelerometrar. 

Abstract [en]

Since condition monitoring devices today are cheap, small size and more powerful than before, hardware can be built together, software programmed, and then applied to critical parts of a system, more cost-effective and to a greater extent than before. On a large scale this is called the Internet of Things, and is the future of today's maintenance work, as staff no longer needs to be physically present to the same extent as before. A proprietary solution today generally costs over 5,000 SEK. This project has processed prototypes at a cost of approximately 1,000 SEK with open hardware and software, which supports business development and contributes to a wider range of suppliers, which puts pressure on the market for different solutions.

The purpose of this study is to develop and test measurements in real environment for condition monitoring of exposed parts of the railway infrastructure, such as point errors in track and railroad switches. The project includes prototypes, energy management, data logging and how useful these data are. The sensors are of the type MEMS accelerometers and various assemblies of these have been tested. The goal has been to evaluate how these works in a real environment and how user friendly these are to measure the movement of rails and grinders.

Field test showed that an accelerometer-based wake-up sensor can wake a measuring system by vibration in the rail approximately 70 meters before the train reaches the sensor. Clearest measurement data for analysis was obtained when mounted on grinders and when a distance of about 70 meters was taken. Mounting in close proximity to the measurement object on the rail life contributed to a signal with high frequency vibration input. When clear measurement data was obtained, the number of boogies and axes could be identified, this could be verified by image on the train.

Measurement data analyzed could through integration obtain displacement in vertical as well as lateral direction. This is useful, both for infrastructure managers and for maintenance entrepreneurs, as degradation can be detected in time and preventive maintenance actions can be set against the relevant failure types. The desired lifespan according to infrastructure managers was at least five years, and after measuring current consumption according to the current specification, this is achieved if measurements take place seven times a day with lithium batteries (1200 mAh) as the power source. As a first step towards the Internet of Things, this work has created a good foundation to make this reality.

Continued work after this project may include gprs and Wi-Fi for internet connection as well as current measurement to see how much usage is increasing. Parallel coupling of batteries can be a solution for longer service life if consumption is significantly affected. Different variants of filtering for a clearer signal may also be of interest. Other types of sensors, both for verification of results in this report and for testing alternatives. This may include geophones, multi-depth deflectometers and other types of accelerometers

Place, publisher, year, edition, pages
2017.
Keyword [en]
Condition monitoring, railroad, railway, MEMS, accelerometer
Keyword [sv]
MEMS, accelerometer, tillståndsövervakning, järnväg
National Category
Infrastructure Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-64273OAI: oai:DiVA.org:ltu-64273DiVA, id: diva2:1112648
External cooperation
Trafikverket
Educational program
Maintenance Engineering, bachelor's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-21 Created: 2017-06-20 Last updated: 2017-06-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4508 kB)110 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4508 kBChecksum SHA-512
fdbf0e98286fa476580d363bf65e065687c2854611a24e881c118a90f64be57051043408629d45c41b06d098f6214af577ecd6e4b1f12fa0e5e8498fe8cec0d4
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Operation, Maintenance and Acoustics
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 110 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1210 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf