Balises are transponders installed in railways. These devices are nowadays powered by means of a radiofrequency signal emitted by each running train that passes above them. It is only during this moment that the health state of the balises is checked. Hence, there is currently no way to check whether the balises are properly working before the train passes by them. With the aim of executing regular health checks to the balises, an additional source of energy to monitor the balises should be contemplated. Energy harvesting is observed as a suitable solution for this issue. However, a lack of suitability studies is contemplated which englobes the available energy harvesting solutions in railway environments. Therefore, this thesis presents an exploratory work that uses the health monitoring of the balises as a test case for the study of the compatibility of different energy harvesters in diverse railway environments. Hazardous and remote areas are identified as locations of interest for the implementation of the technology, as cabling in those areas is costly and health checks to balises that are not constantly active are of outmost interest. Thus, the addition of wireless communication networks is also studied, due to the need of sending the information obtained in the health checks to monitoring control units. After an initial research study is performed, requirements in railway environments are defined, and three railway scenarios are selected for a suitability study. Then, the investigated energy harvesters and wireless communication networks are compared analytically, and possible technologies for the storage of the harvested energy are presented. It is found that no energy harvester exists that suits all the environments and shows a sufficient power output to make constant checks in remote areas. Nonetheless, piezoelectric and wind harvesters are proposed, because of the commercial availability of the former and the potential of the latter. In terms of wireless communication networks, LoRaWAN shows a low power consumption, while it offers a wide communication range and global coverage. It is, therefore, proposed as the best framework for the wireless communication networks. / Baliser är transpondrar installerade i järnvägar. Dessa enheter drivs numera med hjälp av en radiofrekvenssignal som sänds ut av varje tåg som passerar ovanför baliserna. Det är först i detta ögonblick som balises hälsotillstånd kontrolleras. Därför finns det för närvarande inget sätt att kontrollera om baliserna fungerar korrekt innan tåget passerar dem. I syfte att utföra regelbundna hälsokontroller på baliserna bör en ytterligare kraftkälla för att övervaka baliserna övervägas. Energy harvesting observeras som en lämplig lösning för denna fråga. Det råder dock brist på lämplighetsstudier som förenar de tillgängliga energy harvesting lösningarna i järnvägsmiljöer. Därför presenterar denna avhandling ett undersökande arbete som använder hälsoövervakningen av baliserna som ett testfall för att studera kompatibiliteten hos olika energiskördare i olika järnvägsmiljöer. Farliga och avlägsna områden identifieras som platser av intresse för genomförandet av tekniken, eftersom kablar i dessa områden är kostsamma och hälsokontroller till baliser som inte ständigt är aktiva är av yttersta intresse. Således studeras också tillägget av trådlösa kommunikationsnätverk på grund av behovet av att skicka den information som erhållits vid hälsokontrollerna till övervakningskontrollområdena. Efter att en inledande forskningsstudie genomförts definieras krav i järnvägsmiljöer och tre järnvägsscenarier väljs ut för en lämplighetsstudie. Sedan jämförs de undersökta energiskördarna och trådlösa kommunikationsnätverk analytiskt, och eventuell teknik för lagring av den skördade energin presenteras. Det konstateras att det inte finns någon energiskördare som passar alla miljöer och visar en tillräckligt effekt för att göra konstanta kontroller i avlägsna områden. Ändå föreslås piezoelektriska och vindskördare på grund av den förstnämnda kommersiella tillgänglighet och den senare potentialen. När det gäller trådlösa kommunikationsnätverk visar LoRaWAN en låg strömförbrukning, medan det erbjuder ett brett kommunikationssortiment och global täckning. Det föreslås därför som den bästa ramen för de trådlösa kommunikationsnäten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-293509 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Carreras Orobengoa, Leire |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2021:100 |
Page generated in 0.0021 seconds