光纖光柵傳感技術(shù)在軌道狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)因其自身靈敏度高、測(cè)量速度快、信息存儲(chǔ)量大，便于大規(guī)模組網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)被研究人員廣泛關(guān)注，為實(shí)現(xiàn)更加合理的軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與建立有效的預(yù)警機(jī)制提供了新的思路與行之有效的解決方法。
　　本文在研究光纖光柵傳感基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合光纖光柵傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)，討論了將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于車(chē)輪踏面缺陷監(jiān)測(cè)中的可行性;在比較分析了現(xiàn)有高速列車(chē)車(chē)輪踏面缺陷監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合光纖傳感技術(shù)自身特點(diǎn)與實(shí)際工程應(yīng)用需求，制定了基于光纖

2、光柵傳感技術(shù)的車(chē)輪踏面缺陷的監(jiān)測(cè)方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)方案模塊的實(shí)現(xiàn);隨后，建立了相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鶕?jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)模塊及設(shè)計(jì)方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文的第一部分以耦合模理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用傳輸矩陣法分析了光纖光柵的光譜響應(yīng)，在得出諧振條件后，進(jìn)一步分析了光纖光柵的傳感理論基礎(chǔ)。在分析光纖光柵傳感基礎(chǔ)理論以及光纖光柵傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)的要求，進(jìn)行了應(yīng)用光纖光柵傳感技術(shù)進(jìn)行車(chē)輪踏面擦傷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)可行性基礎(chǔ)

3、研究。
　　本文的第二部分主要介紹了基于光纖光柵傳感技術(shù)的車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。和目前軌道交通結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中廣泛使用的電類(lèi)傳感技術(shù)相比，基于光纖光柵傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防電磁干擾能力強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移等故障;傳輸距離長(zhǎng)，利于建成大規(guī)模的分布式組網(wǎng)。本文的第二部分設(shè)計(jì)了基于光纖光柵傳感技術(shù)的高速車(chē)輪踏面擦傷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，并以FPGA為數(shù)字核心控制模塊設(shè)計(jì)了相應(yīng)的功能模塊。
　　本文第三部分根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立了

4、相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。首先建立了基于光纖光柵傳感技術(shù)的車(chē)輪沖擊響應(yīng)仿真模型。而后，針對(duì)F-P腔解調(diào)模塊中設(shè)計(jì)所采用的脈位解調(diào)方法，建立理論仿真模型，并將解調(diào)后所得到的波長(zhǎng)變化曲線(xiàn)與實(shí)際車(chē)輪沖擊響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證解調(diào)方式的可行性。最后利用壓控振蕩器模擬實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)的中的掃頻過(guò)程。對(duì)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的Fabry-Perot諧振腔的光學(xué)掃描濾波過(guò)程進(jìn)行模擬，將對(duì)光纖光柵傳感量中心波長(zhǎng)值λm的掃描過(guò)程對(duì)應(yīng)為通過(guò)壓控振蕩器所進(jìn)行的掃描過(guò)程，從而將實(shí)際過(guò)