分布式光纖傳感技術在鋼軌應變監(jiān)測中的應用研究.pdf

1、鋼軌是鐵路系統(tǒng)中鐵路運營基礎設施。通過對鋼軌應變檢測可以得到輪軌作用力以及溫度力。輪軌作用力的測量對于車輛動力學、脫軌機理、輪軌接觸理論研究和列車的安全檢測都具有十分重要的意義，鋼軌內部巨大的溫度力可能使鋼軌產(chǎn)生脹軌或斷軌。傳統(tǒng)的電類傳感器在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境會影響監(jiān)測結果的可靠性。
　　光纖光柵傳感技術是分布式光纖傳感技術的一種，光纖光柵具有制作簡單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于集成構成網(wǎng)絡等優(yōu)點，其成熟的封裝工藝，

2、使得它能在惡劣的條件下提供穩(wěn)定可靠的檢測信息。
　　本文研究了鋼軌應變監(jiān)測中的光纖布拉格光柵傳感技術問題。從光纖光柵傳感原理出發(fā)，提出鋼軌應變檢測中光纖光柵的布設。提出可調諧F-P(Fabry–Perot,法布里–珀羅)濾波器解調法的計算模型，設計出光纖光柵鋼軌應變監(jiān)測系統(tǒng)。
　　本文的主要內容及結果如下：
　　(1)對光纖布拉格光柵的光譜特性進行分析，可以看出光纖布拉格光柵反射光譜易于識別。對光纖布拉格光柵傳感特性分

3、析，光纖布拉格光柵中心反射波長漂移量與應變和溫度都呈線性關系，通過檢測光纖布拉格光柵的中心波長漂移量就可以得到應變和溫度的變化量。設計出光纖光柵應變傳感器的封裝，仿真驗證該封裝可以提高應變靈敏度。
　　(2)提出光纖光柵鋼軌應變監(jiān)測中光纖光柵傳感器的布設，利用有限元分析法分析鋼軌在列車載荷作用下和溫度載荷作用下的鋼軌應變場，分析結果顯示列車載荷應變監(jiān)測的位置為軌腰靠近軌頂?shù)奈恢?，溫度載荷應變監(jiān)測的位置為軌腰中心線位置。解決溫度對光

4、纖光柵應變傳感器的影響問題，設計出光纖光柵傳感器在鋼軌上的布設。
　　(3)可調諧F-P濾波法可以實現(xiàn)分布式傳感的解調技術，并且具有體積小、價格低、光能利用率高、操作簡單等優(yōu)勢。本文提出F-P濾波法的計算模型，計算模型在LabVIEW中進行仿真,仿真結果證明該計算模型可實現(xiàn)對應變量的有效測量。光纖光柵傳感的復用技術是實現(xiàn)光纖光柵分布式傳感的技術,根據(jù)鋼軌應變監(jiān)測需要,采用波分復用/空分復用混合復用技術。按照光纖光柵在鋼軌應變監(jiān)測應