分布式光纖傳感技術(shù)在鋼軌應(yīng)變監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、鋼軌是鐵路系統(tǒng)中鐵路運營基礎(chǔ)設(shè)施。通過對鋼軌應(yīng)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(xué)、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(nèi)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(jié)果的可靠性。
　　光纖光柵傳感技術(shù)是分布式光纖傳感技術(shù)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)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(yīng)變監(jiān)測中的光纖布拉格光柵傳感技術(shù)問題。從光纖光柵傳感原理出發(fā)，提出鋼軌應(yīng)變檢測中光纖光柵的布設(shè)。提出可調(diào)諧F-P(Fabry–Perot,法布里–珀羅)濾波器解調(diào)法的計算模型，設(shè)計出光纖光柵鋼軌應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)。
　　本文的主要內(nèi)容及結(jié)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(yīng)變和溫度都呈線性關(guān)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(yīng)變和溫度的變化量。設(shè)計出光纖光柵應(yīng)變傳感器的封裝，仿真驗證該封裝可以提高應(yīng)變靈敏度。
　　(2)提出光纖光柵鋼軌應(yīng)變監(jiān)測中光纖光柵傳感器的布設(shè)，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(yīng)變場，分析結(jié)果顯示列車載荷應(yīng)變監(jiān)測的位置為軌腰靠近軌頂?shù)奈恢?，溫度載荷應(yīng)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(yīng)變傳感器的影響問題，設(shè)計出光纖光柵傳感器在鋼軌上的布設(shè)。
　　(3)可調(diào)諧F-P濾波法可以實現(xiàn)分布式傳感的解調(diào)技術(shù)，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(jié)果證明該計算模型可實現(xiàn)對應(yīng)變量的有效測量。光纖光柵傳感的復(fù)用技術(shù)是實現(xiàn)光纖光柵分布式傳感的技術(shù),根據(jù)鋼軌應(yīng)變監(jiān)測需要,采用波分復(fù)用/空分復(fù)用混合復(fù)用技術(shù)。按照光纖光柵在鋼軌應(yīng)變監(jiān)測應(yīng)