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分布式光纤传感技术在钢轨应变监测中的应用研究
| 论文题名： | 分布式光纤传感技术在钢轨应变监测中的应用研究 |
| 关键词： | 分布式光纤传感;钢轨应变;监测系统;光谱特性 |
| 摘要： | 钢轨是铁路系统中铁路运营基础设施。通过对钢轨应变检测可以得到轮轨作用力以及温度力。轮轨作用力的测量对于车辆动力学、脱轨机理、轮轨接触理论研究和列车的安全检测都具有十分重要的意义，钢轨内部巨大的温度力可能使钢轨产生胀轨或断轨。传统的电类传感器在恶劣的现场环境会影响监测结果的可靠性。 光纤光栅传感技术是分布式光纤传感技术的一种，光纤光栅具有制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于集成构成网络等优点，其成熟的封装工艺，使得它能在恶劣的条件下提供稳定可靠的检测信息。 本文研究了钢轨应变监测中的光纤布拉格光栅传感技术问题。从光纤光栅传感原理出发，提出钢轨应变检测中光纤光栅的布设。提出可调谐F-P(Fabry–Perot,法布里–珀罗)滤波器解调法的计算模型，设计出光纤光栅钢轨应变监测系统。 本文的主要内容及结果如下： (1)对光纤布拉格光栅的光谱特性进行分析，可以看出光纤布拉格光栅反射光谱易于识别。对光纤布拉格光栅传感特性分析，光纤布拉格光栅中心反射波长漂移量与应变和温度都呈线性关系，通过检测光纤布拉格光栅的中心波长漂移量就可以得到应变和温度的变化量。设计出光纤光栅应变传感器的封装，仿真验证该封装可以提高应变灵敏度。 (2)提出光纤光栅钢轨应变监测中光纤光栅传感器的布设，利用有限元分析法分析钢轨在列车载荷作用下和温度载荷作用下的钢轨应变场，分析结果显示列车载荷应变监测的位置为轨腰靠近轨顶的位置，温度载荷应变监测的位置为轨腰中心线位置。解决温度对光纤光栅应变传感器的影响问题，设计出光纤光栅传感器在钢轨上的布设。 (3)可调谐F-P滤波法可以实现分布式传感的解调技术，并且具有体积小、价格低、光能利用率高、操作简单等优势。本文提出F-P滤波法的计算模型，计算模型在LabVIEW中进行仿真,仿真结果证明该计算模型可实现对应变量的有效测量。光纤光栅传感的复用技术是实现光纤光栅分布式传感的技术,根据钢轨应变监测需要,采用波分复用/空分复用混合复用技术。按照光纤光栅在钢轨应变监测应用中的技术分析，设计出光纤光栅钢轨应变监测系统。 |
| 作者： | 王月太 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 鲁怀伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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