光纤光栅传感技术在轨道状态监测中的分析

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1、万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第V页目录第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．11．1课题研究的背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2相关领域国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．1光纤传感技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．31．2．2光纤光栅在铁路领域的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．3课题研究内容和基本思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51．3．1课题研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51．3．2本课题的关键问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6

2、1．3．3课题研究基本思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4章节安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7第2章光纤光栅传感技术检测原理．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1光纤光栅传感理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．92．1．1耦合模理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1．2光纤布拉格光栅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．2光纤布拉格光栅的应变传感特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．142．3光纤光栅解调技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16第3章基于光纤光栅传感技术的车轮踏面缺陷监测系统方案设计⋯⋯⋯．193．1车轮踏面缺陷成

3、因及常用检测方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．193．2应用光纤光栅传感技术检测的可行性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．2．1钢轨受力模型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．2．2FBG的均匀轴向应变传感理论分析讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．233．3系统方案架构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．263．3．1系统方案架构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．263．3．2各功能模块硬件需求分析与规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．4基于可调谐F-P腔滤波法解调的光路模块设计分析⋯⋯⋯⋯⋯．293．5传感器的布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32第4章基于光纤

4、光栅传感技术的车轮踏面缺陷检测算法优化研究．．．．．．．．．．344．1踏面擦伤分析计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第vI页4．2取样光纤布拉格光栅在检测方案中的应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．3算法优化实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．37第5章实验系统设计与实验结果验证．⋯．．．．．⋯⋯⋯。．．．⋯。，⋯⋯，415．1实验仿真系统模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l5．1．1光纤布拉格光栅应变测量模型⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．1．2可调谐F_P滤波法的脉位解调模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯

5、．．455．2方案设计模块实现⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯495．2．1光电转换电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯505．2．2信号采集模块的FPGA控制系统．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯505。2．3数据采集电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l5．3实验验证设计．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．525．4全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．5下一步工作展望⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l结论．．．．．⋯．．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．．．．．62致谢⋯．．．⋯．．．⋯．．．．．⋯⋯．⋯．⋯

6、⋯．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯63参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．．．⋯．⋯．．．．⋯．⋯．．．．65附录．．．⋯⋯。⋯⋯⋯．．．．。⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．70攻读硕士期间发表论文及成果．．⋯．．．．⋯⋯．．．．⋯．⋯．．．．⋯⋯⋯．．71万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1课题研究的背景及意义轨道交通事业的发展为人们的交流与沟通创造了极大的便利，为人们日趋频繁的往来带来了可能，也因此创造了更多的商机与更多的可能性，同时带动了沿线的经济发展，创造了新的就业机会，为国家的进一步发展打下了基础。当前，在我国

7、以高速铁路为代表的轨道交通已进入了快速发展时期，客运专线与城际快铁建设高速发展，到2020年，中国将建成以“四纵四横”为主骨架的1．6万公里以上高速铁路网【¨。在运营总里程和在建总里程数等多项指标上都己跃居世界之最。与此同时，以前为人诟病的一些问题，诸如核心技术等问题，也都在逐一进步当中，这样的大发展是令人们欣慰的，给人们的生活带来了极大的便利。轨道交通具有的最大的特点是其具有极大的运能【2]，在这一点上是其他的交通手段所无法比拟的。在我国这样一个人口基数巨大，人13迁移数量巨大的国度，高效率的轨道交通是不可或缺的。尤其在像“春运”这样人类

8、社会中罕有的大迁徙社会活动中，高效率的轨道交通发挥着其巨大的作用。同时高铁建设也带动了沿线经济的发展，日渐形成了以高铁沿线为核心的新的经济增长活力圈f31。这些优势与特点都是我国