分布式光纤传感技术在钢轨应变监测中的应用研究

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1、中图分类号：ＴＰ７１９．Ｑ密级：公开ＵＤＣ本校编号：：＾續Ｗ交邊乂華硕±学位论文论文题目：分布式光奸传感技术在钢祝应变监测中的后用研究研究生姑名：王月太学号；Ｑ２１２４５４学校指导教师姓名：教授：鲁怀伟职棘申请学位等级：工學硕壬學位专业：交通信息工程及控制２０１５．６．１２０１５．６．１０；论文提交日期：１＿论文答辩日期独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢么处外，论文中不

2、包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而便用过的材料。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名；圣签字日期：年／月日公矿／ｒ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州巧通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编＾＾＾＞供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机．构送交论文的复印

3、件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名；主太导师签名：一Ａ签字日期：３Ｐ吃年＾月／Ｉ日签字日期；以证年＾月ｒｒ日■硕士学位论文分布式光纤传感技术在钢轨应变监测中的应用研究ResearchonApplyingDistributedOpticalFiberSensingTechnologyinRailStrainMonitoring作者姓名：王月太学科、专业：交通信息工程及控制学号：0212454指导教师：鲁怀伟教授完成日期：2015年4月10日兰州交通大学LanzhouJiao

4、tongUniversity兰州交通大学硕士学位论文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

5、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

6、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

7、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。关键词：分布式光纤传感；光纤光栅；钢轨应变；可调谐F-P滤波器论文类型：应用技术研究-I-分布式光纤传感技术在钢轨应变监测中的应用研究AbstractRailistherailwaysystemoperationoftherailwayinfrastructure.Throughrailstraindetectioncangetthe

8、wheelrailforceandtemperatureforce.Themeasureofwheel/railloadshasgreatsignificanceonvehicledynamics,derailmentmechanism,thetheoryofwheel/ra