基于光纤光栅的钢轨受力状态监测技术研究.pdf

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1、2016年第35卷第l期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)69DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)01-0069--03基于光纤光栅的钢轨受力状态监测技术研究孙高盼，闫连山，邵理阳，廖俊，王平(1．西南交通大学信息科学与技术学院，四JII成都610031；2．西南交通大学土木T程学院，四川成都610031)摘要：钢轨状态监测对列车的安全运营具有重要意义。基于光纤光栅传感技术，采用钢轨三维梁模型对轴向应变、竖向和横向曲率进行测量。与传统一维测量模型相比，该方法可以同时测量钢轨竖、横向曲率和轴向力。通过实验室静态轴向

2、加载试验对比了一维和三维模型，验证了三维模型的有效性与优势。关键词：钢轨；应变；弯矩；三维梁模型；光纤光栅传感器；受力状态监测中图分类号：TP212．9文献标识码：B文章编号：1000-9787(2016)01-0069-03ResearchontechnologyofrailstressstatusmonitoringbasedonfibergratingSUNGao．pan，YANLian．shan，SHAOLi．yang，LIAOJun，WANGPing。(1．SchoolofInformationScience&Technology，SouthwestJiaotongUniversi

3、ty，Chengdu610031，China；2．SchoolofCi、，ilEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Railstressstatusmonitoringisofgreatimportanceforoperationsafetyoftrain．Athree-dimensionalbeammodelforrailbasedonfiberBragggratingsensingtechnologyisusedtomeasureaxialstrain，verticalandtransve

4、rsecurvatureofrail．ComparedwithtraditionallDmeasurementmode1．experimentalresuhsofbothconventionalone—dimensionalandthree—dimensionalmodelsindicatethatthethree—dimensionalonecanmeasureboththeaxialstrainandthevertical／transversecurvature．Keywords：rail；strain；bendingmoment；three—dimensionalbeammodel；f

5、ibergratingsensor；stressstatusmo—nitoring0引言型，利用光纤光栅作为传感器，在纵向力作用情况下对钢轨光纤光栅传感器是一种通过光栅中心波长的改变量来纵向附加力、竖向和横向弯矩进行测量。试验结果的有效感知被测物体应变和温度的新型传感器，具有抗电磁干扰、性说明：该方法对无缝线路稳定性的监测具有较好的参考精度高、寿命长、价格便宜、传输距离远等优点，已经成为科价。研人员的研究热点，并在众多领域得到了较好的应用1-3]。1测量原理由于铁路具有快速、安全及运载量大等优点已成为客1．1光纤光栅传感原理运和货运的主要方式，在铁路运输的一些特殊环节，例光纤光栅是一种利用自

6、身特殊结构对光的反射波中心如：铁路专线桥和铁路道岔，甚至沿线钢轨等都存在一定的波长漂移量来测量温度和应变的光纤结构，其原理是将前安全隐患，尤其是有砟无缝线路稳定性问题。有砟轨道向传输的波导模式耦合到后向传输模式中，基本结构相当是由道砟完成固定，枕木不能完全固定钢轨，当钢轨本身温于一个反射式的光学滤波器。由光栅的耦合传输理论可得度变化较大时，温度力会产生较大的纵向附加力，此时钢轨光栅的反射中心波长为在竖向和横向会产生弯矩。目前主要通过一维梁模型进行AB=2nffA，(1)测量，并不能很好对钢轨线路状态进行监测，如果能直式中A为光栅的反射谱中心波长，nef为光栅纤芯有效折接测量钢轨竖向弯矩，就能

7、很好地判断有砟轨道无缝线路射率，以为光栅周期。从式(1)中可以看出当光栅的有效是否满足稳定性要求。针对这一需求，本文采用三维梁模折射率和光栅周期改变时将引起光栅的中心波长漂移。当收稿日期：2015-03-24十基金项目：科技部国际合作专项项目(2014DFA11170)；教育部重大项目(313049)；四川省科技支撑重大项目(2011GZ0239)70传感器与微系统第35卷光栅周围应力作用时导致光栅的周期以及