光纖傳感技術在鐵路中的應用

1、碩士研究生學位論文開題報告,光纖傳感技術在鐵路監(jiān)測中的應用研究,導 師: 報告人： 學 號： 專 業(yè)： 方 向：,選題背景和意義,研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,研究內(nèi)容簡介,難點分析,論文進度安排,報 告 內(nèi) 容,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,,選 題 的 意 義,光纖傳感技術應用于鋼軌監(jiān)測具有特定優(yōu)勢,選題的背景和意義,華東交通大學信

2、息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,選題的背景和意義,鋼軌是軌道的重要部件，由于常年暴露在外，會受到環(huán)境的影響，尤其是鋼軌在受溫度變化時，在鋼軌中會產(chǎn)生應力，由于應力影響鋼軌會發(fā)生扭曲現(xiàn)象。產(chǎn)生的鋼軌變形都可能導致列車出軌，發(fā)生事故。在鐵路線路的一些地方，對鋼軌進行實時監(jiān)測，可以得到軌道的實時狀態(tài)，通過對軌道狀態(tài)分析發(fā)出預警信息，這樣可以提升整個鐵路運營的安全性與可靠性。,研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,起始,發(fā)展,現(xiàn)狀,,,光纖光柵在

3、軌道狀態(tài)監(jiān)測最早應用是在香港理工大學，在監(jiān)測區(qū)安裝光纖光柵傳感器，并建立結構狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得到輪軸計數(shù)、軌道震動和輪軌耦合的實際情況。,世界各國相繼把光纖傳感器應用到橋梁、隧道、鐵路等工程中，實時監(jiān)測溫度、應力、ph等變量，用于建筑物的長期安全監(jiān)測。,光纖傳感技術應用到了鐵路諸多設施和裝備的監(jiān)測中,包括車輛狀態(tài)、車輛結構、軌道狀態(tài)、軌道基礎結構、線路的中橋梁險道等基礎設施的監(jiān)測。,華東交通大學信息工程學院2

4、015級碩士研究生學位論文開題報告,研究主要內(nèi)容,①通過檢測光纖光柵反射波長的偏移量來對外界參量進行測量。②找到鋼軌中的應變監(jiān)測的最佳位置，提出鋼軌變監(jiān)測中的光纖光柵傳感器的布設方法。③提出計算模型，由該模型可以直接計算出應變量。④設計出基于光纖光柵的監(jiān)測系統(tǒng)。,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,研究主要內(nèi)容,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,光纖布拉格光柵傳輸理論,在傳感領域，最

5、常用的光纖光柵是一種周期性的光纖Bragg光柵，它的結構特性是：光柵柵格周期沿軸向均勻,光柵沿徑向各個位置處的折射率調(diào)制相等。當寬帶光波信號在進入到FBG中時，F(xiàn)BG僅僅是將滿足布拉格公式的光波信號反射回來，而其他波段的光波信號則不受影響,繼續(xù)沿光纖向前傳輸,,為光纖纖芯處等效折射率， 為光柵周期,任何對FBG的外界影響,如溫度、應變等,都會致使FBG諧振中心波長發(fā)生變化,對比變化前后的中心波長,即可測定出受外界物理參量影響的程度,這

6、就是FBG傳感的基本機理,研究主要內(nèi)容,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,鋼軌的受力情況與鋼軌變形分析,作用在鋼軌上的外力，可以分為垂直于鋼軌的垂向力、橫向力及沿鋼軌縱軸方向的軸向力三種，如下圖所示。,研究主要內(nèi)容,華東交通大學信息工程學院2015級碩士研究生學位論文開題報告,鋼軌的受力情況與鋼軌變形分析,橫向力是指軌道平面上與軌道方向垂直的水平力。垂向力包括靜輪載和動輪載。軸向力也稱縱向力，包括列車運行時輪

7、軌之間的摩擦縱向力和制動力、列車在坡道上自身重力的縱向分力、爬行力以及溫度力。其中，溫度力是當溫度發(fā)生變化時，鋼軌會發(fā)生熱脹冷縮，而鋼軌受扣件和軌枕的約束,不能自由伸縮，因而在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生的應力。鋼軌爬行力是鋼軌在動載荷作用下發(fā)生波浪形燒曲時產(chǎn)生的力。溫度力是縱向力的主要部分,鋼軌溫度變化產(chǎn)生的溫度力有時候會使鋼軌發(fā)生漲軌或斷軌，會給列車運行造成的嚴重威脅。,鋼軌在外力的作用下引起的變形，主要有：(1) 列車載荷與軌枕、扣件反向約束作

8、用下的鋼軌變形；(2) 列車的橫向力會使鋼軌在水平方向發(fā)生變形；(3) 溫度變化引起的沿鋼軌縱向的溫度力與軌枕、扣件的作用造成鋼軌變形。,難點分析,光纖傳感技術與通信、軟件、力學、車輛工程等其他學科的結合,找出最佳的檢測位置。給出溫度對光纖光柵應變傳感器的溫度影響解決方案，提出一種光纖光柵傳感器在鋼軌上的布設方案。,監(jiān)測網(wǎng)絡的搭建,實驗數(shù)據(jù)的獲取，以及相關的數(shù)據(jù)處理實驗的Matlab編程實現(xiàn),華東交通大學信息工程學院2015級碩士研