光纖光柵傳感技術在軌道狀態(tài)監(jiān)測中的研究.pdf

1、光纖傳感技術因其自身靈敏度高、測量速度快、信息存儲量大，便于大規(guī)模組網等優(yōu)勢被研究人員廣泛關注，為實現(xiàn)更加合理的軌道結構狀態(tài)監(jiān)測與建立有效的預警機制提供了新的思路與行之有效的解決方法。
　　本文在研究光纖光柵傳感基礎理論基礎上，結合光纖光柵傳感器的應用特點，討論了將光纖光柵傳感技術應用于車輪踏面缺陷監(jiān)測中的可行性;在比較分析了現(xiàn)有高速列車車輪踏面缺陷監(jiān)測方法的基礎上，進一步結合光纖傳感技術自身特點與實際工程應用需求，制定了基于光纖

2、光柵傳感技術的車輪踏面缺陷的監(jiān)測方案，并進行了系統(tǒng)方案模塊的實現(xiàn);隨后，建立了相關實驗模型，根據(jù)系統(tǒng)設計目標進行了設計模塊及設計方法的實驗驗證。
　　本文的第一部分以耦合模理論為基礎，應用傳輸矩陣法分析了光纖光柵的光譜響應，在得出諧振條件后，進一步分析了光纖光柵的傳感理論基礎。在分析光纖光柵傳感基礎理論以及光纖光柵傳感器的應用特點基礎上，進一步結合車輪踏面缺陷檢測的要求，進行了應用光纖光柵傳感技術進行車輪踏面擦傷在線監(jiān)測可行性基礎

3、研究。
　　本文的第二部分主要介紹了基于光纖光柵傳感技術的車輪踏面缺陷檢測系統(tǒng)的方案設計。和目前軌道交通結構監(jiān)測系統(tǒng)中廣泛使用的電類傳感技術相比，基于光纖光柵傳感技術的監(jiān)測系統(tǒng)防電磁干擾能力強，不會發(fā)生零點漂移等故障;傳輸距離長，利于建成大規(guī)模的分布式組網。本文的第二部分設計了基于光纖光柵傳感技術的高速車輪踏面擦傷在線監(jiān)測系統(tǒng)方案，并以FPGA為數(shù)字核心控制模塊設計了相應的功能模塊。
　　本文第三部分根據(jù)系統(tǒng)設計目標，建立了

4、相關實驗模型。首先建立了基于光纖光柵傳感技術的車輪沖擊響應仿真模型。而后，針對F-P腔解調模塊中設計所采用的脈位解調方法，建立理論仿真模型，并將解調后所得到的波長變化曲線與實際車輪沖擊響應曲線進行對比，驗證解調方式的可行性。最后利用壓控振蕩器模擬實際檢測系統(tǒng)的中的掃頻過程。對實際測量系統(tǒng)中的Fabry-Perot諧振腔的光學掃描濾波過程進行模擬，將對光纖光柵傳感量中心波長值λm的掃描過程對應為通過壓控振蕩器所進行的掃描過程，從而將實際過