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《西南交通大学》 2015年
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基于光纤光栅的钢轨温度力监测技术研究

孙高盼  
【摘要】:随着我国高速铁路的发展及无缝线路的广泛应用,无缝线路的运行状态日益成为威胁铁路运营安全的重要隐患。光纤光栅传感技术可实现对应变和温度的高灵敏度测量,因而采用光纤光栅对钢轨应变和温度进行监测成为铁路传感中的新兴应用。通过实时监测与数据反馈来感知无缝线路的运行状态,确保线路运营安全。本文针对钢轨应变、温度和温度力监测需求,研究了基于光纤光栅传感器的轨道状态监测系统,并对光纤光栅传感器封装及安装工艺进行探索。本文首先对光纤光栅温度和应变传感基本原理进行简要介绍,并对光纤光栅在使用中温度和应变交叉敏感问题进行阐述。同时针对铁路现场和钢轨温度、应变传感的特殊应用场合,设计了新型光纤光栅钢轨应变计及其封装、安装工艺。其次在传统的一维测量模型基础上,介绍了三维梁模型下钢轨受力模型和测量原理。针对钢轨横向及竖向弯矩测量问题,采用三维梁测量模型对钢轨轴向力和横竖向弯矩进行了测量。同时,通过静态加载实验得到了钢轨轴力和曲率信息,完成了三维梁模型有效性验证。最后针对铁路无缝线路中钢轨温度力测量困难的问题,从无缝线路钢轨温度力测量模型出发,研究了基于光纤光栅的钢轨双向应变测量方法,将钢轨轴向测量和竖向测量结合在一起,解决光纤光栅传感器自身温度补偿问题和无缝线路因温度变化而带来的应变测量困难问题。通过在成绵乐高速铁路无缝线路的现场实验,安装特殊封装的光纤光栅传感器来完成对理论模型的验证和实际监测数据的获取。
【关键词】:光纤光栅 无缝线路 钢轨温度力 钢轨应变 弯矩
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP212;TP274
【目录】:
  • 摘要6-7
  • ABSTRACT7-10
  • 第1章 绪论10-14
  • 1.1 研究背景及目的10
  • 1.2 国内外研究现状10-12
  • 1.3 主要工作与结构安排12-14
  • 1.3.1 本课题主要工作12
  • 1.3.2 论文结构安排12-14
  • 第2章 光纤光栅传感器及其封装安装工艺14-28
  • 2.1 光纤光栅传感基本原理15-19
  • 2.1.1 光纤光栅应变传感原理15-16
  • 2.1.2 光纤光栅温度传感原理16-17
  • 2.1.3 光纤光栅传感器温度应变交叉敏感17-19
  • 2.2 轨道传感中光纤光栅传感器的封装技术19-24
  • 2.2.1 光纤光栅应变传感器封装19-22
  • 2.2.2 光纤光栅温度传感器封装22-24
  • 2.3 光纤光栅传感器定标24-25
  • 2.4 安装工艺25-27
  • 2.5 本章小结27-28
  • 第3章 基于光纤光栅的钢轨三维梁监测技术28-35
  • 3.1 钢轨轴向力一维监测基本原理28-29
  • 3.2 基于三维梁模型的钢轨监测技术29-30
  • 3.3 加载实验30-34
  • 3.3.1 实验平台搭建30-31
  • 3.3.2 定标实验及结果分析31-32
  • 3.3.3 加载实验及结果分析32-34
  • 3.4 本章小结34-35
  • 第4章 基于光纤光栅的钢轨温度力监测系统35-49
  • 4.1 无缝线路温度力测试基本原理35-36
  • 4.2 基于双向应变的钢轨温度力监测基本原理36-40
  • 4.2.1 光纤光栅测量钢轨温度力工况分析36-37
  • 4.2.2 光纤光栅钢轨温度力双向应变测量原理37-39
  • 4.2.3 测试误差来源分析39-40
  • 4.3 现场测试方案40-42
  • 4.4 现场实验42-48
  • 4.4.1 温度数据处理43-44
  • 4.4.2 温度力数据分析44-47
  • 4.4.3 数据结论分析及方案优势47-48
  • 4.5 改进与优化48
  • 4.6 本章小结48-49
  • 结论与展望49-50
  • 致谢50-51
  • 参考文献51-55
  • 攻读硕士学位期间发表的论文55

【参考文献】
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