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光纤光栅城轨计轴技术

周勇  
【摘要】: 城市轨道交通(简称城轨)具有运量大、快捷、安全、准点、环保等特点,对于缓解城市交通拥堵、改善城市大气环境具有十分重要的意义。与铁路运输行业情况相同,车辆运行的信号监测系统是城轨运输安全的重要技术设备。但城轨的运营小编组、高密度、运行间隔短、效率更高,所以其运行信号监测的难度比铁路大。 现阶段城轨信号监测主要是采用轨道电路技术和电磁计轴技术,由于这些技术易受环境因素的制约,影响其监测结果的可靠性,不利于列车的安全运行。光纤光栅传感技术具有精度和灵敏度高、抗电磁干扰、现场无电信号、尺寸小、重量轻、耐环境温度变化、传输距离远、耐腐蚀、成本低等突出优点,因此成功地应用于工程中对应力和温度等物理量的测量。 本论文根据光纤光栅传感原理开发了城轨的计轴—健康监测传感技术。其原理是将FBG传感器安装在钢轨上。车轮通过时,此段钢轨产生的应变会引起FBG的中心波长发生改变,经解调后得到动态应变曲线。统计其应变脉冲峰,即得到对应的轮轴数和轮轴的运行状态,简言之为“应变-计轴和监测”技术。该技术的主要目的是:计算轴数,确定轨道闭塞的状况,判断列车的运行方向,因为是对轮轴应力的测量,该技术可监测过车的轴重和车轮的健康状态如松动,失圆和车辆是否超载等。 本论文首先介绍了光纤光栅传感技术在城轨计轴系统中应用的理论依据。从城轨列车的运行监测技术应具有智能化多重功能的需求出发,结合光纤光栅传感器的特性和计算机技术,设计了基于光纤布喇格光栅的城轨列车计轴系统。本论文还详细地介绍系统的结构,现场安装技术,信号处理技术,包括解调仪与上位机的通信、数据处理以及判断轮轴峰的方法,以及成功地应用在武汉地铁公司城轨车库轨道现场计轴的实践。 光纤光栅应变-计轴和监测传感技术的试用实验证明,该技术具有可靠、准确、现场免维护的特点,克服了目前使用的“轨道电路”技术和“电磁计轴”技术所存在的缺陷,实现城轨的轨道闭塞信号精确采集和列车运行健康状况监测的自动化。


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