基于光纖光柵傳感器的鋼軌動靜態(tài)應變監(jiān)測研究.pdf

1、鋼軌是鐵路運輸系統(tǒng)的基礎,及時準確獲取鋼軌結構動靜態(tài)應變分布,可以得到大量關于鐵路系統(tǒng)健康狀況的信息。傳統(tǒng)軌道監(jiān)測設施受到外部因素影響,降低了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性,可能會給鐵路系統(tǒng)安全運行帶來負面影響。而光纖光柵傳感器具有體積小、制作簡單、抗電磁干擾、靈敏度高、絕緣性好等優(yōu)點,能夠在極端工作環(huán)境下依然保持良好穩(wěn)定工作狀態(tài)。因此將光纖Bragg光柵傳感器應用于未來高速鐵路長距離狀態(tài)監(jiān)測中,具有廣闊應用前景。本文研究內(nèi)容分為以下幾部分:

2、　　首先,詳細闡述了鋼軌結構健康監(jiān)測的重要研究意義,著重介紹了目前鋼軌結構健康監(jiān)測技術與光纖傳感技術的研究與應用現(xiàn)狀。
　　其次,根據(jù)光纖光柵傳感特性,結合材料力學理論對鋼軌結構進行力學仿真。數(shù)值模擬得到多種承載工況下軌道受力特征,并以此為依據(jù)選擇鋼軌關鍵位置布設光纖傳感器。在此基礎上,通過構建分布式光纖Bragg光柵傳感網(wǎng)絡,獲得關鍵位置加載時光纖光柵中心波長變化趨勢,進而實現(xiàn)對鋼軌靜態(tài)承載條件下的結構力學特征監(jiān)測。
　　

3、再次,采用 ANSYS有限元分析軟件對鋼軌在動態(tài)加載條件下結構力學響應特性進行了數(shù)值仿真,得到固有頻率與動態(tài)應變特征曲線。在此基礎上,構建分布式光纖光柵應變監(jiān)測系統(tǒng),通過沖擊加載和循環(huán)加載,獲得了鋼軌在不同動態(tài)加載條件下,各關鍵區(qū)域光纖光柵傳感器的動態(tài)應變響應特性,實驗結果與數(shù)值仿真趨勢相仿。
　　最后,設計了鋼軌分布式光纖動靜態(tài)應變監(jiān)測系統(tǒng)應用軟件。基于虛擬儀器設計思想,利用 LabVIEW圖形化編程語言,實現(xiàn)光纖光柵解調(diào)儀與上