基于光纤布拉格光栅的轨道传感系统研究.pdf

西南交通大学研究生学位论文弧萍年级三姓专二零一一年五月国内图书分类号:国际图书分类号:密级:公开
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槐C堋淌褂帽臼谌ㄊ椤学位论文作者签名:孑长枢亨日期:加//.籎本学位论文属于C芸冢年解密后适用本授权书;朐谝陨戏娇蚰诖颉按纭指导老师签名:日期:趂/.‘豢
学位论文作者签名:弓必弓『吁日期:剐,;西南交通大学硕士学位论文主要工作毕声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下:开发出一套以光纤光栅应变传感器技术为基础的轨道应变传感系统:对光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度变化导致钢轨应变的数学模型进行了讨论,并通过实验验证了系统的可行性。光纤光栅传感系统工作时,必须采用合适的解调方法检测应变导致的传感器中心反射波长的漂移量。本文对基于匹配光纤光栅和半自由度封装光纤光栅传感器两种解调方法进行了分析与讨论。数值仿真和模拟实验证明两种方法都可以实现对应变量的有效测量,并且两种方法都是基于强度检测,具有结构简单,解调速率高的优点。满足对钢轨应变进行静态和动态监测的要求,线性度和有效量程则有待提高。考虑到轨道长距离的线性分布特点,设计了一种基于时分复用和匹配光纤光栅的多节点准分布式传感器网络,并通过实验证明该方案可以使复用的传感器同时工作,而且“串话”干扰大为降低;针对光时域反射技术方案中测量数据信噪比一般较低的缺点,将光码分多址复用际跻肫渲校褂酶窭谆ゲ剐蛄薪斜嗦并进行相关检测,减小多址干扰和高斯白噪声的干扰,改善了测量数据的信噪比。本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文基于光纤布拉格光栅庀斯庹的轨道交通传感系统主要用于监测钢轨表面应变。利用测量得到的钢轨的表面应变,可以获得钢轨承受的载荷和温度变化导致的钢轨应力等信息;在钢轨上安装若干光纤光栅传感器并组网,则可以对钢轨应变进行准分布式测量,获得轨道的变形状况。本文从理论分析与实验验证两方面对基于光纤光栅的轨道交通传感系统进行研究。首先介绍了光纤光栅传感器的工作原理,并讨论了光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度变化导致的钢轨应变的数学模型。然后按照由点到线的原则,介绍了不基于匹配光栅可以消除温度干扰的特点,结合各种工况下钢轨应变与受力关系的分析,设计出一种检测钢轨局部应变的传感系统方案,具有良好的工作性能,可以实现对轨道上某一位置与温度无关的应变测量。进而针对匹配光栅解调方法需要中心反射波长相匹配的一对光纤光栅才能工作,讨论了一种基于半自由度封装光栅的解调方法,只需要使用一只光纤光栅就可以对波长漂移量进行强度解调。数值仿真和表明实验使用半自由度封装光纤光栅传感器可以攴段诘挠Ρ浣胁饬浚⑶揖哂薪虾玫南咝远取最后通过对轨道交通传感系统特性的分析,针对轨道交通具有线状分布、距离远、测量点数多的特点,利用光时域反射原理和匹配光栅解调技术设计一种符合需求的光纤光栅传感器复用技术,并针对其噪声干扰大的问题利用光码分多址复用技术懈慕NA讼埃捎米韵喙叵凳A愕母窭谆ゲ剐蛄惺迪址射谱不同的光栅传感器同时解调,数值仿真表明,使用格雷互补序列可以消除多址干扰,实现对传感信息的精确解调。关键词:光纤布拉格光栅;轨道;传感网络;应变;光码分多址复用第曼曼量量量舅量量皇皇量曼曼量曼皇曼量量舅曼曼曼曼曼曼曼曼篡曼曼曼曼曼曼曼曼曼量暑曼詈曼曼曼曼曼邑曼曼曼曼曼曼鼍曼皇曼曼量量曼曼曼量量量量量曼皇璺量曼曼皇同的传感器和传感网络设计。对曼、
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