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高速铁路无缝道岔光纤光栅应变、温度和位移的监测

黄小妹

  350km/h高速铁路的郴州雷大连续梁特大桥上世界首次安装了高速道岔和CRTSⅡ型板式无砟轨道。由于温度变化、地质因素和高速列车通过时产生的振动等原因,在道岔钢轨上会产生很大的应力,使钢轨产生形变或位移。因此,监测钢轨的应变、温度和相对位移对安装在桥梁上的道岔运行管理非常重要。 因为钢轨被作为动车牵引动力电源的一个回路,桥梁又处于露天的气象条件下,所以传统的电传感器难以使用。光纤布喇格光栅传感器的原理与电传感器的原理完全不同,使得光纤布喇格光栅传感器具有独特的传感特性。因此,在监测桥上道岔钢轨应变、温度和位移的技术中,光纤布喇格光栅传感器比传统的电类传感器更具竞争力。 本课题研究了光纤布喇格光栅传感器在高速铁路道岔钢轨上的监测技术。主要对光纤布喇格光栅应变、温度和位移传感器的结构,现场安装与保护措施,监测结果分析及处理进行了阐述,并得出了相关结论。 本项目的主要研究内容和结果如下: 1、对60kg/m钢轨的受力状况进行有限元分析,找出了钢轨应变的最佳监测位置。根据现场的条件采用了一种具有复杂形状的光纤布喇格光栅应变片,并用有限元对应变片的结构进行了分析。 2、将光纤布喇格光栅应变片和裸光栅分别贴在钢轨上,对钢轨分别施加压力和拉力进行了拉压两种情况下的应变对比实验。结果表明采用光纤布喇格光栅应变片监测时,一个微应变可产生大于1pm的波长位移值。而将光纤布拉格光栅直接粘贴在钢轨上监测时,一个微应变才能产生1pm的波长位移值。并对光纤布喇格光栅应变传感器的温度补偿方法做了说明。 3、介绍了光纤布喇格光栅温度传感器和两种不同量程的光纤布喇格光栅位移传感器,包括温度传感器的增敏措施,位移传感器的原理、结构、安装方式等。 4、分别对光纤布喇格光栅应变、温度和位移传感器进行了标定实验,介绍了光纤布喇格传感器的制作过程、现场安装及保护方法。 5、对高速道岔钢轨的轴向应变、温度和相对位移值一年来的监测结果进行了分析,其监测结果准确可靠,有助于提升高速铁路运营维护和管理的水平。……   
[关键词]:光纤布喇格光栅;钢轨;监测
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2011年