基于微结构光纤分布式传感系统的铁路安全监测研究

发布时间：2024-04-10 05:49

　　铁路是国家最重要的基础设施之一,对铁轨健康状态进行实时监测是铁路系统安全运行的有效保障。而传统的电类传感器存在抗电磁干扰差、信号传输距离有限、组成传感网络的成本高的问题。微结构光纤的分布式声学传感(micro-structured optical fiber distributed acoustic sensing,MOF-DAS)系统将传感传输合二为一,且多个传感单元集成在一根光纤上,一根光纤即可实现长距离、高灵敏以及分布式的声波传感检测,该技术在铁路健康状态监测领域有很大的应用前景。本文将DAS技术应用到铁路安全监测领域,设计实验、采集数据并分析处理,对于列车定位与铁轨缺陷检测这两个关键问题,提出了基于DAS的解决问题的算法。本文主要完成了以下几方面的研究工作:(1)介绍了DAS技术的基本原理,分析了DAS在铁路安全监测领域的优势,设计基于DAS技术的铁路安全监测方案。将微结构传感光纤固定在铁轨轨腰位置,通过实验采集铁轨振动信号的数据,并对信号进行分析。(2)设计一种基于DAS的列车定位算法。该方法对传感节点每秒钟的信号取绝对值后在时间维度上取均值,用这个均值来表征铁轨振动的情况,...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1基于Φ-OTDR实现列车定位[8]

图1-1基于Φ-OTDR实现列车定位[8]方法存在信噪比的问题，传感距离节点数目和分辨率会受到限制。而琪真老师团队研制的基于微结构光纤的分布式传感系统，解决了信噪严重的问题，有效的提高了传感系统的各项性能指标[9]。虑，本课题使用了基于微结构光纤的分布式光纤传感技术运用于列....

图1-2大型探伤车具体到检测的方法和原理，目前国内外常用的铁轨损伤主要包括超声检测、涡流检

图1-2大型探伤车具体到检测的方法和原理，目前国内外常用的铁轨损伤主要包括超声检测、涡流测、漏磁检测和视觉检测等检测技术，但是不同的检测方法由于原理和性能不同，都有一定的局限性[13]。超声检测是可靠的内部缺陷检测方法，但是存在表面的检测盲区可以使用在低速手推式与高速巡检系统....

图1-3监测铁轨状态的无线传感网络[18]

图1-3监测铁轨状态的无线传感网络[18]在铁轨的特殊部位安装压电传感器，可以获取列车经过检测区域时铁轨的振动激励以及可能存在的缺陷影响下的振动激励。同样的，可以在钢轨上布设光纤传感器，如纤布拉格光栅传感器可以检测铁轨表面的温度和应力变化。西南交通大学的周威等人究了一个基于双....

图2-1光纤声波传感系统

样信号才能形成干涉；二是单色性，单色性好的信号光和参考光可以让系统的信噪比高；三是频率差小，过大的频率差会影响测量的误差。相干探测要求更高，系统较直接探测更加复杂，但是传感性能方面具有很多优势：是可探测的信息更多，能检测信号光的光强、频率和相位等信息；二是转换增益高，直接探测相比....

本文编号：3950243