摘 要

目前,我国的列车行驶速度在不断的加快,但是在列车速度加快的同时,与之而来的是另一个很重要的问题,安全。由于我国占地面积广阔,而且多为山区,地质复杂多变,因此在不良地质段易发生崩塌、滑坡、落石等灾害现象。为了保证人们的人身安全以及财产安全,建立起安全可靠,行之有效的异物侵限监测系统是每一段高速铁路的需要。

本文以国内外现有高速铁路异物侵限监测技术为背景,从而研究给出了基于光纤光栅传感器的异物侵限监测系统方案。主要研究内容如下:

首先,阐述了异物侵限监测的研究背景与意义,在此基础上介绍了目前国内外关于在铁路异物侵限监测技术的现状。

其次,本文介绍了铁路异物检测系统中所需要的传感元件。以耦合模理论为基础对光纤 Bragg 光栅的纵向应变、横向应变和温度变化时的特性进行了理论分析及公式推导。并且用Matlab分别对Bragg光栅的反射特性、应变特性和温度特性进行了仿真^[1]。

再次,对比分析了几种常用的传感器复用网络,通过对几种复用网络的优缺点进行对比,选取了本课题所采用的复用网络。

最后,研究了常用的传感器解调系统,对每一种解调系统的解调原理和优缺点都做了统一介绍,从而得出本课题所采用的解调系统。

关键字:异物侵限监测; 耦合模理论; Bragg光栅; Matlab;

Abstract

At present, The chinese speed of railway is developing rapidly,and the driving speed has reached 350km / h.Although the trains is faster, the requirements for the railway safety and efficacy is increasing, as well as on line and operating environment requirements are also getting higher and higher.Because China covers a vast and mostly mountainous, complex geological ,therefore collapses, landslides, falling rocks and other disasters bad geological phenomena is prone happened. In order to ensure the personal safety and property safety of the people, to establish a safe, reliable, effective foreign body contamination limit monitoring system is the need of every period of high-speed railway.

Based on the domestic and foreign existing foreign body contamination limit monitoring technology of high speed railway as the background, to study the foreign invasion based on fiber Bragg grating sensor are given limited monitoring system solutions.The main research content is as follows:

Firstly,on the basis of the background and significance of foreign matter invasion limit monitoring told the present situation at home and abroad about the invasion of foreign matter in the railway limit monitoring technology.

Secondly, this paper introduced the foreign matter detection sensor of railway system needed. In coupled-mode theory of fiber Bragg grating strain longitudinal, transverse strain and temperature characteristic changes of a theoretical analysis and derivation. And the reflection characteristics of Bragg strain and temperature characteristics simulation were used Matlab.

Again, comparative analysis of several commonly used sensor multiplexing network, by comparison with the advantages and disadvantages of several complex networks selected this topic adopted by multiplexing network.

Finally, studies the commonly used sensor demodulation system, for each kind of demodulation principle, advantages and disadvantages of various demodulation system is to introduce a unified, which concluded that this topic of demodulation system.

Key Words: Foreign Invasion; Coupled mode theory;FBG;Matlab

目录

第1章 绪论 1

1.1课题的研究背景与意义 1

1.2 国内外异物侵限监测技术的研究应用现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 2

1.3论文的主要内容及工作 2

第2章 异物侵限监测系统的传感单元 4

2.1 光纤光栅简介 4

2.2光纤光栅的耦合模理论 4

2.3 光纤光栅的原理及特性 8

2.3.1 光纤 Brag光纤光栅的传感原理 8

2.3.2光纤光栅的温度特性 8

2.3.3光纤光栅的应变特性 10

2.4 本章小结 13

第3章 异物侵限监测系统的传感器复用网络 14

3.1 常用的传感器复用网络 14

3.2本文采用的传感器复用网络 16

3.3本章小结 16

第4章 异物侵限监测系统的解调单元 17

4.1 常用的解调方式 17

4.2本文采用的解调方式 20

4.3本章小结 23

第5章 总结与展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

近年来，我国的科研技术水平在不断上升，在此基础上，铁路建设水平也在不断提高，列车行驶速度越来越快。但是在列车速度增长的同时，对铁路环境的安全系数也越来越高，我们都知道中国是一个地大物博，地质复杂多变的国家，且我国山区占地面积较多，因此在地质不良段容易易发生滑坡、崩塌、落石等自然灾害现象，这给高速铁路的发展带来了严重的考验。由于我国高速铁路技术发展较晚，高铁异物侵入监测技术也比较落后，这给人们带来了严重的不便与损失。相对之下，海外一些经济比较发达的国家在建设高速铁路早期就开始建立了许多在高铁上用于检测异物侵限的系统，当有自然灾害发生时，它可以及时的做出分析，提供报警，从而我们可以根据情况做出有效的措施。

传统的高铁道路检测主要是依靠工人手动检测，这种检测异物的方式虽然比较可靠，但是耗费的资源太多，而且不能快速处理紧急情况。现在我们一般是在铁路沿线容易出现问题的地方安装大片的防护网，在此之上再安装一些传感器，这样我们就可以通过传感器来获取信息。异物侵限的探测与高速铁路在不同环境下的的受力，形变特性等关联。目前，在这方面的研究与应用是在各种路段并行或交叉处等地段设置不同种类的防护网，并且在防护网上装置传感器，一旦有异物入侵，传感器就会感受到压力，进而转化为电信号，再把电信号传回指挥室。目前这种技术虽然已经比较成熟，但是也存在一些缺点，例如：易受电磁干扰和雷击，当远距离传输时，由于传输过程中的损耗，导致信号减弱，可靠性变差，停电时会出现差错等。除此之外，对于在不同防护网上积累的各种传落物，我们在实际中也是无法检测到的。