劉寶+王月太

摘 要：該文詳細(xì)介紹了外界因素應(yīng)變和溫度變化時(shí)布里淵頻移的變化的關(guān)系，說明了光纖布里淵散射傳感的原理，分析了布里淵散射光纖傳感器在軌道監(jiān)測中的可應(yīng)用性，以及軌道監(jiān)測在鐵路運(yùn)營中的重要性，最后提出了一種布里淵散射光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：軌道監(jiān)測 布里淵散射 應(yīng)變 溫度

中圖分類號：U211.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0081-02

鋼軌——軌道的重要部件。鐵路線路常年暴露在外，作為軌道重要部件的鋼軌會受到環(huán)境的影響，由于環(huán)境的影響可能會發(fā)生安全隱患。通過對鋼軌進(jìn)行一定的監(jiān)測，可以得到軌道的一些實(shí)時(shí)狀態(tài)，并且通過對實(shí)時(shí)狀態(tài)的分析，預(yù)先發(fā)現(xiàn)一些隱患，并給工作人員發(fā)出警報(bào)，工作人員可以及時(shí)進(jìn)行維修。由此可見，軌道監(jiān)測是提升鐵路運(yùn)營的安全性與可靠性的一種技術(shù)手段。

軌道監(jiān)測易受到環(huán)境的影響，對其檢測設(shè)備有抗電磁干擾、損耗低等要求。光纖在通信中已應(yīng)用廣泛，具有損耗低、帶寬資源豐富、耐高壓、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此布里淵散射光纖傳感器可以應(yīng)用到軌道監(jiān)測中。

1 布里淵光纖傳感器傳感原理

光通過光纖時(shí)，光子和光纖中自發(fā)熱運(yùn)動產(chǎn)生的聲子會產(chǎn)生非彈性碰撞，碰撞會發(fā)生布里淵散射。布里淵散射光的頻率相對入射光的頻率發(fā)生變化。在普通石英單模光纖中，布里淵散射光的頻移與光纖的折射率和超聲聲速有關(guān)。而光纖的折射率和超聲聲速與溫度和應(yīng)力有關(guān)。想要得到溫度和應(yīng)力在光纖上的分布，可以通過檢測光纖中布里淵頻移的變化得到兩個(gè)變量的變化值。

布里淵頻移與溫度、應(yīng)變的關(guān)系為：

其中，υB為布里淵頻移；n為介質(zhì)折射率；E為楊氏模量；k為泊松比；ρ為介質(zhì)密度，都是溫度和應(yīng)變的函數(shù)。

此外，布里淵散射的強(qiáng)度也與溫度和應(yīng)變有關(guān)，布里淵強(qiáng)度與溫度、應(yīng)變的關(guān)系為：

其中，p B為布里淵散射的強(qiáng)度；λ為真空中的光波長；n為纖芯折射率；Aeff為光纖有效面積；T 為絕對溫度，k0為玻爾茲曼常數(shù)；ρ為光纖材料密度；p12為光纖彈光系數(shù)；VA為光纖中聲波的縱模聲速；v為光纖中的光速；W為脈沖寬度。

由上面的分析可知：通過測量光纖的布里淵頻移和布里淵強(qiáng)度，可以得到溫度和應(yīng)變的具體信息。

2 布里淵散射光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

布里淵散射光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。布里淵散射光纖傳感器的布里淵頻移和布里淵強(qiáng)度信息經(jīng)過解調(diào)儀的解調(diào)發(fā)送到本地控制中心，由監(jiān)測系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和實(shí)時(shí)顯示。通過局域網(wǎng)可將數(shù)據(jù)傳送到上層控制中心，上層控制中心可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié)語

近年來，鐵路運(yùn)輸在運(yùn)輸行業(yè)的作用越來越重要，因此，對鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩岢隽烁叩囊?。而作為保證鐵路運(yùn)輸安全的軌道在線監(jiān)測技術(shù)的要求也越來越高。軌道監(jiān)測需要更新的技術(shù)來提高安全，分布式光纖溫度和應(yīng)變傳感器是新式的傳感器，可以克服傳統(tǒng)傳感器的缺點(diǎn)。相信光纖傳感器在不久的將來將會大范圍應(yīng)用到鐵路運(yùn)輸中，為提高鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩峁┯辛Φ谋Ｕ稀?/p>

參考文獻(xiàn)

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