基于光纤光栅技术进行尖轨密贴监测可行性研究
光纤光栅传感技术在轨道交通领域的应用研究
交通科技与管理9智慧交通与信息技术 轨道交通具有运量大、速度快、运营安全、环保节能等优点，日益成为我国交通运输发展的必然选择。
随着轨道交通运营的高速化、密集化，安全问题已成为了轨道交通建设和发展的主要挑战，建立可靠的轨道交通健康状况实时监测与预警技术是保证运输安全的有效手段。
轨道交通现场监测环境恶劣，电磁干扰强。
传统的机械和电学类监测技术易受外界环境影响、长期稳定性能较差，影响监测结果的可靠性。
与传统监测手段相比，光纤光栅传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、传输距离远、波长编码、复用能力强等诸多优点，能够很好地克服传统监测手段的缺陷。
光纤光栅传感以光信号形式传输，本质上不受电磁干扰；传感器可以做到较小体积，可实现对轨道交通结构无损情况下的布设；采用波长编码，可实现准分布式监测；同时具有精度高、可靠性高等优点，可进行应力应变、位移、加速度、温度等多种参量的监测。
将光纤光栅传感技术应用到轨道交通领域，实现轨道交通基础设施及运营安全监测，具有很好的应用前景。
1 光纤光栅传感基本原理图1 FBG 结构与传感机理光纤纤芯和包层构成的芯包结构是光纤全反射的基础。
光纤光栅是利用掺杂光纤的光敏性，使光纤折射率发生周期性变化而形成的一种光无源器件。
光纤布喇格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）是应用最广泛的光纤光栅。
FBG 的光纤纤芯折射率沿轴向均匀，对光信号具有滤波作用。
光栅的反射中心波长为[2]： （1） 式中，λB 为光栅的中心反射波长，n eff 为光栅有效折射率，Λ为光栅周期。
由式（1）可知改变n eff 或Λ都能改变FBG 的反射波长，而应变或温度对其影响最为显著。
FBG 传感器便是通过直接或间接改变应变或温度以改变FBG 反射中心波长，从而得到被测参量信息。
FBG 传感机理如图1所示。
在实际情况下，FBG 中心波长与温度和应变的关系可表示为： 式中，αP e 为光纤材料的有效弹光系数，∆ε为轴向应变，∆T 为温度变化量。
地铁隧道沉降监测中光纤光栅技术的运用研究
地铁隧道沉降监测中光纤光栅技术的运用研究摘要：光纤光栅技术（Fiber Bragg Grating，简称FBG）是一种新型的工程安全监测技术，本文提出将该技术应用于地铁隧道安全监测的新思路。
通过实例探讨在地铁隧道沉降监测中光纤光栅监测的可行性。
研究表明，与传统方法相比，光纤光栅具有测量精度高，能够满足一定距离内地铁隧道安全监测的要求。
关键词：光纤光栅；地铁隧道；沉降监测引言地铁建设促进了经济发展和城市地下空间的利用，但与其他地下公共设施一样，地铁隧道大多建在柔软的第四纪沉积土层中，很容易位于复杂的地质，狭窄的道路，密集的地下管线和交通中。
繁忙的市区和地铁沿线的城市建设将不可避免地导致地铁隧道结构的纵向沉降。
一定程度的沉降可以视为正常现象，但如果沉降超过一定限度，特别是不均匀沉降会造成地铁隧道结构变形，给地铁的正常运行带来隐患，甚至造成难以想象的安全事故。
因此，为了保证地铁隧道主体结构和周围环境的安全，在隧道的正常运行和沿线建筑物的建设中，地铁隧道的实时有效沉降监测必须进行结算监测数据应及时反馈，预测结算趋势，提前采取措施预防事故发生。
地铁隧道沉降监测对隧道安全监测具有重要意义。
FBG是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。
由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点，所以越来越受关注。
由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以本文利用这一特性对某地铁线路的沉降情况进行检测，并利用互联网、传感器、无线通讯技术实现了地铁隧道的实时监测，以保障地铁的运营安全。
1 光纤光栅技术的原理1.1 应力的测试所谓的光纤光栅是指由光纤纤芯中的周期性折射率变化形成的光栅效应。
光纤光栅是根据光纤的光敏特性制成的，是直接利用石英光纤的光波导结构在光纤上形成光波导结构而形成的光纤波导装置。
它的功能主要是在核心内形成一个窄带滤波器或镜像。
基于光纤光栅传感技术的高速铁路轨道状态远程监测数传系统
基于光纤光栅传感技术的高速铁路轨道状态远程监测数传系统蒋金洲;吕国辉;梁晨;徐玉坡;杜香刚;商绍华【摘要】T he remote monitoring system of high speed railway track based on fiber bragg grating sensing technique was introduced in this paper. Data acquisition,processing and transmission method of system indetail,including data reading,data pretreatment and wireless transmission network were expounded. In order to solve real-time wireless transmission problem of large flow monitoring data,data processing and wireless transmission scheme for fiber bragg grating wavelength demodulation system was proposed,which could automatically encrypt,check and package the monitoring data and transfer the data to remote data center through GPRS module. T his system has been applied to a lot of long term monitoring sites of high speed railway track,which shows good operation state and has reliable data transmission system.%介绍了基于光纤光栅传感技术的高速铁路轨道状态远程监测系统的构成，详细阐述了系统的数据采集、处理和传输方法，包括数据的读取、预处理及无线网络等相关技术方法。
光纤光栅传感器在铁路领域的研究与应用
光纤光栅传感器在铁路领域的研究与应用摘要概述了光纤Bragg 光栅传感原理, 介绍了目前光纤光栅传感器在国内外铁路领域中的研究与应用情况, 分析了光纤光栅测试技术在铁路领域的潜在应用及发展前景。
关键词光纤光栅; 铁路; 应用; 监测光纤光栅是光纤芯区折射率受永久性、周期性调制的一种特种光纤。
光纤光栅的敏感变化参量为光的波长, 它对光源的照明强度变化不敏感, 制作简单,性能稳定可靠, 易与系统及其他光纤器件连接。
利用光纤光栅的Bragg 波长对温度、应力的敏感特性可制成光纤光栅传感器〔图1〕。
图1 光纤光栅结构与传光原理光纤光栅传感器采用波长调制方式, 通过探测信号波长的漂移量来测量被测参数的变化。
测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响, 不受电磁干扰, 寿命长, 尺寸小, 安装方便, 耐腐蚀, 可实现实时和分布式测量, 复用能力强, 多只传感器可以串接在一根光纤上, 测试精度高、重复稳定性好、远程信号传输性能优越, 可埋入复合材料或结构中来实现光纤智能材料和结构内部应变分布的实时监测, 是实现光纤灵巧结构的理想器件。
目前, 光纤光栅传感器广泛应用于民用工程结构、航空航天业、船舶航运业、石油化工业、电力工业、医学、核工业等领域。
随着铁路的进一步发展, 对铁路运输的安全性、可靠性和效率也提出更高的要求, 因此对车辆和轨道结构的状态监测显得尤为重要。
光纤光栅传感器以其特有的优势成为了国内外研究的焦点。
本文将着重介绍光纤光栅传感器在国内外铁路领域的研究与应用。
1 .光纤Bragg 光栅传感原理光纤Bragg 光栅传感器的基本原理是当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时,将导致光栅周期或纤芯折射率的变化, 从而产生光栅Bragg 信号的波长位移, 通过监测Bragg 波长位移情况,即可获得待测物理量的变化情况。
光纤光栅结构如图1 所示。
将光敏光纤放置在不同模式的模板下用紫外光曝光, 就可以使光纤中形成所需的折射率扰动, 使其产生周期性调制, 从而产生光纤光栅。
基于光纤光栅的钢轨应变测量关键技术研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｍ ｏ ｉｏ ｉ ｆｒ ｉ ｓ ｒ ｉ ｓｉ ｎ ｔ ｒｎｇ ｏ ａ ｌ ｔ ａｎｓｉ ｍｐｏ ｔ ｎ ｎ ｒ ｉｗａ ｒ ｎ ｐ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｎ ｅ ｎ ｅ Ｆｉ ｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ｒ ａ ｔｉ ａ ｌ ｙ ｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｔｏ ｎｄ ｍ ｉ ｔ ｎａ ｃ ． ｂ ｒｂｒ ｇ ｒ ｔｎｇ
ｅ ｅ ａ ｄ ｆ ａ ｉ ｌｔ ｅ ｉｄ ｓ ｒｂｕｔ ｄ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｈｅ ｅｏｒ ｈ ｙ ａ ｅ ｍｏｒ ｕ ｔ ｂ ｅ ｔ ａ １ｓ ｒ ｉ ａ ｕｒ — ｎｅ ｎ ｅ ｓｂｉｉｙ ｏｆｓ ｍ — ｉ ｔ ｉ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ，ｔ ｒ ｆ ｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ａ ｎ ｍｅ ｓ ｅ ｍ ｅ ｔ ． Ｗ ｅ ｄ ｓ ｕｓ ｈ ｅ ｈａ ｓ ｏ ｖｅｅ ｔ ｈｉｔｎ ｎｄ ｒｌ ｄ ｓ ｒ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓ ｎｓ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｎｉｍ ｆｗａ ｌｎｇ ｈ ｓ ｆ ｉ ｇ ｕ ｅ ｏａ ｔ ａ ｎｓａ ｄ ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ．Ｍ ｏ ｔ — ｎｉｏ ｒｎｇ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｓ ｏ ａ ｌｓ ｒ ｉ ｉ ｘ ｒｍ ｎｔ ｆｒ ｉ ｔａ ｎｓｕｎｄ ｒ ｔ ｃ ｉ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓ ａ ｙ ｍ ｉ ｏ ｄｓａ ｅ ｐｅ ｆ ｒ ｄ。ａ ｄ ｅ ｈｅａ ｔｏｎ ｏｆｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｎｄ ｄ ｎａ ｃ１ ａ ｒ ｒ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｅ ｔｏ ｅ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｆｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ａ ｉｔｏ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｄ ｕ ｉ ｈｅ ｍ ａ ｃ ｅ — ｒ ｔｎ ｅ ｈｏ ． Ｒｅ ｕｌｓ ｉ ｉａ ｅ ｔ ａ ｒ ｔ ｅ ｖ ｒａ ｉ ｎｓｉ ｌｍｉ ａ ｅ ｓｎｇ ｔ ｔ ｈ ｄ ｇ ａ ｉ ｇ ｍ ｔ ｄ ｓ ｔ ｎｄ ｃ ｔ ｈ ｔＦＢＧ ｓ ｎｓ ｓ ｃ ｎ ｂｅ ｕ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｅ ａ ｄ ｍ ｏ ｉｏ ａ ｌｓ ｒ ｉ ｔ ｏ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ． ｅ ｏｒ ａ ｓ ｄ ｔ ａ ｕｒ ｎ ｎ ｔ ｒ ｒ ｉ ｔａ ｎｓ ｗｉｈ ｇｏ ｄ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ
光纤光栅传感技术在高速铁路轨道状态监测中的应用
光纤光栅传感技术在高速铁路轨道状态监测中的应用张政【摘要】高速铁路列车运行速度快,行车密度大,对直接承载列车运行的轨道结构有严格的要求.采用光纤光栅传感技术对轨道结构服役状态进行实时在线监测,并根据关键位置可能发生的破坏建立预警应对系统,有助于运营维护部门及时发现轨道结构存在的问题,通过采取相应措施确保线路运营的安全性和平稳性.本文结合目前已在国内运营高铁线路上实施的监测案例,对光纤光栅传感技术应用在高速铁路轨道状态监测中的方法、优点以及存在的问题进行探讨,并提出相应的优化改进措施,为高速铁路轨道状态监测的发展提供实践依据.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】5页(P77-81)【关键词】高速铁路;光纤光栅传感技术;轨道状态;实时在线监测【作者】张政【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U216.3我国幅员辽阔，铁路跨越区域广，工程地质因素多样，高速铁路轨道结构所面临的使用环境复杂。
而且，不断提高的列车运行速度和行车密度使得轨道结构承载的周期性高速动载增强，其与复杂环境因素结合产生的多重作用进一步加速了轨道结构损伤和破坏。
目前，国内运营部门对于高速铁路轨道结构的检测和养护维修主要是在夜间天窗点内依靠人工和轨道车巡检，在有限的天窗时间内往往难以完成辖区轨道结构的全覆盖检查。
最令人不安的是，运营部门无法实时掌握线路关键位置的轨道结构状态，对于白天运营过程中发生的病害险情不能及时发现，这直接威胁到行车安全。
在这些情况下，针对高速铁路轨道结构的健康状态进行实时在线监测与预警就显得尤为必要。
相对于传统的机械、电类传感检测技术，光纤光栅传感检测技术具有无源器件特性、不受电磁干扰、远程信号传输性能优越、大量传感器便于组网分布式测量、测试精度高、重复稳定性好，以及可实现长期实时在线的数据采集和处理分析等优点［1-6］。
近些年来，光纤光栅传感技术已经逐渐应用在我国高速铁路轨道系统状态监测领域。
光纤光栅传感技术在轨道交通轨道占用检查中应用研究
1 概述
目前轨道交通领域普遍采用轨道电路或计轴设 备检测列车占用情况，但上述设备需在轨旁设置大 量电子设备，造价偏高且易遭受电磁干扰等外部环 境影响。光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）
传感技术，是近年来国际上发展最快的高科技检测 技术之一，利用光纤来感知和传输外界信息，具有 抗电磁干扰、远距离传输、易组网、高灵敏、高可 靠等优越性。为轨道交通领域轨道的占用检查提供 一种新可能。
中图分类号 ：U284.2
文献标志码 ：A
文章编号 ：1673-4440(2019)09-0015-04
Application Research of Fiber Bragg Grating Sensing Technology in Rail Transit Track Occupancy Detection
FBG 模式耦合理论及相位匹配条件可推导出 FBG
满足公式（1）：
λB =2neff·Λ
（1）
FBG 的中心波长 λB 取决于光栅周期 Λ 和有效
折射率 neff，当 F B G 受到轴向应力时，介电常数与
相对介电抗渗张量有以下关系 ：
（2）
eff
eff
eff
eff
（3）
F B G 受均匀轴向应力时，公式（1）可以进一
2000 年北京交通大学的裴丽等人提出了一种
铁路通信信号工程技术(RSCE) 2019年9月，第16卷第9期
15
T 技术创新 ECHNOLOGICAL INNOVATION
F B G 压力传感器在列车实时追踪中的应用 [1]。2008 年北京交通大学的王燕花等人又提出了一种基于 W D M 和 T D M 串联 F B G 的高速列车定位系统 [2]。 上述文献对 F B G 传感技术应用于轨道占用检查领域 进行了理论研究，但未进行现场试验，缺乏工程化 方案。
基于FBG(光纤光栅)监测技术的地铁盾构隧道环向变形研究
基于FBG(光纤光栅)监测技术的地铁盾构隧道环向变形研究代兴云;穆保岗;陶津【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2024(27)6【摘要】[目的]FBG(光纤光栅)监测技术具有动态响应快、抗干扰强、精度高、耐久性强等优点,能实现远距离实时监测,其反馈的环向变形监测数据对盾构掘进过程的参数调整有着重要意义,有必要基于光纤监测技术对管片环向变形规律进行深入研究。
[方法]以某地铁隧道工程为例,采用光纤传感器对地铁隧道施工期管片进行实时监测。
通过监测数据分析,研究管片施工环境中的环向应变变化规律,分析相对收敛位移与盾构掘进参数之间的相互关系。
[结果及结论]监测数据表明,环向变形主要集中在管片安装之后的一周内和相邻隧道掘进的50 m范围内,当地层差且埋深小时,后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度为50%;当地层好且埋深大时,而后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度约为65%~83%。
不同埋深时管片应变受土层及邻线隧道施工的影响较大,其中埋深小且土层差的管片变形变化大,埋深较大的管片约束性较好,变形变化不明显。
相对收敛位移与盾构掘进参数存在明显的联系,盾构的总推力与管片的相对收敛位移存在负相关的关系,盾构的掘进速度与管片的相对收敛位移存在正相关的关系。
采用FBG监测技术得到的实时监测数据,能作为盾构机掘进参数调整的依据。
【总页数】6页(P148-152)【作者】代兴云;穆保岗;陶津【作者单位】中国联合工程有限公司;东南大学土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】U456.31;TN25【相关文献】1.基于长标距分布式布拉格光纤光栅(FBG)传感的地铁基坑施工监测2.基于光纤光栅技术的地铁隧道沉降监测3.基于分布式光纤感测技术的苏州盾构隧道管片变形监测分析4.基于光纤光栅传感技术的电力隧道变形监测数据处理与精度分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法研究
基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法研究铁路铁轨的温度是影响铁路安全和稳定运行的重要因素之一。
在高温季节，铁轨的温度往往会升高，产生热膨胀，导致铁轨的变形和扭曲，进而影响列车的安全运行。
因此，确保铁轨的温度处于安全、稳定的范围内，对于铁路运输的顺利进行至关重要。
传统的铁轨温度测量方法往往存在测点不均匀、测量精度低等问题，因此需要寻找一种可靠、精确的测温方法。
近年来，基于光纤布拉格光栅（FBG）技术的温度测量方法逐渐得到了广泛应用。
光纤布拉格光栅是一种将光纤经过特殊处理后形成的具有周期性反射光栅结构的光纤传感器。
通过测量FBG传感器反射光的波长变化，可以间接获得被测物体的温度信息。
与传统的电测温方法相比，基于光纤布拉格光栅技术的温度测量方法具有快速响应、高精度、抗电磁干扰等优点。
本文将重点研究基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法。
首先，通过对传统铁轨温度测量方法的分析，指出其存在的问题。
随后，介绍光纤布拉格光栅技术的基本原理及其在温度测量中的应用。
光纤布拉格光栅传感器采用光栅反射光波长的变化来实现温度的测量，其结构简单、容易实现传感器的分布式布置。
接下来，本文将详细阐述基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法的实施步骤。
首先，在铁轨表面布置光纤布拉格光栅传感器，采集铁轨温度数据。
然后，通过光纤布拉格光栅传感器反射光的波长变化，转换为温度值，实现对铁轨温度的准确测量。
为了提高测量精度，可以采取多点布置光纤布拉格光栅传感器，综合多个温度数据来获得更准确的结果。
同时，还可以结合数据处理算法，对原始数据进行滤波和校准，提高温度测量的精度和稳定性。
最后，本文将对基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法进行评价。
通过对不同情况下的实验数据进行对比分析，验证该测温方法的准确性和可靠性。
实验结果表明，基于光纤布拉格光栅技术的铁路铁轨温度测量方法可以实现对铁轨温度的精确测量，并具有较高的稳定性和可靠性。
光纤光栅感测系统在高速轨道上的实验研究
图 １ 轮 轨 动 力 学模 型
Ｆｉ Ｔｈ ｙ ａ ｃ ｄｅ ｆｗｈ ｅ／ｒ ｉ ｇ１ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｍｏ ｌｏ ｅ ｌ ａ ｌ
结合光纤 Ｂａｇ光栅 （ Ｂ 传 感技术 ， 建一种 用于轮 轨 ｒ ｇ Ｆ Ｇ） 构
安全检测的 Ｆ Ｇ传感检测系统。 Ｂ １ 轮轨动力学模型 运动的列车与轨道组成一个共 同的力学系统 ， 它们 紧 密地联系在一起 ， 并相互作 用 ， 图 １ 如 所示 ， 车辆 作用于钢 轨的垂直力为 Ｐ， 向力 为 Ｑ 横 。轨道检查 车在运行 中连续 测量 Ｐ和 Ｑ。根据 Ｐ和 Ｑ测量计算出“ 脱轨 系数 ” 减载 和“
Ｋｅ ｏｄ ：ｔ ｃ ｅ ｒ ａｏ ；ｂｒ ｒｇ ａ ｎ （ Ｂ ； ｏｉ ｒ ｖｈ ｌ ｄｎｍｃ ｙｗ ｒｓ ｒ ｋｄｆ ｔｎ ｆ ｅ ａｇｇ ｔ ｇ Ｆ Ｇ） ｍ ｎ ｏ； ｅｉ ｅ ｙａ ｉ ａ ｏ ｉ ｉ Ｂ ｍ ｒ ｉ ｔ ｃ ｓ
０ 引 言
率” ２个重要参 数。当检测的“ 脱轨 系数 ” 减 载率” 大 和“ 值
式。
关键词 ：轨道变形 ； 光纤 Ｂａｇ ｒ 光栅 ； ｇ 监测 ；车辆动力学 中图分类号 ：Ｔ ４ ，Ｐ２ ２ Ｎ２ ７ Ｔ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －７ ７ ２ １ ）３０ ３－３ ０ ０９８ （０ ０ ０－０ ２０
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ＦＢＧ ｅ ｓ ｒ ｓｉ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ １ ｓ ｎ ｏ ．ｅ ｔｎｇ ｎＯ ５ － ｔ
是对影响铁路运输能力和行车安全 的钢轨和运行车辆的实 时在线监测具有重要的意义 。对高速铁路轨道检测的主要 内容包括 ： 轨道平顺 度检测 、 轮轨作用力检测 、 噪声检测 及 钢轨探伤等。本文主要 以对 轮轨 作用力检测为研 究对象 ，
基于光纤光栅技术的地铁隧道沉降监测
Ｓ ａｇ ａ Ｌ ｎ ｈ ｎｈ ｉ ａ ｄ＆Ｒ ｓ ｕｃｓ上 海 国土 资 源 鼗 ｅｏ ｒｅ （）消除温度变化影响 ２
为了消除地铁隧道 内温度变化对变形 的影响 ，在光
根据上海地铁隧道 的实 际，将每根光纤光栅沉降管
长设 计为４ ｍ，这样便 于运输和在 隧道 内安装布设 。每
然而应变和温度等参数不能直观反映地铁隧道 的变
形状况 ，需要将其转化为位移变量 。本文据此探讨 光纤 光栅技术应用于地铁隧道沉降监测的可行性 ，提出该技
术在地铁隧道安全监测 中的应用前景 以及今后需要开展
的研究方 向。
线性相关 ，即根据波长的漂移量便得到应变的变化量。 １２ 应变与位移的转换 ．
管的变 形。
地铁隧道沉 降主要受邻近建筑施工活动、隧道上方 加卸载、周边地层的水位尤其是承压水位变化等因素影 响。本文利用Ｆ Ｇ Ｂ 沉降管对 匕 海某地铁隧道２ 区段进 行沉降监测 ，并采用高精度水准测量与之进行同步对 比监 测 ，实际检验了光纤光栅技术的应用实效与推广潜力。
１ 光纤光栅技术原理
庄一 兵 ，詹 龙喜 ，许 准 ，丁 勇
（． １ 上海 市地质调查研 究院，上海 ２ ０ ７ ；２ 南京理工大学 ，南京 ２ ０ ９ ） ００（Ｂ Ｆ Ｇ）是工程安全监测的一项新技术 ，提出了该技术应用于地铁 隧道安全 监测 的工作思
路 。通过某地铁 隧道沉降监测实例 ，探讨 了光纤 光栅 在监测地铁隧道沉降中 的可行 性。研 究结果显示 ，相 比传统
将 测量的应变量 转换为 位移量是本 研究 的关键步 骤 ，解决的技术思路如下 ： （ ）构建光纤光栅沉降管 １ 将 光纤光栅 传感器埋设在 铝合金管 内，构 成光纤 光栅沉 降管 。沉 降管受 到拉压 弯作用 时 ，表面 会产生 相应 的应变 ，而 安装在沉 降管表面 的光纤光栅 可 以量 测 到这 个应变值 ，通过该 应变值计算 出光纤光 栅沉 降
基于光纤光栅技术的城市轨道交通基础结构沉降实时监测研究
基于光纤光栅技术的城市轨道交通基础结构沉降实时监测研究许敏娟;周宇
【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2017(020)003
【摘要】提出基于光纤光栅技术的轨道交通基础结构沉降监测方法,可实现大坡道、不同结构物的在线、分布式连续监测和数据无线传输.研发了轨道交通基础结构沉
降实时监测装置.该装置能对沉降数据自动采集和处理,且实时显示结果,并在沉降超限时报警;沉降监测精度可达0.1mm,超限误报率小于1％;具有良好的稳定性、监
测的连续性;通过沉降监测可进一步预测沉降发展趋势.该装置适合关键基础结构地
段的长期监测,满足运营中连续监测的需求,并为基础结构维护提供参考依据.
【总页数】5页(P63-67)
【作者】许敏娟;周宇
【作者单位】昆明地铁运营有限公司,650021,昆明;同济大学道路与交通工程教育
部重点实验室,201804,上海
【正文语种】中文
【中图分类】TU433;U231
【相关文献】
1.基于光纤光栅传感技术的CFRP板加固桥梁预应力损失监测研究 [J], 郭海波;王龙威
2.基于光纤光栅技术的轨道交通基础结构沉降实时监测系统应用分析 [J], 许敏娟;
顾修竹
3.基于光纤光栅传感技术的江阴大桥结构应变监测研究 [J], 樊叶华;陈雄飞;张宇峰;承宇
4.基于光纤光栅技术的围岩大应变连续监测研究 [J], 李秀文; 朱赵辉; 王万顺; 孙建会
5.基于准分布式光纤光栅传感器的路基沉降监测技术 [J], 郭章辉
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基于光纤光栅技术进行•尖轨密贝占监测可彳亍4生研究王洪涛程伟鹫S高俊启-姚红兴J贾强S江向阳"，郑之良5(1.安徽省综合交通研究院股份有限公司，安徽合肥230001；2.合安高铁股份有限公司，安徽合肥，230001；3.南京航空航天大学土木工程系，江苏南京210016；4.安徽庐铜铁路有限公司，安徽合肥230001；5.安徽省铁路投资有限责任公司，安徽合肥20001)摘要：道岔尖轨密贴间隙的变化关系到行车安全，需要定时检测和严格控制。
为解决目前道岔尖轨、心轨等密贴间隙测量困难的问题，此文引入光纤光栅技术，采用光纤光栅密贴计进行道岔尖轨密贴度的检测。
介绍了安装方法，并通过现场试验，分析其灵敏度和测量误差。
结果表明，现场测试的灵敏度与厂家提供的灵敏度相差8.5%,相差较小；最大测量误差为0.15mm,比标准要求的0.5mm小，符合测量要求。
表明使用光纤光栅密贴检测计进行密贴度测量是可行的。
关键词:道岔尖轨；光纤光栅技术；密贴计；测量中图分类号:U270.11文献标识码：A文章编号：1007-9890(2019)01-0008-04Feasibility Study of Switch Rail Closely Connect MonitoringBased on Fiber Bragg Grating TechnologyAbstract:The change of closely connect clearance of switch rail is related to traffic safety,which requires regular detection and strict control.In order to solve the problem of the closely connect clearance measurement of switch rail and frog,the closely connect gauge based on fiber bragg grating technology is used to detect the switch rail closely connect.The installation method is introduced,and its sensitivity and measure・ment error are analyzed through field test.The results show that the sensitivity of field test is8.5%different from that provided by manufacturer,and the maximum measurement error is0.15mm,which is smaller than0.5mm required by standard.It shows that it is feasible to use closely connect gauge to measure the closely connect clearance.Key Words：Switch rail；Fiber bragg grating technology；Closely connect gauge,Measuremento引言随着铁路和城市轨道交通建设的发展，对运输的安全要求越来越高。
受环境温度变化的影响和列车通过道岔时的冲击作用，道岔尖轨静态位置和动态时的位移量,特别是“密贴”间隙的变化关系到行车安全，需要定时检测和严格控制。
根据目前对这方面的研究状况，道岔尖轨、心轨等密贴间隙测量困难，精度较差，为解决这一问题,本文在检测密贴间隙试验中引入光纤光栅技术，采用光纤光栅密贴计进行密贴度数据测量。
李维来等人⑵采用光纤光栅传感技术对钢轨进行了检测，得出的监测结果与手测值以及理论计算值相吻合,证明了光纤光栅技术在轨道领域应用的可行性。
徐玉胜⑶通过光纤传感技术对广深港客运专线莲花湖桥隧试验段进行了监测，得出的光栅传感器监测精度高，可对钢轨进行实时动态监测,能够及时监测到这些参数的微小变化。
张政⑷采用光纤光栅传感技术对轨道结构服役状态进行了实时在线监测，总结了已实施的光纤光栅传感监测项目经验,对实施过程中存在的问题给出了相应改进措施。
以上几位学者所研究的都是光纤光栅技术在轨道领域的应用实例，证明了光纤光栅技术在轨道领域应用的优越性,但并没有将光纤技术应用到密贴监测。
光纤技术精度高、可靠性好，很适合密贴间隙的测量。
周承志⑸通过分析影响道岔尖轨密贴变化的各种成因,证明了密贴智能监测系统没有中间连接,检测更直接,监测功能更强,更及时可靠。
本文根据现场测量环境要求，以理论为指导设计了尖轨密贴度检测试验方案。
最后对试验测值与手测值进行比较，验证了利用光纤密贴检测计进行尖轨密贴度检测的可行性。
1试验方案1.1测量原理由光纤光栅传感理论可知，当宽谱光束在光纤光栅中传输时，满足布拉格（Bragg）反射条件的光波将被反射。
可以通过光纤光栅的微观周期结构受温度、应变、位移和振动等物理量的影响会产生中心波长心变化，来制作针对不同物理量敏感的波长调制型光纤传感器。
中心反射波长的漂移随光纤光栅温度和应变的变化关系式为：AA fl=A g（A^7Ar+K e）（1）式中:心——温度灵敏度系数；K——应变灵敏度系数，取决于光纤本身特性的常数；NT——温度变化；£——应变。
当忽略温度变化对传感器的影响时，即、T=0,此时将应变e=AZ//代入式（1），得到：式中:I---初始波长。
由式（2）可知，通过测量出光纤光栅的中心反射波长的变化△局，即可以计算出位移A/的大小。
1.2光纤光栅密贴计安装为验证光纤光栅密贴计测量尖轨与基本轨密贴度的可行性及精度，本研究采用的光纤光栅密贴仪如图1所示。
该密贴检测仪测量范围为0~10mm、精度为±0.05mm。
该道岔密贴检测计是根据尖轨的实际尺寸定制而成，由基座、挡块和光纤光栅位移传感器3部分组成。
道岔密贴检测计的安装示意如图2。
安装时挡块安装于尖轨轨底处，基座由2个组件构成安装于基本轨轨底处，光纤光栅密贴计使用设计的夹具用螺丝固定在基座之上。
由于位移传感弹簧的作用,图1密贴检测仪图示挡块与密贴计的触头始终紧密接触，当尖轨左右摆动时会带动挡块的左右移动，触头会产生与尖轨同样大小的位移，这样密贴检测计就能感应出尖轨的位移数据,从而测出尖轨的密贴程度。
现场安装时所有的组件都要通过螺丝固定。
图2密贴检测计安装示意考虑到实际应用情况，同时为了提高测量精度，设计该密贴检测仪的最大量程是10mm。
为了能测量出尖轨的密贴程度，并确保当尖轨与基本轨密贴时位移传感器有7~10mm的位移，这可以通过调节基座上的夹具和密贴检测计的位置来实现（若间距过大密贴检测仪无法测得密贴数据；间距过小尖轨密贴时会造成光纤光栅位移传感器的破坏）。
所以，在安装密贴检测仪的过程中要控制好挡块与滚轮之间的间距。
1.3测试试验目前，业内尚未有测试道岔尖轨密贴的标准做法，传统上通过插塞尺的方法大致估算尖轨与基本轨之间的缝隙宽度。
因此对密贴检测仪的灵敏度进行测试时，选择塞尺的厚度作为尖轨与基本轨实际厚度的参考。
尖轨试验时，通过搬动手动转辙器控制道岔的密贴度，在尖轨与基本轨的缝隙内插入塞尺,记录此时密贴检测计对应的中心波长，同时使用游标卡尺测量塞尺的实际厚度（精确度为0.1mm,分辨度为0.01mm)。
通过调节道岔的密贴度，获得多组塞尺实际厚度与密贴检测计中心波长的数据，通过数据处理求出密贴检测计的实际灵敏度。
判断该传感器测量道岔密贴的可行性,具体的试验过程如下：(1)按照上述安装方法将光纤光栅密贴检测计安装在道岔上，并确保密贴检测计安装的稳固性，防止其发生滑移。
(2)将密贴检测计与光纤光栅解调仪连接，调整仪器参数，使得采集系统正常工作。
密贴检测计中心波长采集使用光纤光栅解调仪SM-130。
(3)手动扳动转辙器使尖轨与基本轨完全密贴，向尖轨与基本轨的缝隙内插如塞尺，使得塞尺的厚度尽可能的与缝隙宽度相同(选用不同厚度的塞尺组合，以此确保塞尺的厚度与缝宽基本相等)，与此同时采集密贴检测计的中心波长。
(4)中心波长数据采集完成后拔出塞尺，使用游标卡尺测量出插入缝隙内塞尺的实际厚度。
(5)扳动转辙器减小尖轨密贴度，使得尖轨与基本轨之间的缝隙稍微增大。
采用上面相同的方法插入塞尺,采集此时密贴检测计的中心波长值,并测岀塞尺的实际厚度。
(6)重复上述方法和步骤，采集多组不同密贴度的情况下.塞尺实际厚度与密贴检测计中心波长值的数据。
2数据分析2.1道岔密贴仪灵敏度计算在实际测量密贴度之前，为了验证密贴仪测试尖轨密贴度的可行性，对密贴仪进行一次现场标定测试，检验标定结果与密贴仪生产厂家的标定是否一致。
标定方法是利用塞尺测出5个不同的密贴度，以及用光纤光栅解调仪分别读出相对应的中心波长。
将5组数据进行线性拟合，其中x轴表示缝隙的宽度』轴表示密贴检测仪的中心波长值，其拟合的结果如图3所示。
从图3可以看出，现场测试的裂缝宽度与密贴仪中心波长值的线性关系为：y=-0.0968’+ 1532.1339,直线斜率为-0.0968,其对应的现场实测灵敏度为5=1/K=1/-0.0968=-10.33,厂家提供的灵敏度为Ks=-9.52,现场测试的灵敏度与厂家提供的灵敏度相差8.5%.造成误差的原因昌坐垢Q-B-缝隙宽度/mm图3试验现场环境下的标定拟合曲线有2个方面。
(1)由于现场的测试环境相对复杂，影响测试结果的因素较多，比如使用游标卡尺测量塞尺的厚度，会不可避免的产生人为误差。
另外，使用塞尺插入缝隙时也不能确保塞尺的厚度与缝隙的宽度完全相同，所以二者灵敏度结果有些差异是可以接受的。
(2)测试时现场温度与厂家室内标定时的温度存在差异。
由上面的测试结果可知，影响不大。
2.2道岔密贴仪测试误差分析为研究道岔密贴仪测量的准确性，将根据测试结果分析道岔密贴仪的测量误差。
表1中列岀了4组试验数据。
表I试验数据试验次数塞尺测量缝宽/mm密贴检测计中心波长/nm10.151532.12392 1.151532.03813 2.11531.92034 4.751531.6919在本次试验中，由于密贴度初始值不是0,所以用塞尺厚度变化量作为密贴度来验证密贴仪的检测粘度。
将道岔密贴仪的中心波长值转换成密贴度1),转换公式如式(3)所示。
D=Ks x(Ps-Po)(3)式中：Ks—密贴计位移/波长系数值，为常数-10.33；Po——密贴计光纤光栅初始波长值；Ps——密贴计光纤光栅测量时波长值。