基于光纤光栅的钢轨应变测量关键技术研究

钢轨应变的监测在铁路线路的运营维护中具有重要意义。光纤光栅传感器相比传统传感器在稳定性、抗电磁干扰与准分布式测量等方面能够更好满足钢轨应变测量的需要。本文指出了光纤光栅传感器对载荷和温度应力的测量原理,建立光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度应力产生的钢轨应变的数学模型。使用光纤光栅传感器进行温度应力和动态载荷下的钢轨应变监测实验,并通过匹配光栅方法消除温度变化的干扰。实验结果表明光纤光栅应变传感器适用于钢轨应变的监测需要,具有良好的工作性能。     

基于匹配光栅解调的FBG轨道传感器研究

通过光纤布拉格光栅(FBG)的传感原理研究基于匹配光栅解调的轨道传感器问题。依据匹配光栅检测应变的原理和列车载荷作用下钢轨应变分析,设计出一种检测钢轨局部轴向应变的光纤光栅轨道传感器方案;使用列车载荷模拟平台,对研制的轨道传感器功能进行了验证。不同环境温度、不同加载频率下采集到的实验数据表明:匹配光栅的解调方法能有效地解决温度应变交叉敏感带来的问题,满足对列车计轴的要求;并在构建交通动态测重系统(WIM)方面有好的发展前景。     

极寒地区无砟轨道温度与变形监测光纤光栅传感器安装方法研究

为提出极寒地区传感器安装的合理方案,建立线-板-桥(路基)计算模型,得出高温差时轨道结构的各种变形。通过工程实践经验,总结采用光纤光栅传感器监测高速铁路无砟轨道结构温度与变形的原理与方法,并探索各类温度、应变、位移传感器的现场安装方法,最后针对极寒地区光纤光栅传感器安装冬季施工提出实用建议。     

光纤光栅应变特性及其在槽形梁试验量测中的应用

设计了一种等强度悬臂梁结构,将光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁表面,研究光纤光栅波长与应变变化的关系,通过给等强度悬臂梁加载砝码,将光纤光栅传感器与电阻式应变片所测应变进行对比,结果表明光纤光栅具有良好的线性应变—波长特性。通过在光纤光栅上直接施加砝码研究了光纤光栅的应变量程及预拉力,在此基础上,研制了测试范围±2 000×10-6、分辨率1×10-6的钢筋式光纤光栅应变传感器,并在槽形梁受力性能试验中应用,与电阻式应变片的对比结果表明,光纤光栅传感器可以正确反映槽形梁在荷载作用下的受力状态。     

基于长标距光纤光栅传感器的连续梁桥监测技术

对光纤光栅传感器的原理进行理论分析,提出长标距光纤光栅传感器的概念,提出长标距光纤光栅传感器的制作工艺,分析长标距光纤光栅传感器的应用特点,将长标距光纤光栅传感器应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工过程与长期监测,优化提出布设方案及布设施工工艺,对桥梁关键截面的应力监测数据与理论数据进行对比分析,结果表明长标距光纤光栅传感器具有实测数据稳定、可靠、精确和准分布等优点,能实现对桥梁应力、温度等多项内容的实时监测,是一种有效的结构监测传感器。     

凹槽内嵌式封装光纤光栅应变传感器的温度特性

内嵌预压式封装解决了光纤光栅传感器存活率低、监测量程不足等问题,实现了光纤光栅传感器对钢绞线应变的实时健康监测。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器主要受轴向应变和温度特性影响,为保证其内嵌封装后对钢绞线应变监测的可靠性,以温度为变化参数对其进行水浴恒温试验,对比分析在5～100℃过程中FBG传感器内嵌式封装前后中心波长变化。试验结果表明:FBG的中心波长随温度升高呈线性增长,与初始波长无关;在钢绞线中心丝凹槽封装裸FBG后,温度灵敏度增大了1倍;当钢绞线使用环境温差达到30℃,温度的交叉影响可使FBG传感器的应变测量误差达到7.6%以上,且钢绞线应变越小误差越大;应在钢绞线中心丝不受力部位串联封装1个FBG传感器,以实现温度补偿减少误差。试验结束后,FBG传感器封装完好,所测试验数据仍具有良好的线性度和重复率,对温度有较好的适应性,为自感知钢绞线的工程应用提供了可靠依据。     

地铁车站结构健康监测研究

首次建立地铁车站结构健康监测系统。运用光纤光栅传感器和振弦传感器,对施工期间的北京地铁10号线国贸站的车站结构进行了一系列监测。光纤光栅传感器和振弦传感器的监测数据吻合良好,捕捉到车站结构上部路面塌陷时结构内部的应变变化,并且监测到地铁车站二衬结构的受力状态。基于水化热理论和混凝土早龄期徐变理论,通过有限元方法,计算了车站结构底板的温度和中层板混凝土早龄期徐变,计算结果和监测数据吻合较好,考虑混凝土早龄期徐变的结果与监测数据更加接近。此外,基于GIS技术,开发了地铁车站结构监测信息管理系统。     

光纤应变传感器无缝线路钢轨温度应力测试仪的研制

简要论述钢轨温度应力的传统测试方法,介绍布拉格光纤光栅的光学特性以及光纤光栅应变传感器无缝线路钢轨温度应力测试仪的工作原理、试验过程及可行性。     

基于光纤光栅传感技术的深井井壁结构监测

研究目的:井筒的安全是煤矿安全运营和高效生产的前提。实时掌握井壁结构受力状态,防止井壁突然性破坏造成重大损失,井筒的长期安全监测就显得尤为重要。在大涌水和复杂电磁环境条件下,光纤光栅传感器可靠性和稳定性好,通过采用光纤光栅传感技术对千米深立井井壁结构的长期监测,可以掌握深大涌水井筒的受力变化规律,为评价井筒的安全状况提供依据。研究结论:采用光纤光栅传感器对千米深立井井壁结构进行了一个完整周期的监测,得到了井筒表土段和基岩段井壁温度和应变变化规律。6月至10月间由温度引起的温度应变达到最大值,井筒更容易在夏季发生破裂灾害;光纤光栅传感技术在大淋水条件下深立井井壁结构监测中的应用,为井壁变形监测提供了一种新的、稳定可靠的技术方案,对复杂地层条件下井壁长期监测技术革新产生重要的推动作用,对于其他复杂地层中岩土工程监测具有重要的指导意义。     

基于FBG的悬挂式单轨列车位置检测方法研究

提出了一种采用光纤光栅传感技术实现悬挂式单轨列车位置检测的方法和系统。在室外轨道区段分界处设置一套光纤光栅传感器,并将其安装在列车车轮走行的轨道梁底板上;室内调制解调仪内置信号发送器,通过光缆将光信号发送给光纤光栅传感器。列车车轮作用在轨道梁底板所产生的应变导致光纤布拉格光栅出现波长漂移,调制解调仪通过光纤布拉格光栅波长的变化,计算出轨道梁产生应变的大小,并将解调数据(应变信号)发送给信号处理主机。信号处理主机根据解调数据的突变点,识别悬挂式单轨列车的运行位置。该系统除了可以识别列车所在轨道区段的占用状态以外,还可通过对列车轮对数的统计,实现列车完整性检测。     

隧道综合超前地质预报方法及应用

在以往的隧道超前地质预报工作中,一般是采用单一的超前地质预报方法,预报隧道工作面前方的地质信息。通过实践知道,仅仅依靠单一预报方法提供的信息是有局限性的。很多隧道中地质结构复杂,地质灾害频发,单一方法不能提供全面的预报信息,可能造成地质危害的漏报和误报。为了解决单一方法不全面的问题,根据预报对象的地质特点,采用两种或两种以上有效的预报手段进行预报,结论相互印证,提供更为全面的地质预报信息,这就是综合超前地质预报。实例使用了几种超前地质预报方法进行探测,通过预报结论和实际开挖对比分析,通过预报结论和地质信息之间的对比,得到最佳预报结论。     

无砟轨道误差合成分析与应对措施

根据误差理论和现场数据统计分析,可认为轨道几何参数误差呈正态分布,将无砟轨道各施工阶段的误差源组成进行了简单剖析,定量或定性地分析了制造产生的误差、测量仪器系统误差、施工操作误差、混凝土浇筑产生的影响误差,提出选择合理施工方案、重视扣件系统管理和保证轨道测量可靠等是使合成误差尽可能降低的控制措施。     

梯形轨枕的减振特征及论证

轨道系统的减振理念,一般以改变质量-弹簧系统来实现,而梯形轨枕轨道,不但利用这一理念特征,还利用提高轨道刚度而减振的理念特征。通过车辆-轨道-构造物系统化减振的论证,分析新减振理念的特征和必要性,并通过对模拟计算和实际测试结果的分析,验证梯形减振轨枕开发理念的正确,说明其减少维修量降低综合运营成本,有利减振降噪的极高使用价值。     

Indoor GPS技术及其在工业领域中的应用

Indoor GPS技术是在GPS技术原理启发下开发的用于室内精密定位的测量系统.详细介绍了Indoor GPS技术的测量原理和系统组成,从基础设施、测量阵列、简单测量、复杂测量、局域改正以及实时协作等方面对Indoor GPS及GPS进行了分析和比较.最后介绍了其在航空航天、汽车船舶以及工业测量等领域的具体应用情况.     

宜万铁路隧道工程特点及设计对策

宜万铁路东起湖北省宜昌市,西至重庆市万州区,全线共分布有159座隧道,总长338.7 km,左线隧线比高达60%,全线不良地质众多,岩溶、岩溶水、软岩大变形、高地应力、煤层瓦斯等普遍分布,特别是70%隧道穿越岩溶发育地区,岩溶发育规模、多样性、突水突泥的风险程度及工程处理难度为国内外罕见,为此开展复杂隧道风险分级、超前地质预测预报、排水减压、注浆、特殊结构设计、可维护防排水系统、防灾报警系统及安全性监测等研究工作,有效控制了复杂隧道的高风险,实现了复杂艰险山区隧道修建技术的突破。     

石家庄编组站站型选择与研究

编组站的配置和站型选择,是路网规划中的一个重大问题,而且直接关系到能否实现全路列车编组计划的最优方案,合理组织地方车流等运营问题。结合京石客运专线引入石家庄枢纽工程,对新建编组站站型选择进行研究,分析其在路网中的地位和作用、作业量及其作业性质和工程条件、折角车流的大小等影响因素。首次提出采用双转场线的措施,以提高单向二级四场编组站尾部编组能力,满足了运输需求,最终确定采用单向二级四场站型,节省了大量的工程投资。     

铁路隧道深孔放射性测井分析及评价

以南广铁路深孔放射性测井结果为依据,系统介绍了放射性的评判单位及其换算关系,对比了不同行业部门对于放射性限制范围的标准,推导得出了按铁路规范要求对放射性测井结果进行放射性评价的计算方法。     

GPS VRS技术及在铁路勘测中的应用

主要介绍了GPSVRS的基本组成和功能,以及GPSVRS测得的ITRF框架坐标与铁路工程坐标的转换。通过实验测试了VRS的性能和精度,结论表明VRS系统能从根本上提高铁路勘测的效率和测量的质量。     

欧式电缆头的常用安装方式及比较

预制式电缆附件作为配电设备与电缆、电缆与电缆之间的连接设备,在电力设备中大量使用。电缆附件的安装质量直接决定电缆产品的整体运行质量,主要探讨欧式电缆头的常用安装方式及优缺点比较。     

斜轴墨卡托投影模型及其应用分析

高速铁路测量采用高斯投影独立坐标系,其每个投影带可控制范围太小,当线路东西跨度较大时,建立工程独立坐标系所要进行的坐标转换繁琐且长度变形难以控制,因此引入斜轴墨卡托投影。目前对于斜轴墨卡托投影的研究一般是通过建立极坐标系来计算投影圆球的经纬度,介绍另外一种斜轴墨卡托投影模型,其数学公式严谨,并能较好地控制高差投影差的影响。