光纤光栅的列车计轴的信号处理技术

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究的意义与必要性铁路信号自动控制系统是铁路运输安全生产的重要技术设备之一，对保障行车安全、提高运输效率和运营管理水平具有关键性作用。现阶段我国车站站内区间的轨道电路系统是重要的铁路信号设备之一，其工作状况直接影响到铁路行车安全及行车效率。轨道电路有其特定的优点，如结构简单、成本低廉等。但是也有一些自身无法克服的缺点，如在不经常行车的区段，会出现钢轨生锈现象；码头地带由于潮湿和盐雾，钢轨也易生锈；沙漠地带，风沙大，沙尘浮于钢轨表面；还有轨道区段跳线锈断和轨道绝缘破损等，以上情况会造成轨道电路分路不良，由于站内轨道电路是信号

2、联锁的重要组成部分，成为安全生产的突出薄弱环节，由于轨道电路分路不良造成的事故给全路带来过重大损失和惨痛的教训11J。另外，与此相反，在铁路隧道内由于潮湿等原因，道床电阻极低，导致现有的轨道电路经常短路，输出占用信号，出现“红光带"，也会严重影响行车效率12J。在我国，有许多轨道电路不能正常工作，存在相当数量的“压不死"轨道电路区段及许多长期红光带轨道电路区段。据2006年全路电务工作会议分析资料统计，全路约存在27000处“压不死"轨道区段，己严重威胁铁路行车安全和运输效率。因此，铁道部运输局要求：要把解决“压不死"区段作为保障行车安全的首项整治内容，并明确提

3、出采用计轴技术作为解决该问题的主要方案和手段之一，并积极加以推广应用。计轴技术是以传感器和计算机为核心，辅以外部设备，利用统计列车轴数检测相应轨道区段是否有列车占用或列车己出清的技术。计轴设备是实时检查区间线路、站内股道、道岔、平面交叉及道口区段处于“占用”或“空闲”状态的安全设备。计轴设备的基本作用与轨道电路等效，因此适用于一切应用轨道电路的场合。计轴系统不受道床条件影响，可以解决出现红光带的问题。由于不用钢轨做电路通道，所以特别适用于长大区间、潮湿地段、钢枕地段、强风沙地段、武汉理工大学硕士学位论文山区、矿区、桥隧、各种专用线等区段。目前，国内外已存在计轴技

4、术，但存在以下问题：1、由于采用电磁感应原理，计轴传感器容易受电磁干扰；2、成本较高，特别在大型站场和“压不死”区段较多车站使用时，设备投资高得无法令人接受；3、计轴电磁传感器的可靠性差，特别是国产化的电磁传感器。所以，采用新技术，设计新方案，研究开发传感特性好、采样频率高、低成本和不受环境影响的光纤光栅计轴系统对保障行车安全及提高车站作业效率是十分必要的。1．2国内外研究现状发达国家的计轴技术起步比较早，并己开发出技术成熟的产品推广使用，如阿尔卡特公司的ZP30CA计轴器、德国西门子公司的AZS350T计轴器及德国SEL公司研制的SIG．L90系统。我国铁路从

5、20世纪80年代开始计轴技术的研究与应用，国内许多研究机构在学习发达国家的计轴技术基础上，借鉴多年来国外计轴设备开发应用的成功经验和存在问题，自主研发了多种计轴设备产品。上海铁路局于1985年从联邦德国引进AzL70／SK30型计轴器，于1986年应用在沪杭线。其他的产品还有：哈尔滨铁科所研制开发了JWJ．C2型计轴器，成都铁路通信设备厂研制开发了Jz1．G型计轴器，等等。作为铁路技术装备而言，在技术性能相同、可靠性相同的情况下，价格和售后服务是铁路部门在大批量应用中考虑的重要因素。因此，研究开发传感特性好、采样频率高、低成本和不受环境影响的光纤光栅计轴系统具有

6、较为迫切的需求。1．3主要研究内容本论文以实际应用需求出发，分析站内计轴系统的特点及要求，结合光纤光栅的传感特性和计算机技术，设计了分别基于FBG和FCG的列车计轴系统。本人的研究工作如下：2武汉理工大学硕士学位论文1、将光纤光栅传感器用于列车计轴系统。光纤光栅传感器独特的优点克服了传统的电磁计轴传感器存在的很多缺陷；2、对系统整体的方案设计进行了详细的描述。包括系统的整体设计，计轴器的结构设计、工作原理；2、研究出合适的计轴算法。由于铁路情况复杂，在分析大量实验数据之后，找到了合适的算法来寻找波峰，达到准确计轴的目的；3、软件所实现的功能及实现方都作了较为详细

7、的探讨。论文的安排如下：第1章：绪论。首先论述了列车计轴系统的发展与现状，从而给出本课题研究的必要性。提出了研究光纤光栅计轴解决方案的必要性以及研究内容和安排；第2章：轨道电路及传统的计轴系统。首先对传统的计轴设备进行了简要介绍。然后着重写了传统的电磁计轴设备的原理、结构和存在的问题；第3章：基于光纤光栅的列车计轴系统。首先介绍了光栅光纤的传感特性及解调原理，然后讨论了光纤光栅计轴系统的设计，包括计轴原理，结构设计以及系统技术需求；第4章：光纤光栅列车计轴系统的信号处理。首先阐述了对轮轴应变数据的采集与存储技术；接着说明了对数据所用的平滑方法及寻轮轴峰的算法，而

8、且针对几种比较常见的异常