列车光纤光栅监测系统应用研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文列车光纤光栅监测系统应用研究作者姓名武启福学科专业信息网络与安全指导教师孙强教授培养院系电子信息工程学院二零一五年三月硕士学位论文列车光纤光栅监测系统应用研究作者：武启福导师：孙强北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校

2、用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期：邛丨年月日签字日期：年；月；日学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文列车光纤光栅监测系统应用研究作者姓名：武启福学号：导师姓名：孙强职称：教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：有线通信：信息网络与安全研究方向北京交通大学年月致谢时光荏苒，岁月如歌。转眼间，我的硕士研究生生涯即将结束。回首在北交大的点点滴滴，和老师同学们的朝夕相处，真是有太多感慨！首先，我要真诚地感谢我的导师孙强教授。无论在学习上还是在生活中，孙老师都倍加关心，循循善诱。不管是在科研理

3、论，还是实际的项目工作中，孙老师一直都耐心教导并严格要求，展现着自己勤恳敬业的精神，同时老师的指点也让我多次茅塞顿幵，给了我许多有益的启发和建议，让我明白如何选择如何取舍。其次，在硕士学习和实验室工作期间，与甘露，何国彪，林中意，刘光超同学朝夕相处，彼此共同进步，他们对我的生活和工作提供了极大的帮助，在此向他们表达我的感激之情，因为有你们的陪伴，我的研究生生活变得更加丰富多彩。最后，我要感谢我的家人。在我有困难的时候是你们给我鼓励和支持，一直陪伴在我的左右。诚挚地感谢每一位帮助我关心我的人，祝福你们！北京交通大学硕士学位论文摘要摘要铁路运

4、输在国家经济发展中正扮演着越来越重要的角色，列车的实时监测系统对保证铁路运输安全有着重要的意义。然而，列车运行环境恶劣，存在强电磁干扰和强腐蚀性等特点，目前采用的电流传感器监测方法存在抗电磁干扰性差，易腐蚀，工作状态不稳定等特点，并且电子电流传感器远距离传输短，不易构成大规模传感网络，这些严重限制了电流传感器在列车实时监测中的应用。而光纤光栅传感器具有其他电流传感器无可比拟的长期稳定性和测量精度，同时可采用复用技术，实现多点分布式监测。因此将光纤光栅传感技术引入到列车的实时监测应用中，可以为解决电流传感器的缺陷提供有效的途径。本文针对高速

5、列车的特殊要求，结合高速列车运行环境与光纤光栅传感器特点，研究在列车上部署适用于列车的光纤光栅传感监测系统，发挥光纤光栅传感器适用于恶劣环境的优势，从而大幅提升列车安全运行的可靠性。本文的主要内容包括根据光纤光栅耦合模理论以及光谱特性的计算方法，利用仿真分析了光纤布拉格光栅的光谱特性。在此基础上，理论推导了光纤布拉格光栅的温度、应变及温度、应变交叉特性，结合光纤光栅的封装技术提出了适合列车运行环境的光纤布拉格温度传感器、应变传感器和加速度传感器的封装结构。对各个传感器结构和特性进行了分析。从理论上分析了光纤光栅传感网络复用技术（包括波分复

6、用，时分复用，空分复用和馄合复用）的结构特性、复用容量和功率利用率等特点。结合复用技术的特点及列车的实际要求建立了光幵关结构的列车传感网络布局，并依据解调仪的宽带光源带宽对各个传感器进行了波长分配。基于软件提供的协议模块和解调仪软件提供的指令集，本文设计了远程软件平台，实现了多用户或多主控室对列车状态的远程监控，依据现有条件搭建了列车光纤光栅监测系统，并利用远程软件平台进行了实际和模拟实验，验证了该监测系统的可行性。关键词：光纤布拉格光栅；波分复用；空分复用北京交通大学硕士学位论文，，北京交通大学硕士学位论文：北京交通大学硕士学位论文目录

7、目录录弓丨研究目的和意义国内外研究现状光纤光栅研究现状光纤光栅传感技术的应用现状列车结构状态监测应用现状本文主要研究内容传输理论及列车传感器结构光纤布拉格光栅親合模理论温度传感特性应变传感特性应变温度交叉传感特性光纤布拉格光栅封装技术光纤布拉格光栅保护性封装技术光纤布拉格光栅敏化封装技术列车传感器结构列车温度传感器结构列车应变传感器结构列车加速度传感器结构本章小结列车光纤光栅传感复用技术研究波分复用技术结构分析模型时分复用技术结构北京交通大学硕士学位论文目录分析模型空分复用技术分析模型混合复用技术列车监测系统架构列车光纤光栅传感器布局列车

8、监测系统软件架构本章小结基于的远程软件平台设计远程软件平台结构简介中的传输实现远程软件结构远程软件模块设计主要功能模块设计端口指令模块获取传感器模块数据流模块数据存储模块本章小结列车光纤光栅监