《光纤在轨道车辆上的应用》
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摘 要：随着城市化水平的不断提高,城市轨道交通工程也在不断的发展,将光纤技术应用在轨道车辆上可以对轨道车辆的多个方面进行监控,以此保证轨道交通稳定运行.光纤技术种类很多,不同光纤技术在城市轨道交通中的应用个性各不相同,本文从分布式光纤测温系统、冗余光纤环网、光纤光栅传感技术这三个光纤技术入手,對三种技术在城市轨道交通中的应用进行分析,以期为城市轨道交通建设提供参考.
关键词：分布式光纤测温系统；冗余光纤环网；光纤光栅传感技术
将光纤技术和轨道交通车辆的检测进行综合应用,可以帮助轨道车辆的性能得到根本上的提升.近年来,国内外对轨道交通车辆的安全技术的研究逐渐深入,其中车辆故障前的预防报警,车辆运行的实时监测技术的较多.而光纤技术因为其本身的优势在众多领域中都得到了广泛的应用,光纤技术在国外的应用已经较为成熟,但是对于国内而言,光纤技术在轨道车辆上的应用研究还需要得到更进一步的完善.
一、分布式光纤测温系统在城市轨道交通中的应用
分布式光纤测温系统在城市轨道交通中的应用,主要原理是借助了光的散射原理和光时域放射原理,这种分布式光纤测温系统的测量精度较高,可以屏蔽强电磁场的干扰,而且随着温升算法的优化、智能解调技术和信号优化技术的发展,分布式光纤测温系统的应用范围会得到更进一步的扩大,满足城市轨道交通车辆的运行需求,及时对存在的火灾隐患进行报警.现阶段,常见的分布式光纤测温技术原理主要是基于拉曼散射,经过调制后,散射光进入到波分复用器中,就会得到斯托克斯光、反斯托克斯光,其中斯托克斯光对温度的相对灵敏度为0.104%、反斯托克斯光对温度的相对灵敏度为1.065%.[1]光强度之比为4：3.根据斯托克斯光和反斯托克斯光的特性,就会得到光强比和温度定量关系,在此基础上,结合测温系统的内部基准温度,以及相应的校正算法,就可以得到实际温度信息.随着分布式光纤测温传感技术快速发展,使用这种测量系统的应用范围逐渐扩大,尤其是在城市轨道交通的应用,即使面对较为复杂的内部系统,以及较大的交通客流量,也能够较为准确的展开监控,有效消除火灾隐患,满足城市轨道交通的运行需求.
二、冗余光纤环网在城市轨道交通电力监控系统中的应用
冗余光纤环网在城市轨道交通电力监控系统中的应用,主要是利用城市轨道交通电力监控系统的特点,对轨道车辆沿线经过的变电所供电设备进行监控,以此保证轨道交通电力系统的稳定运行,保证轨道交通车辆的正常运行.在城市轨道交通电力监控系统主要包括三个部分,分别为：站控层、间隔层以及网络层.其中站控层还可以划分为通信控制器、计算机、人机界面,网络层中包括了交换机、光纤收发器、光缆等线路,以此为电力监控系统提供通信通道.因此可知,目前的轨道车辆交通电力监控系统采用分层结构,但是随着国家网络设备、网络技术的发展那,轨道车辆交通电力监控系统中的网络结构也发生了较大的变化.从单总线星形结构、以太网星形结构,发展到冗余光纤环网这中网络结构,轨道车辆交通电力监控系统逐渐完善,其中冗余光纤环网作为新时期的轨道车辆交通电力监控系统中的网络结构,在解决网络层中的冗余问题上具有着关键性作用,随着冗余光纤环网的发展,出现了冗余光纤环网光电交换机,因此,冗余光纤环网被用在了电力监控系统中.想要让冗余光纤环网在电力监控系统中充分发挥其本身的作用就要对冗余光纤环网的结构和通信进行深入研究.以某地区的轨道车辆交通电力监控系统为例,该地区的轨道交通人员想要采用冗余光纤环网,首先设置了合适的环网节点,进而根据具体的轨道交通变电所忒单,分别安装了35kV和400V的开关柜、直流1500V的开关柜以及再生制动装置,其中C市内的轨道交通三号线和五号线,都采取了冗余光纤环网对电力系统进行监控,有效提高了监控系统网络的冗余互用率.
三、光纤光栅传感技术在轨道交通车辆的应用
首先简单了解了光纤光栅传感技术的应用原理和其在轨道交通车辆的应用的技术优势.光纤光栅传感技术主要是应用FBG传感器实现对轨道交通车辆的监测,具体原理如下：随着光纤光栅周围温度、应变、位移、加速度等物理量的变化,光纤光栅的周期和纤芯折射率也会发生变化,继而就会产生布喇格光栅信号出现波长位移,而FBG传感器就是通过监测布喇格波长位移的变化,判断光纤光栅周围环境中物理量的变化情况.同时采用波分复用技术形成光纤光栅传感系统,实现大容量分布测量,同时这种光纤光栅传感系统也能够实现远程实时监控.以光纤光栅传感系统对轮轴健康状态检测为例,当轨道车辆经过传感器旁边的钢轨时,就会引起布喇格波长位移的变化,经过FBG传感器后形成应变曲线,继而就会得出对应的轮轴书,通过应变曲线的实际情况,判断轮轴的健康情况,可以有效及时的发现车轮缺陷问题.在光纤光栅传感系统中最为核心的传感器剑就是FBG传感器,其中美国MOI公司生产的FBG传感器,扫描频率可以达到2kHz,而测量精度达到了1με,光性能极其稳定.光纤光栅传感系统的测量精确度较高、扫描速度快、复杂程度较低、分辨率高、覆盖范围较大.
四、总结
综上所述,本文基于不同的光纤技术原理,利用光纤技术的特点,从多个方面叙述了光纤技术在轨道车辆上的运用情况,现阶段,光纤技术在城市轨道车辆的应用还没有的到全面的推广,远不及基础设施检测项目的数量.但是,纵观城市轨道车辆的发展情况来看,想要保证城市轨道车辆交通的安全稳定性,引用光纤技术是十分必要的,而且,光纤技术在城市轨道车辆交通的应用具有着较大的市场需求前景.
参考文献：
[1]许敏娟,顾修竹.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].城市轨道交通研究,2016,19（11）：68-72.
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光纤引用文献:
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