分布式光纖測溫系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

將光纖技術(shù)和軌道交通車輛的檢測進行綜合應(yīng)用, 可以幫助軌道車輛的性能得到根本上的提升。近年來, 國內(nèi)外對軌道交通車輛的安全技術(shù)的研究逐漸深入, 其中車輛故障前的預(yù)防報警, 車輛運行的實時監(jiān)測技術(shù)的較多。而光纖技術(shù)因為其本身的優(yōu)勢在眾多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用, 光纖技術(shù)在國外的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟, 但是國內(nèi)而言, 光纖技術(shù)在軌道車輛上的應(yīng)用研究還需要得到更進一步的完善。

一、分布式光纖測溫系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

分布式光纖測溫系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用, 主要原理是借助了光的散射原理和光時域放射原理, 這種分布式光纖測溫系統(tǒng)的測量精度較高, 可以屏蔽強電磁場的干擾, 而且隨著溫升算法的優(yōu)化、智能解調(diào)技術(shù)和信號優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展, 分布式光纖測溫系統(tǒng)的應(yīng)用范圍會得到更進一步的擴大, 滿足城市軌道交通車輛的運行需求, 及時對存在的火災(zāi)隱患進行報警?，F(xiàn)階段, 常見的分布式光纖測溫技術(shù)原理主要是基于拉曼散射, 經(jīng)過調(diào)制后, 散射光進入到波分復(fù)用器中, 就會得到斯托克斯光、反斯托克斯光, 其中斯托克斯光對溫度的相對靈敏度為0.104%、反斯托克斯光對溫度的相對靈敏度為1.065%。光強度之比為4:3。根據(jù)斯托克斯光和反斯托克斯光的特性, 就會得到光強比和溫度定量關(guān)系, 在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合測溫系統(tǒng)的內(nèi)部基準溫度, 以及相應(yīng)的校正算法, 就可以得到實際溫度信息。隨著分布式光纖測溫傳感技術(shù)快速發(fā)展, 使用這種測量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸擴大, 尤其是在城市軌道交通的應(yīng)用, 即使面對較為復(fù)雜的內(nèi)部系統(tǒng), 以及較大的交通客流量, 也能夠較為準確的展開監(jiān)控, 有效消除火災(zāi)隱患, 滿足城市軌道交通的運行需求。

二、冗余光纖環(huán)網(wǎng)在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

冗余光纖環(huán)網(wǎng)在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用, 主要是利用城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的特點, 對軌道車輛沿線經(jīng)過的變電所供電設(shè)備進行監(jiān)控, 以此保證軌道交通電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行, 保證軌道交通車輛的正常運行。在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括三個部分, 分別為:站控層、間隔層以及網(wǎng)絡(luò)層。其中站控層還可以劃分為通信控制器、計算機、人機界面, 網(wǎng)絡(luò)層中包括了交換機、光纖收發(fā)器、光纜等線路, 以此為電力監(jiān)控系統(tǒng)提供通信通道。因此可知, 目前的軌道車輛交通電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu), 但是隨著國家網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展那, 軌道車輛交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化。從單總線星形結(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)星形結(jié)構(gòu), 發(fā)展到冗余光纖環(huán)網(wǎng)這中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 軌道車輛交通電力監(jiān)控系統(tǒng)逐漸完善, 其中冗余光纖環(huán)網(wǎng)作為新時期的軌道車輛交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 在解決網(wǎng)絡(luò)層中的冗余問題上具有著關(guān)鍵性作用, 隨著冗余光纖環(huán)網(wǎng)的發(fā)展, 出現(xiàn)了冗余光纖環(huán)網(wǎng)光電交換機, 因此, 冗余光纖環(huán)網(wǎng)被用在了電力監(jiān)控系統(tǒng)中。想要讓冗余光纖環(huán)網(wǎng)在電力監(jiān)控系統(tǒng)中充分發(fā)揮其本身的作用就要對冗余光纖環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和通信進行深入研究。以某地區(qū)的軌道車輛交通電力監(jiān)控系統(tǒng)為例, 該地區(qū)的軌道交通人員想要采用冗余光纖環(huán)網(wǎng), 首先設(shè)置了合適的環(huán)網(wǎng)節(jié)點, 進而根據(jù)具體的軌道交通變電所忒單, 分別安裝了35kV和400V的開關(guān)柜、直流1500V的開關(guān)柜以及再生制動裝置, 其中C市內(nèi)的軌道交通三號線和五號線, 都采取了冗余光纖環(huán)網(wǎng)對電力系統(tǒng)進行監(jiān)控, 有效提高了監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的冗余互用率。

三、光纖光柵傳感技術(shù)在軌道交通車輛的應(yīng)用

首先簡單了解了光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用原理和其在軌道交通車輛的應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢。光纖光柵傳感技術(shù)主要是應(yīng)用FBG傳感器實現(xiàn)對軌道交通車輛的監(jiān)測, 具體原理如下:隨著光纖光柵周圍溫度、應(yīng)變、位移、加速度等物理量的變化, 光纖光柵的周期和纖芯折射率也會發(fā)生變化, 繼而就會產(chǎn)生布喇格光柵信號出現(xiàn)波長位移, 而FBG傳感器就是通過監(jiān)測布喇格波長位移的變化, 判斷光纖光柵周圍環(huán)境中物理量的變化情況。同時采用波分復(fù)用技術(shù)形成光纖光柵傳感系統(tǒng), 實現(xiàn)大容量分布測量, 同時這種光纖光柵傳感系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)遠程實時監(jiān)控。以光纖光柵傳感系統(tǒng)對輪軸健康狀態(tài)檢測為例, 當(dāng)軌道車輛經(jīng)過傳感器旁邊的鋼軌時, 就會引起布喇格波長位移的變化, 經(jīng)過FBG傳感器后形成應(yīng)變曲線, 繼而就會得出對應(yīng)的輪軸書, 通過應(yīng)變曲線的實際情況, 判斷輪軸的健康情況, 可以有效及時的發(fā)現(xiàn)車輪缺陷問題。在光纖光柵傳感系統(tǒng)中最為核心的傳感器劍就是FBG傳感器, 其中美國MOI公司生產(chǎn)的FBG傳感器, 掃描頻率可以達到2kHz, 而測量精度達到了1με, 光性能極其穩(wěn)定。光纖光柵傳感系統(tǒng)的測量精確度較高、掃描速度快、復(fù)雜程度較低、分辨率高、覆蓋范圍較大。

綜上所述, 本文基于不同的光纖技術(shù)原理, 利用光纖技術(shù)的特點, 從多個方面敘述了光纖技術(shù)在軌道車輛上的運用情況, 現(xiàn)階段, 光纖技術(shù)在城市軌道車輛的應(yīng)用還沒有的到全面的推廣, 遠不及基礎(chǔ)設(shè)施檢測項目的數(shù)量。但是, 縱觀城市軌道車輛的發(fā)展情況來看, 想要保證城市軌道車輛交通的安全穩(wěn)定性, 引用光纖技術(shù)是十分必要的, 而且, 光纖技術(shù)在城市軌道車輛交通的應(yīng)用具有著較大的市場需求前景。

審核編輯：湯梓紅