[发明专利]光纤光栅传感无砟轨道结构状态监测方法及装置

说明书

技术领域：

本发明属于光纤光栅传感技术应用于高速铁路的无砟轨道结构的施工、运营、维护及保养领域，涉及光纤光栅传感无砟轨道结构中的钢轨和板式道床的温度、应变、横向位移、纵向位移、垂向位移、横向加速度、纵向加速度、垂向加速度状态的监测方法及装置。

背景技术：

据国家《中长期铁路网规划(2008年调整)》目标，未来我国将全面建设形成覆盖主要人口及产业聚集区的四纵四横高速铁路网，到2020年，总里程将会超过1.6万公里，同时我国企业已经承揽了50多个国家和地区的铁路建设项目，已遍及亚洲、非洲、大洋洲和美洲等50多个国家和地区，几十个国家都希望加强与我国在高速铁路的交流与合作。随着高速铁路技术的发展，铁路列车运行速度的提高，加剧了轨道和道床的结构状态的恶化。在高速铁路的建设、运营及维护过程中，为提高列车的安全、舒适性，针对高速铁路无砟轨道结构中的钢轨和板式道床的温度、应变、横向位移、纵向位移、垂向位移、横向加速度、纵向加速度、垂向加速度状态的实时准确监测，对确保高速铁路运输安全具有重要意义，已成为铁路工作中的一项重要基础工作。

轨道检测最原始的方法用轨距水平测量仪对铁路钢轨间的距离和水平度进行测量，用激光水平测量仪对轨道的水平度进行测量；应用高精度电子水准仪和全站仪由专业测量队伍进行测量分析。目前轨道检测的设备主要是轨道检查车，发达国家大多数拥有自己研制生产的中高速或高速轨道检查车。奥地利Plasser公司的EM-250型轨道检查车、日本的East-i综合检测列车、美国Ensco和ImageMap公司的轨道检查车、德国OMWE和RAILAB轨道检查车、法国MGV综合检测列车、意大利“阿基米德号”综合检测列车。国内轨道检测技术经过二十余年的集成创新研究，已初步形成了国内轨道检测技术体系，从检测系统类型划分为GJ-3、GJ-4、GJ-5三种类型。2009年3月27日，由中国南车集团南京浦镇车辆厂自主研制的我国首辆200km/h轨道检测车顺利下线。它们大多以计算机为数据处理主体，应用激光陀螺、惯性传感器技术、卫星定位技术、激光摄像、高速图像处理技术、光电转换、伺服、数字滤波、局域网技术等对轨检信号进行模拟与数字混合处理，对轨道状态作出综合评价。与发达国家相比，我国轨道检查车的性能和应用标准还存在一定差距，部分关键传感器未能国产化，对轨道检查车的检测数据还不能充分利用。已有的GPS定位测试位移技术应用在无砟轨道及板式道床结构的状态监测，只能测试监测点与基准点之间的位移，多点测试时系统复杂，不能监测轨道的温度且精度有限。图像拍摄法和激光定位扫描法应用在无砟轨道及板式道床结构的状态监测，安装复杂，信号处理难度大，不能监测温度，也只能测试监测点与基准点之间的位移，且易受到高速列车通过时的振动及气流的影响以及外界信号的干扰等，稳定性差。便携式地面雷达变形监测仪在测量精度，安装布置实施操作方面有待改进。高速铁路无砟轨道的轨道温度检测工作对高速列车的运行安全保障有着重要的意义，当前我国的轨道温度监测操作主要依靠人工定点定时完成，工作强度大，安全性差，且占据了列车的运行时间，数据量有限，不能实时在线监测，难以为高速铁路的健康运行提供科学的决策依据。

发明内容：

本发明针对上述现有技术的不足：提供一种光纤光栅传感无砟轨道结构状态监测方法及装置。本发明的监测方法及装置实用，可以常年不间断式综合监测高速铁路桥梁、涵洞、道岔、车站乃至整个铁路网多点及多区的无砟轨道结构中的钢轨和板式道床的温度、应变、横向位移、纵向位移、垂向位移、横向加速度、纵向加速度、垂向加速度，且传感器没有破坏无砟轨道结构，而且是直接实时测量，重复性好，本质绝缘，系统稳定性好，抗干扰能力强。