[发明专利]基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器

说明书

技术领域

本发明属于铁路沉降监测技术领域。

背景技术

高速铁路是现代化铁路的重要标志，近年来，随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路的建设更加发展迅猛。然而在高速条件下，列车运行速度越高，动力响应越大，对其轨道的伤损也越大，路基、桥涵和隧道的沉降变形也越大。高铁沉降因素有很多，包括：基床在列车荷载作用下产生的积累变形，路基本体在自重及线路上部结构作用下的压密沉降，支撑路基的地基压密沉降。工后沉降分为均匀沉降和不均匀沉降。然而传统式静力水准仪测量精度较差，伤损坏率高，长期稳定性差，需要定期的重新标定，维护费用高，信号输出形式固定、适应性差可靠性方面存在缺陷，并且传统式静力水准仪还需要供电，这样大大增加了雷击的机率。

发明内容

本发明是为了解决采用传统式静力水准仪测量铁路沉降时，测量精度差的问题，现提供基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器。

基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器，它包括：外筒、内筒、悬臂杆、质量块、等强度悬臂梁、金属传压杆、弹性波纹膜片、底座、环境光纤光栅温度传感器、两个液体光纤光栅温度传感器和两根光纤；

外筒固定在底座上，内筒固定在外筒内部，外筒与内筒之间的空隙充有防冻液；

外筒和内筒均呈两端密封的筒状结构，外筒的侧壁由上至下依次设有光纤引出端口、气体联通端口和液体联通端口，

悬臂杆的一端悬挂在内筒的内部顶端，悬臂杆的另一端连接有质量块，

内筒的内部底端固定有支撑柱，金属传压杆纵向穿过内筒的底端中心孔，并与弹性波纹膜片连接，等强度悬臂梁的两端架设在支撑柱和金属传压杆上，金属传压杆与内筒的轴平行；

一根光纤粘贴在悬臂杆上，另一根光纤粘贴在等强度悬臂梁上，两根光纤汇聚后从光纤引出端口穿出；

环境光纤光栅温度传感器用于采集外筒外界环境温度，两个液体光纤光栅温度传感器对称设置在内筒和外筒之间的空隙处，均用于采集内筒防冻液的温度；

环境光纤光栅温度传感器的输出光纤和两个液体光纤光栅温度传感器的输出光纤共同从光纤引出端口穿出。

在应用时，将至少两个基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器的液体联通端口相互连通，并分布在待监测铁路的各个监测位置上，并设定一个监测传感器所在位置为基准位置，利用连通器原理，若该基准位置的监测传感器液面产生变化，则能够确定铁路发生沉降。

为了保证无砟轨道铺设及其耐久性和生命周期以及列车能够安全行驶，本发明提出了基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器，该监测传感器利用惯性原理，测出整体传感器的倾斜度；利用光纤光栅对温度的影响差异，实现对温度的测量。同时，将上述监测传感器进行组合，并利用静压测量原理和连通器原理，测出基准位置监测传感器的液位升降高度，从而实现对高速铁路的沉降监测，最后获得精确的铁路沉降高度，以便做好早期预警以及监测线下工程是否导致铁路沉降变形，满足无砟轨道铺设的条件。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于光纤光栅的高速铁路沉降监测传感器，它包括：外筒14、内筒15、悬臂杆4、质量块5、等强度悬臂梁6、金属传压杆7、弹性波纹膜片8、底座16、环境光纤光栅温度传感器11、两个液体光纤光栅温度传感器10和两根光纤13；

外筒14固定在底座16上，内筒15固定在外筒14内部，外筒14与内筒15之间的空隙充有防冻液21；

外筒14和内筒15均呈两端密封的筒状结构，外筒14的侧壁由上至下依次设有光纤引出端口1、气体联通端口2和液体联通端口3，

悬臂杆4的一端悬挂在内筒15的内部顶端，悬臂杆4的另一端连接有质量块5，

内筒15的内部底端固定有支撑柱15-1，金属传压杆7纵向穿过内筒15的底端中心孔，并与弹性波纹膜片8连接，等强度悬臂梁6的两端架设在支撑柱15-1和金属传压杆7上，金属传压杆7与内筒15的轴平行；

一根光纤13粘贴在悬臂杆4上，另一根光纤13粘贴在等强度悬臂梁6上，两根光纤13汇聚后从光纤引出端口1穿出；

环境光纤光栅温度传感器11用于采集外筒14外界环境温度，两个液体光纤光栅温度传感器10对称设置在内筒15和外筒14之间的空隙处，均用于采集内筒15防冻液21的温度；