[发明专利]一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法及系统

权利要求书

1.一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法，其特征在于，包括：

应用光纤传感器串测量接触网离散点的弯曲应变动力学响应；

确定当前列车弓网的预设接触力参数；

依据所建立的列车弓网系统中接触力激励下接触网的动力学方程计算所述预设接触力参数对应的接触网的挠度动力学响应；

基于所述计算所得接触网挠度动力学响应计算接触网测点处的弯曲应变，并与光纤应变传感器所测到的测点弯曲应变动力学响应比较，计算弓网接触力反演误差；

根据优化算法从上述弓网接触力反演误差对弓网接触力参数进行修正，得到当前列车弓网的候选接触力参数，将当前候选接触力参数作为新的预设接触力参数重复上述反演计算；在所述候选接触力参数满足弓网接触力反演的预设误差条件的情况下，将所述候选接触力参数确定为目标接触力参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据光纤传感器串测量接触网离散点的弯曲应变动力学响应，包括：

应用多只布拉格光纤光栅传感器串测量接触网上多个离散测点处的梁弯曲应变，将所述梁弯曲应变确定为所述弯曲应变动力学响应的测量值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所建立的列车弓网系统中弓网接触力激励下接触网的动力学方程计算所述预设接触力参数对应的接触网的挠度动力学响应，包括：

依据列车弓网系统中弓网接触力激励下的接触网动力学方程，所述动力学方程如下：

式中，Y(x,t)为梁的挠度；ρ(x)和A(x)为梁的体密度和横截面积；c(x)为材料阻尼系数；E(x)表示梁的弹性模量；I(x)为梁截面惯性矩；m_j和k_j分别为悬挂机构的等效弹簧的质量和刚度，x_j(j＝1,N)为弹簧位置坐标，N为弹簧总数，δ(x)为狄拉克函数；f_c(t)和x_c(t)分别为接触力参数插值得到的接触力大小和接触位置随时间变化的分布函数；

将所述预设接触力参数表达的接触力和接触位置函数输入到所述动力学方程中，得到所述接触网的挠度动力学响应。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述接触网的挠度动力学响应计算接触网测点处弯曲应变动力学响应的重构值，并与光纤应变传感器测点的弯曲应变动力学响应的测量值作比较，计算两者的差异作为弓网接触力反演误差，所述方法包括：

基于所述接触网挠度动力学响应计算接触网测点处的弯曲应变动力学响应的重构值ε^R如下式表示：

式中h(x_k)为接触网测点x_k处传感器安装点距接触网等效梁中性面的高度，M为接触网应变测点总数，和为接触力参数向量，其分量分别表示受电弓到达给定的不同识别点处的时刻及接触力大小；

根据测点处弯曲应变的测量值和重构值计算弓网接触力反演误差，所述弓网接触力反演误差的计算公式为：

式中，ε^M(x_k,t)为测点处弯曲应变的测量值，T为总测量时段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据优化算法从上述弓网接触力反演误差对弓网接触力参数进行修正，得到当前列车弓网的候选接触力参数，将当前候选接触力参数作为新的预设接触力参数重复上述反演计算；在所述候选接触力参数满足弓网接触力反演的预设误差条件的情况下，将所述候选接触力参数确定为目标接触力参数，包括：

以弓网接触力和接触时间参数为优化变量，进行计算使得所述弓网接触力反演误差取最小值：

根据优化算法从上述弓网接触力反演误差对弓网接触力参数进行修正，得到当前列车弓网的接触力参数作为新的所述预设接触力参数，重复上述反演计算，经迭代运算在所述弓网接触力反演误差满足预设的误差条件的情况下，将当前的候选接触力参数确定为目标接触力参数，从而获得接触力及接触位置的时程变化。