[发明专利]一种光纤光栅变形环的钢轨或桥梁位移监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及铁路无砟道床上的钢轨位移，或铁路桥梁简支梁或连续梁伸缩位移监测技术领域和光纤光栅传感技术领域。具体为一种光纤光栅变形环的钢轨或桥梁位移监测装置。

背景技术

铁路交通运输在国民经济中起着举足轻重的作用，钢轨和桥梁是铁路运输的基础设施。近年来随着重载及提速列车的大量开行，以及多条高速铁路客专线路的在建和开通，对其基础设施的监控要求也就越来越高，研发关键的技术手段对其运行状态参量进行监测，确保其安全运行就显得极为重要。

由于温差产生的膨胀位移、地质的变化、以及行驶的列车等因素都对钢轨有不同方向的作用力，使得轨道线路上的钢轨产生不同程度的位移。目前高铁线路的隧道和桥梁占线路的比例接近过半，桥梁本身和安装在桥梁上的钢轨所产生的变形和位移的程度会更大。

钢轨和桥梁梁体的位移直接影响到列车行驶的安全，因此对于这些位移量的监测是当今铁路钢轨状态监测不可或缺的一部分。国内外专家对这一技术相当重视，也都采用不同的技术手段来对其进行测量。例如，通过激光位移计、电容式位移传感器及视频成像等手段监测位移量，但这些监测手段都有不同程度的缺陷，尤其在适应现场恶劣环境和测量精度等方面。激光位移监测需人工操作、测量精度有限、且不能实现自动测量等；电容式位移传感器因为构成传感器材料的不同存在受温度影响引起测量误差，边缘效应也会使传感器灵敏度下降和非线性的增加，而且轨旁异物或人的干扰产生寄生电容而导致传感器特性不稳定；视频成像技术受环境污染需擦拭摄像头及标尺，而且恶劣天气易损坏设备。

光纤光栅传感技术最显著特点是长期稳定性好，不会产生电信号传感器的零点漂移，它为工程的长期监测提供了可能。本发明将光纤传感技术应用于位移量监测中，通过拉杆装置改变光纤光栅的栅距，使其反射的中心波长变化来实现对钢轨位移或铁路桥梁简支梁或连续梁伸缩位移的监测。

发明内容

本发明目的旨在提供一种长期稳定性好、测量准确、安全可靠、耐腐蚀、不受环境温度变化影响的钢轨或桥梁位移监测装置，即一种光纤光栅变形环的钢轨或桥梁位移监测装置。

实现本发明目的的技术方案：

一种光纤光栅变形环的钢轨或桥梁位移监测装置，该装置由固定夹组件、连接组件、光纤光栅环形位移传感组件、拉杆组件和传感器壳体装置组成；其中固定夹组件包括钢轨固定夹和固定夹紧固螺栓，固定夹组件通过钢轨固定夹夹持于被测钢轨底部两侧，通过固定夹紧固螺栓将其紧固；其连接组件包括钢板、钢板固定螺栓、固定架固定螺栓、连接钢索固定架、连接钢索紧固螺栓、连接钢索固定螺栓和连接钢索，其钢板固定螺栓将钢板固定于钢轨固定夹外侧，连接钢索固定架由固定架固定螺栓定于钢板外侧，连接钢索一端由连接钢索紧固螺栓固定于连接钢索固定架上，另一端通过连接钢索固定螺栓固定于拉杆上；

所述的光纤光栅环形位移传感组件包括第1光纤、第2光纤和刚性圆环，其第1光纤写有第1光栅，第2光纤写有第2光栅，第1光栅和第2光栅为不同波长的两个光纤光栅构成的光纤光栅对，光纤光栅固定钢管激光焊接于刚性圆环上，并且呈垂直分布；第1光纤)和第2光纤分别穿过光纤光栅固定钢管并呈垂直状态，使得所述的光纤光栅对处于刚性圆环圆心处，光纤光栅对粘贴固化在光纤光栅固定钢管里；刚性圆环沿第1光纤焊有相对方向的两个受力臂，其一端固定在传感器保护盒壳体上，另一端与传递位移量的拉杆相连；

其光纤光栅环形位移传感组件置于传感器壳体装置内，传感器壳体装置由两对固定脚和四个固定脚固定螺栓固定在无砟轨道的道床上；传感器壳体装置由传感器保护盒和拉杆保护管组成；拉杆组件包括拉杆、连接钢索固定螺栓和弹簧，弹簧的一端连接在刚性圆环上，另一端通过拉杆的安装孔与连接钢索相连；

对于监测桥梁简支梁或连续梁梁体间伸缩位移，则将连接钢索固定架和传感器壳体装置的固定脚分别固定在桥梁的被测梁体上和基准梁体上。

本发明的监测装置中，所述的第1光纤和第2光纤为有预拉应变状态。

本发明的监测装置中，所述的第1光栅的波长大于第2光栅的波长。

本发明的监测装置中，所述的光纤光栅对粘贴固化在光纤光栅固定钢管里，悬空放置，避免光纤的光栅部分被粘贴而产生光信号的畸变。

本发明的监测装置的监测范围通过改变拉杆、拉杆保护管和弹簧的长度进行调节，并经过精确的位移标定。

拉杆是固定在地面上的传感器壳体的活动零件，安装时将拉杆固定在位移测量范围的中点位置上，将连接钢索的一端固定在拉杆上的安装孔中，另一端固定在钢轨上的钢索固定架的孔中。