鐵路連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態動態監測方法技術

一種鐵路連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態動態監測方法。將4個光纖光柵振動傳感器安裝在連續梁和簡支梁的梁體端部，8個光纖光柵位移傳感器安裝在橋梁接縫處與鋼軌伸縮調節器相連接的無縫鋼軌上；振動傳感器對橋梁梁體進行振動監測；位移傳感器對鋼軌爬行位移量進行連續監測；各傳感器監測到的信號通過傳輸光纖輸送到光纖接續箱匯總后，輸出到解調器解調，再送數據處理終端進行處理及顯示，實現在線動態監測，并通過對比分析數據特性的歷史變化趨勢，對連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態進行評估，超過報警閾值時啟動報警，并實時上傳結果至監控部門。本方法在線動態監測橋梁梁體振動和鋼軌位移變化，及時預警，確保鐵路橋梁重載安全運行。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光纖光柵傳感技術應用于重載鐵路橋梁的安全監測
涉及一種基于光纖光柵傳感技術的鐵路連續梁橋梁梁體振動幅度、振動頻率及鋼軌伸縮調節器鋼軌爬行位移量的在線、動態長期監測和數據比較的方法。
技術介紹
重載運煤專線是國民經濟命脈，隨著運煤專線的I萬噸、2萬噸重載列車的開行，其線路，特別是橋梁的安全運營越來越受到關注。橋梁由于需要跨越河流、山谷和道路，為增加跨度，多采用連續梁結構。與簡支梁結構相比，在列車荷載作用下，連續梁變形小，由列車荷載引起的撓曲附加力也不大。但受冬夏和晝夜溫差的影響，梁體的伸縮附加力較大，使得鋼軌在橋面上爬行，需要安裝鋼軌伸縮調節器以降低伸縮附加力。鋼軌伸縮調節器由尖軌和基本軌組成，分別固定位于橋梁的連續梁和相鄰的簡支梁上。當重載列車通過鋼軌伸縮調節器時，左右輪對均在基本軌與尖軌上過渡，這種輪軌接觸點變化所形成的結構不平順是鋼軌伸縮調節器自身存在的不可避免的問題，加上鋼軌調節器和無縫焊軌軌端接縫處的不平順，由此導致重載列車車輪每經過一次，鋼軌就會受到一次沖擊碾壓，使得承載軌道的橋梁產生了很大的振動。長久的振動可能會使橋梁受到程度不等的破壞，給行車安全帶來嚴重后果。此外，橋上鋼軌伸縮調節器本來就是用來調節在氣溫變化、地質條件變化和重載動負荷作用下鋼軌產生的爬行位移，但較大的或突變的爬行位移會擠壞尖軌的扣件螺栓甚至擠壞基本軌的扣件螺栓，直接影響行車安全。因此，鐵路橋連續梁上無縫線路安裝的鋼軌伸縮調節器，成為了梁上線路的薄弱環節。對其進行健康狀態的監測，對重載安全運輸至關重要。橋梁梁體的振動特性(振動幅度、振動頻率)及鋼軌爬行位移量是反映連續梁橋梁及鋼軌伸縮調節器健康狀態的重要參數，也是對其健康監測的重要內容。目前橋梁振動檢測方法有直接接觸測量，電磁輻射檢測，激光干涉測量，錘擊震源和瞬態面波法等。直接接觸測量采用探測器拾振儀和加速度傳感器直接附著于監測點，將機械運動轉化成所需的物理量，但電信號探測器長時間連續工作有零點漂移，無法長時間連續地監測，而且還有重載電力機車通過時產生的強大電磁場干擾的問題；電磁輻射檢測通過發射電磁波，再對接收到的目標回波進行信號處理后，提取目標的振動信息，不足處在于，容易受周圍環境電磁干擾和多路徑反射影響，不能有效反映橋梁梁體實際振動狀態。激光干涉測量采用光學測量儀器，利用邁克爾遜干涉原理進行測量，抗干擾能力強，不受電磁和地波干擾，但是激光受大氣影響大，在惡劣天氣測量困難。錘擊震源和瞬態面波法也不是在線的和動態的監測。光纖光柵傳感技術的最顯著特點是長期穩定性好，抗電磁干擾、耐環境溫度變化、波長絕對量檢測，沒有零點漂移，它的問世才為工程的長期監測提供了可能。本專利技術將光纖傳感技術應用于橋梁梁體振動特性(振動幅度、振動頻率)及鋼軌位移量監測中，以實現重載動載荷及惡劣條件下，連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態的長期在線動態監測。運煤專線的重載列車經過橋梁時的車廂載重和運行速度差別不大，振動源的一致性使長期的對比監測可行。而且，利用機車的重量一致的特性重點檢測機車車輪產生的振動信號更能使監測結果準確。
技術實現思路
本專利技術目的旨在提供一種，即一種橋梁梁體振動幅度、振動頻率及鋼軌爬行位移量的在線動態光纖光柵長期監測和數據比較的方法。本專利技術的技術方案是:一種，其特征在于:接觸式測量方式，采用包括4個光纖光柵振動傳感器、8個光纖光柵位移傳感器、傳輸光纖、光纖接續箱、多通道光纖光柵波長解調器、數據處理終端和報警裝置的裝置；將4個光纖光柵振動傳感器安裝在橋墩上方連續梁和相鄰簡支梁的梁體端部，8個光纖光柵位移傳感器安裝在橋梁接縫處與鋼軌伸縮調節器相連接的無縫鋼軌上；4個光纖光柵振動傳感器對重載動載荷作用下橋梁的連續梁和簡支梁的梁體進行振動幅度和振動頻率監測，8個光纖光柵位移傳感器對與鋼軌伸縮調節器相連接的無縫鋼軌進行鋼軌爬行位移量監測；光纖光柵振動傳感器檢測到監測點處列車通過時的橋梁的連續梁和簡支梁的梁體振動信號，光纖光柵位移傳感器連續檢測到監測點處鋼軌爬行位移信號，通過傳輸光纖把各傳感器的波長變化信號經光纖接續箱匯總后，輸出到解調器，經光電轉換和波長解調后，得到振動信號和位移信號；再送往數據處理終端進行數據處理及顯示，實現動態在線監測，并通過對比分析數據特性的歷史變化趨勢，對連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態進行評估，超過報警閾值時，啟動報警裝置；并實時上傳結果至監控部門。本專利技術的技術方案中，光纖光柵振動傳感器利用光纖光柵傳感器件將振動信號轉化為光纖光柵波長信號。該振動傳感器主要由光纖光柵、振動質量塊、懸臂結構封裝制成，其中光纖光柵傳感材料固化在懸臂結構上，光纖光柵的信號輸出端接傳輸光纖。當整個傳感器受到振動作用時，由于質量塊的慣性作用，使得主懸臂梁做受迫振動，進而產生周期性應變，導致光纖光柵的中心波長發生周期性改變，解調該波長的變化，即可分析出高、低頻率時的振動特性。其光纖光柵傳感器外殼、固定裝置和輔助裝置的形狀及尺寸與連續梁和簡支梁的梁體端部形狀及尺寸相匹配，使振動傳感器與待測梁體緊固，傳遞振動信息。本專利技術的技術方案中，光纖光柵位移傳感器利用光纖光柵傳感器件將位移信號轉化為光纖光柵波長信號，并采用雙光柵差分傳感技術進行大位移檢測。該位移傳感器主要由2個不同波長的光纖光柵、受力圓環、拉伸彈簧、拉桿及殼體封裝制成，將受力圓環的一端固定在殼體上，另一端通過拉伸彈簧和拉桿接于監測點的無縫鋼軌上感受被測位移的變化。將兩個不同波長的光纖光柵垂直固定在受力圓環上，沿著光柵I方向對受力圓環施加力時，受力圓環會沿著該方向拉伸，光纖光柵I的波長偏移為正，同時光纖光柵2方向被壓縮，其波長偏移為負。這兩根光纖光柵中心波長偏移量絕對值之和反應了所測位移變化，而且剔除了環境溫度的干擾。通過標定光纖布拉格光柵波長總變化與位移量之間的線性關系就可以得到鋼軌與道床之間的位移值。其光纖光柵傳感器外殼固定在道床上，拉桿的固定裝置與鋼軌外形和結構相匹配，使位移傳感器的拉桿與待測鋼軌緊固，傳遞鋼軌位移信息。 本專利技術的技術方案中,傳輸光纖米用單模光纖。本專利技術的技術方案中，光纖接續箱按輸入順序把所有傳輸光纖排序并按“波分復用”方式串接。本專利技術的技術方案中，解調器采用理工光科公司產品，型號為BGD-4M。其采用法布里-佩羅腔光纖光柵波長濾波解調技術，將光纖光柵振動和位移傳感器的波長信號經光電轉換和波長解調后輸出；并具有解調現場全部監測點傳感器波長信號的能力。本專利技術的技術方案中，數據處理終端采用工控機，其數據處理系統能實時采集、顯示，并建立數據庫長期存儲測量數據；處理振動和位移信號的專家系統，能夠辨認所監測到的數據特性變化和趨勢，得出是否將對行車安全造成威脅的結論，異常情況下啟動報警裝置。本專利技術的技術方案中，報警裝置采用揚聲器和紅綠信號燈，并在軟件界面出現報警提示。本專利技術根據監測參量不同，總計有12個健康狀態監測點。監測點的裝置都做加固和防腐處理，在不損傷鋼軌，不改動軌道和路基情況下機械緊固安裝，可以在潮濕、日照、振動、煤粉塵、電磁干擾等惡劣環境條件下重載列車頻繁通過的連續梁橋梁現場穩定工作，實現長期綜合監測橋梁梁體振動幅度、振動頻率，無縫鋼軌爬行位移量的變化。本專利技術所采用的技術原理是:采用“光纖布喇格(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鐵路連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態動態監測方法，其特征在于：接觸式測量方式，?將4個光纖光柵振動傳感器（1）安裝在橋墩上的連續梁和簡支梁的梁體端部，8個光纖光柵位移傳感器（2）安裝在橋梁接縫處與鋼軌伸縮調節器相連接的無縫鋼軌上；4個光纖光柵振動傳感器（1）對重載動載荷作用下橋梁的連續梁和簡支梁的梁體進行振動幅度和振動頻率監測；8個光纖光柵位移傳感器（2）對與鋼軌伸縮調節器相連接的無縫鋼軌進行鋼軌爬行位移量監測；光纖光柵振動傳感器檢測到監測點處列車通過時橋梁的連續梁和簡支梁的梁體振動信號，光纖光柵位移傳感器連續檢測到監測點處鋼軌爬行位移信號，通過傳輸光纖（3）把各傳感器的波長變化信號經光纖接續箱（4）匯總后，輸出到解調器（5），經光電轉換和波長解調后，得到振動信號和位移信號；再送往數據處理終端（6）進行數據處理及顯示，實現在線動態監測，并通過對比分析數據特性的歷史變化趨勢，對鐵路連續梁橋梁和鋼軌伸縮調節器健康狀態進行評估，超過報警閾值時，啟動報警裝置（7）；并實時上傳結果至監控部門。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李維來，劉捷，許儒泉，劉芳，程健，潘建軍，代鑫，魯曉珊，龐錦，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：