光纖在軌道車輛上的應用

沈琦 張志剛

摘 要：隨著城市化水平的不斷提高，城市軌道交通工程也在不斷的發展，將光纖技術應用在軌道車輛上可以對軌道車輛的多個方面進行監控，以此保證軌道交通穩定運行。光纖技術種類很多，不同光纖技術在城市軌道交通中的應用個性各不相同，本文從分布式光纖測溫系統、冗余光纖環網、光纖光柵傳感技術這三個光纖技術入手，對三種技術在城市軌道交通中的應用進行分析，以期為城市軌道交通建設提供參考。

關鍵詞：分布式光纖測溫系統；冗余光纖環網；光纖光柵傳感技術

將光纖技術和軌道交通車輛的檢測進行綜合應用，可以幫助軌道車輛的性能得到根本上的提升。近年來，國內外對軌道交通車輛的安全技術的研究逐漸深入，其中車輛故障前的預防報警，車輛運行的實時監測技術的較多。而光纖技術因為其本身的優勢在眾多領域中都得到了廣泛的應用，光纖技術在國外的應用已經較為成熟，但是對于國內而言，光纖技術在軌道車輛上的應用研究還需要得到更進一步的完善。

一、分布式光纖測溫系統在城市軌道交通中的應用

分布式光纖測溫系統在城市軌道交通中的應用，主要原理是借助了光的散射原理和光時域放射原理，這種分布式光纖測溫系統的測量精度較高，可以屏蔽強電磁場的干擾，而且隨著溫升算法的優化、智能解調技術和信號優化技術的發展，分布式光纖測溫系統的應用范圍會得到更進一步的擴大，滿足城市軌道交通車輛的運行需求，及時對存在的火災隱患進行報警。現階段，常見的分布式光纖測溫技術原理主要是基于拉曼散射，經過調制后，散射光進入到波分復用器中，就會得到斯托克斯光、反斯托克斯光，其中斯托克斯光對溫度的相對靈敏度為0.104%、反斯托克斯光對溫度的相對靈敏度為1.065%。[1]光強度之比為4：3。根據斯托克斯光和反斯托克斯光的特性，就會得到光強比和溫度定量關系，在此基礎上，結合測溫系統的內部基準溫度，以及相應的校正算法，就可以得到實際溫度信息。隨著分布式光纖測溫傳感技術快速發展，使用這種測量系統的應用范圍逐漸擴大，尤其是在城市軌道交通的應用，即使面對較為復雜的內部系統，以及較大的交通客流量，也能夠較為準確的展開監控，有效消除火災隱患，滿足城市軌道交通的運行需求。

二、冗余光纖環網在城市軌道交通電力監控系統中的應用

冗余光纖環網在城市軌道交通電力監控系統中的應用，主要是利用城市軌道交通電力監控系統的特點，對軌道車輛沿線經過的變電所供電設備進行監控，以此保證軌道交通電力系統的穩定運行，保證軌道交通車輛的正常運行。在城市軌道交通電力監控系統主要包括三個部分，分別為：站控層、間隔層以及網絡層。其中站控層還可以劃分為通信控制器、計算機、人機界面，網絡層中包括了交換機、光纖收發器、光纜等線路，以此為電力監控系統提供通信通道。因此可知，目前的軌道車輛交通電力監控系統采用分層結構，但是隨著國家網絡設備、網絡技術的發展那，軌道車輛交通電力監控系統中的網絡結構也發生了較大的變化。從單總線星形結構、以太網星形結構，發展到冗余光纖環網這中網絡結構，軌道車輛交通電力監控系統逐漸完善，其中冗余光纖環網作為新時期的軌道車輛交通電力監控系統中的網絡結構，在解決網絡層中的冗余問題上具有著關鍵性作用，隨著冗余光纖環網的發展，出現了冗余光纖環網光電交換機，因此，冗余光纖環網被用在了電力監控系統中。想要讓冗余光纖環網在電力監控系統中充分發揮其本身的作用就要對冗余光纖環網的結構和通信進行深入研究。以某地區的軌道車輛交通電力監控系統為例，該地區的軌道交通人員想要采用冗余光纖環網，首先設置了合適的環網節點，進而根據具體的軌道交通變電所忒單，分別安裝了35kV和400V的開關柜、直流1500V的開關柜以及再生制動裝置，其中C市內的軌道交通三號線和五號線，都采取了冗余光纖環網對電力系統進行監控，有效提高了監控系統網絡的冗余互用率。

三、光纖光柵傳感技術在軌道交通車輛的應用

首先簡單了解了光纖光柵傳感技術的應用原理和其在軌道交通車輛的應用的技術優勢。光纖光柵傳感技術主要是應用FBG傳感器實現對軌道交通車輛的監測，具體原理如下：隨著光纖光柵周圍溫度、應變、位移、加速度等物理量的變化，光纖光柵的周期和纖芯折射率也會發生變化，繼而就會產生布喇格光柵信號出現波長位移，而FBG傳感器就是通過監測布喇格波長位移的變化，判斷光纖光柵周圍環境中物理量的變化情況。同時采用波分復用技術形成光纖光柵傳感系統，實現大容量分布測量，同時這種光纖光柵傳感系統也能夠實現遠程實時監控。以光纖光柵傳感系統對輪軸健康狀態檢測為例，當軌道車輛經過傳感器旁邊的鋼軌時，就會引起布喇格波長位移的變化，經過FBG傳感器后形成應變曲線，繼而就會得出對應的輪軸書，通過應變曲線的實際情況，判斷輪軸的健康情況，可以有效及時的發現車輪缺陷問題。在光纖光柵傳感系統中最為核心的傳感器劍就是FBG傳感器，其中美國MOI公司生產的FBG傳感器，掃描頻率可以達到2kHz，而測量精度達到了1με，光性能極其穩定。光纖光柵傳感系統的測量精確度較高、掃描速度快、復雜程度較低、分辨率高、覆蓋范圍較大。

四、總結

綜上所述，本文基于不同的光纖技術原理，利用光纖技術的特點，從多個方面敘述了光纖技術在軌道車輛上的運用情況，現階段，光纖技術在城市軌道車輛的應用還沒有的到全面的推廣，遠不及基礎設施檢測項目的數量。但是，縱觀城市軌道車輛的發展情況來看，想要保證城市軌道車輛交通的安全穩定性，引用光纖技術是十分必要的，而且，光纖技術在城市軌道車輛交通的應用具有著較大的市場需求前景。

參考文獻：

[1]許敏娟，顧修竹.基于光纖光柵技術的軌道交通基礎結構沉降實時監測系統應用分析[J].城市軌道交通研究，2016，19（11）：68-72.