摘 要

桥梁在我国交通方面占有极其重要的地位，是人们在生活交通中必不可少的因素之一。然而，随着桥梁使用年限的增长，长年遭受风雨的侵蚀与整体的老化，其结构会产生形变，因此桥梁的线形便成为了评估桥梁是否健康、能否安全使用的重要参考指标之一。为了确保桥梁的运营安全，快速而又准确地测量桥梁结构线形成为了工程领域的重点研究方向。

由于车辆行驶的速度不同，车辆经过障碍物以及车载光纤陀螺的采样间距不同等因素均会导致车载光纤陀螺的输出数据不准确，从而影响线性的测量精度。因此通过仿真软件对速度，采样间距等因素进行仿真，来研究这些因素对车载光纤陀螺的影响。通过对多级路面的仿真来研究不同粗糙程度的路面对车载光纤陀螺的影响，通过小波变换更加直观的看到路面的实时状况。

关键词：光纤陀螺；线形测量；多级路面；小波变换

Abstract

The bridge is one of the most important infrastructures in China's transportation industry and brings great convenience to people's production and life. The bridge structure's deformation appears with the increase of the service life of the bridge, material aging and the erosion of wind and rain etc. Therefore, the bridge structural geometry is the important reference indicator to assess whether the bridge is healthy and safe. In order to ensure the safety of the bridge, the rapid and accurate measurement of the bridge structure has become the focus of the engineering field.

As the speed of the vehicle is different, the output data of the vehicle fiber optic gyroscope are inaccurate due to the different sampling distance of the vehicle through the obstacle and the vehicle fiber optic gyroscope, thus affecting the linear measurement accuracy. Therefore, the influence of speed and sampling pitch on the optical fiber gyroscope is studied by simulation. Through the simulation of multi-level pavement to study the impact of different rough Chengdu road on the optical fiber gyroscope, through the wavelet transform more intuitive to see the real-time situation of the road.

Keywords：Fiber optic gyro; bridge shape; multi-level pavement；Wavelet transform

目 录

中文摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 桥梁线形测量方法研究现状 2

1.3 光纤陀螺线形测量系统及仿真的重要性。 3

1.3.1 光纤陀螺线性测量系统的优势 3

1.3.2 仿真的重要性 3

1.4 本文所做主要工作 4

第2章 光纤陀螺的基本原理及误差分析 6

2.1 光的Sagnac效应 6

2.2 光纤陀螺线性测量的应用原理 9

2.3 光纤陀螺的误差分析 11

2.3.1 积分运算误差分析 11

2.3.2 速度及采样间距误差分析 14

2.3.3 障碍物数量及障碍物放置位置对线性的误差分析 14

2.3.4 车载光纤陀螺在时频中的误差分析 14

2.4 本章小结 15

第3章 Adams/Car仿真及结果处理与分析 16

3.1 车辆、桥梁及桥上障碍物的建立 17

3.2 研究车速对车载光纤陀螺的影响 18

3.3 研究采样间距不同对车载光纤陀螺的影响 21

3.4 弹簧的弹性系数对车载光纤陀螺的影响 22

3.4.1 不同弹性系数对线性的影响 22

3.4.2 速度与弹性系数的关系 24

3.5 本章小结 25

第4章 路况时频分析及多级路面频域分析 26

4.1 路况的时频分析 26

4.1.1 基于小波变换的时频分析方法介绍 26

4.1.2 路况时频分析 27

4.2 多级路面角速度频域分析 29

4.2.1 多级路面的建立 29

4.2.2 多级路面的频域分析 30

4.3 本章小结 31

第5章 总结和展望 32

5.1 论文总结 32

5.2 研究展望 33

参考文献 34

致 谢 35

第1章 绪论

1.1 研究意义

我国的社会、经济以及科学领域都在飞速的发展，我们国家对于物品的交通运输的需求也越来越大。这几年来，国家较为重视桥梁的发展与完善，在各个方面增加了投入，例如人力、物力以及财力等方面。通过对桥梁路面等基础设施的建设，提高我国的交通运输能力因此，来加速我国的发展。

桥梁对于交通是一个必不可少的环节，由于桥梁本身的重要性以及建造的复杂性，引起了人们对于桥梁的施工、后期保养以及运行时安全问题的重视。近些年来我国越来越重视对大型桥梁的安全监测，以及对大型桥梁的保养及维护。这些工作也成为了工程领域的关注与研究的重点。桥梁在应用的时候，由于桥梁自身的重力以及来往车辆对桥梁的压力，桥梁在这种影响下回产生一定的形变，当桥梁的形变逐渐积累超过桥梁承受范围的最大值时，就会产生十分严重的交通事故。现在对于桥梁的监测方案较为繁琐，还需要进行封路等措施，对交通带来极大的麻烦。因此我们需要研究一种更佳简单便捷的方法对桥梁进行检测。

陀螺是一种传感器，通过测量角速度、角位移、载体的姿态角以及载体的角速度来画出桥梁的线性。通过对数据的进一步处理，便可以得到我们所需要的测量数据。光纤陀螺是一种光纤传感器，能够对角速度进行测量，在测量方面与其他机械陀螺相比较拥有者更多的优点。例如：光纤陀螺并没有机械器件，并不会因为机械原件的旋转而产生期间的磨损，从而增加了陀螺的使用寿命；光纤陀螺内部基本不存在机械元器件，在陀螺受到冲击时有着较好的耐冲击能力，在载体进行加速时，受到的加速度运动的影响减少，从而提高陀螺数据的准确性；光纤陀螺对超高精度的光学加工要求并不高，内部并不需要密闭的空间，因此降低了陀螺的制造成本；光纤陀螺拥有着较为宽阔的动态领域；重量轻，体积小。通过对上述内容的总结，我们可以明显的得到一些结论：光纤陀螺相比于其他机械陀螺有着更加广阔的运用范围，更为简便的应用方法，较为宽阔的动态领域，较为灵敏的灵敏度，拥有着较高的可靠性。

光纤陀螺可以将以上优点应用于桥梁形变的监测。跟传统的形变监测方法相比较，光纤陀螺在测量桥梁形变存在以下优势：光纤陀螺可以设置采样间距，与传统相比具有较高的精度。光纤陀螺可以用于大型的桥梁或隧道等大型工程项目；使用光纤陀螺进行测量时，并不需要其他辅助仪器，只需要将测量起点设置为基准点；使用光纤陀螺相比于传统陀螺相比，具有受电磁场干扰程度小，安全性较高等优点；光纤陀螺的使用只需要与载体相连接，准备工作少，操作简单方便。