摘 要

光纤光栅作为温度传感器进行温度测量的技术已经愈发成熟，但其存在交叉敏感问题，这种问题是制约光纤光栅作为传感技术发展的“瓶颈”。本文对光纤光栅的原理，类型，制作进行了简要介绍，并分析了几种国内外目前解决交叉敏感问题的方法，并使用光纤光栅进行了温度标定实验分析其温度特性曲线和对试验台接触点温度进行了测量与分析。

关键词：光纤光栅 温度测量 交叉敏感

Abstract

Fiber Bragg grating as a temperature sensor for temperature measurement technology has been increasingly mature,but the existence of the cross sensitivity problem,This problem is a key constraint as a Fiber Bragg Grating sensing technology development.In this paper,i introduced the principle of Fiber Bragg Grating, type,and its making.And analyzed several methods to solve the current domestic and cross sensitive issues.And using the Fiber Bragg Grating to make the temperature calibration experiments to analyzed the temperature characteristic curve.And also measured and analyzed the test stand point of contact temperature.

Key Words：Fiber Bragg grating Temperature Measurement Cross-sensitivity

目 录

第一章 绪论 1

1.1 轮轨啸叫研究的发展简史及国内外发展现状 1

1.2 论文研究的目的 1

1.3 论文研究的意义 1

1.4 研究（设计）拟采用的技术方案及措施 2

第二章 测温系统的选择 4

2.1 红外测温系统 4

2.1.1红外测温系统原理 4

2.1.2 红外测温仪的选用方法 4

2.2 光纤光栅测温系统 6

2.3本章小结 8

第三章 光纤光栅温度传感器 9

3.1光纤光栅传感器的原理 9

3.2光纤光栅温度传感器的分类 9

3.2.1半导体吸收型温度传感器 9

3.2.2光纤 Fabry-Perot 干涉式温度测量 9

3.2.3 光纤光栅传感器工作原理 9

3.3基于本实验的温度传感器选择 10

3.3.1 FBG光纤光栅传感器优点 10

3.3.2 FBG光纤光栅传感器的制作要求 10

3.4交叉敏感问题 10

3.4.1双波长矩阵法 11

3.4.2单FBG法 12

3.4.3采用2个包层直径不同的FBG 12

3.5 本章小结 13

第四章 基于本试验台的方案选择 13

4.1 采用两个材料不同，包层直径相同的FBG 14

4.2 对大轮相对两端同时贴上光纤光栅 15

4.3 本章小结 16

第五章 光纤光栅的解调 16

5.1 解调仪的选择 17

5.2 光纤F-P可调谐滤波器解调法 18

5.3系统解调方案总体设计 19

5.4 本章小结 20

第六章 基于本试验台的实验 20

6.1 光纤光栅的制作 21

6.1.1 光纤光栅的剪切与焊接 21

6.1.2 光纤光栅的封装 22

6.2 光纤光栅温度标定实验 23

6.3 轮轨试验台接触点温度测量 27

6.4 本章小结 33

参考文献： 34

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 轮轨啸叫研究的发展简史及国内外发展现状

1825年9月27日，世界上第一条铁路在英国斯托克顿和达林顿之间开通，利用蒸汽机车牵引列车，最初的速度为4.5 km/h,后来达到 24 km/h，运行距离为36 km。到了20世纪，铁路运输业进入了快速发展的时期，全球铁路总长度超过一百二十万千米。由于铁路运输具有运载量大、运行速度高、运输成本低、能量消耗少等优点，发展铁路运输对于促进区域经济的发展，改善地区间及各国间商业和贸易发展，以至于带动整个国民经济的发展都起着特别重要的作用。

由于列车速度的提升,列车对周边环境的影响也越来越严重,如轮轨啸叫和振动干扰无时无刻不在影响着人们，而轮轨啸叫的问题最为严重。并且目前在生产高速列车和修建高速铁路时引用了大量的新技术，新成果，如动车组、无砟轨道等。这些新技术、新成果都专注于提高列车速度和保持轨道高平顺性，但是同时导致环境污染加剧，日本和欧洲国家研究表明^[1]，无砟轨道比起传统的有砟轨道,其产生的轮轨啸叫和振动污染要大的多。我国学者通过研究也发现^[2-4]，高速列车通过无砟轨道区段时引起的环境冲击也异常严重。目前国内高速铁路对无砟轨道的减振降噪技术正处于积极地研制开发阶段，试铺了一些减振降噪型无砟轨道的试验段。摩擦改良剂在理论上可以有效的降低轮轨噪音，而轮轨之间的应变和温度变化都会影响摩擦改良剂的性能，因此，通过实验测量出轮轨之间的温度与应变的变化就为摩擦改良剂的使用提供来了可能性。

1.2 论文研究的目的

本文研究的内容是轮轨试验台接触点温度的测量，之前有人表示使用摩擦改良剂可以降低轮轨噪音，而通过实验得知，摩擦改良剂并不能有效的降低噪音。原因是在轮轨相互作用，轮轨之间的温度，接触力，振动等都会影响摩擦改良剂的性能，所以本文采用光纤光栅技术对轮轨温度进行测量与分析，来找出温度变化时轮轨之间的各种关系变化。

1.3 论文研究的意义

找出行之有效的降低轮轨噪音的方法是铁路能否持续发展的关键，本文研究的内容基于光纤光栅技术对轮轨接触点温度进行测量，我们团队已经设计出轮轨试验台来模拟铁路和铁轨，这样可以在试验台对轮轨接触点进行温度测量，而避免了进行实地测量，进而简化试验条件和周期，提高试验效率。而光纤光栅对温度和应变同时敏感，采用光纤光栅技术可以同时测量出温度和应变的变化，对本实验的研究起到了一石二鸟的作用。

1.4 研究（设计）拟采用的技术方案及措施

采用光纤光栅传感技术对轮轨接触点的温度进行测量并对温度信号进行采集和分析，通过计算分析得到温度的变化值。具体流程如图1.1所示：