光纤陀螺仪测量轨道平顺度参数的原理及不确定度.pdfVIP

第 4O卷 第 11期 铁路专用计量 1i．4fj NIl_lI {、Ill 、、 《．I、II I】、1i、、}l{l~{}、j 光纤陀螺仪测量轨道平顺度参数的原理及不确定度 刘建国 (昆明铁路局计量所，-X-南 昆明650011) 摘 要：轨道检查仪是替代 “人工弦线法”检测铁路轨道高低、轨向等平顺度参数的重要计量器具，目 前使用的轨道检查仪多采用光纤陀螺仪作为平顺度检测的惯性元件。从光纤陀螺仪的测量原理人手，论述轨 道平顺度参数的检测方法，并对测量结果的不确定度进行分析，以指导轨道检查仪的使用和检定工作。 关键词：轨道平顺度；轨道检查仪；陀螺仪；工作原理；不确定度 中图分类号：U216．3 文献标识码：B 文章编号：1006—9178(2012)11-0014—03 0 引言 铁路轨道的不平顺会加大轮轨之间的振动与冲 击，振动与冲击又进一步增大轨道的不平顺，从而 形成恶性循环。因此，对铁路轨道平顺度各项参数 的检测，关系着乘客乘坐的舒适性和行车安全。对 轨道平顺度的检测主要有人工弦线法、弦测法和惯 性法 (轨迹法)。光纤陀螺仪是一种能够精确确定 运动物体方位的仪器，在现代航空航天、交通和国 (a)系统静止 (b)系统旋转 防工业中，被广泛用作惯性导航仪器。由于光纤陀 圈1 理想环形光路系统中的Sagnae效应 螺仪具有结构紧凑、灵敏度高、工作可靠等优点， 常在轨道检查仪中被用作轨道平顺度检测的惯性元 ． L 2百 CCw=tcw _ 。 件，成为轨道检查仪的关键部件。采用惯性法测量 轨向、高低的平顺度的实质是，按位置测量轨道水 式(1)中，tccW为逆时针方向光的传输时间，s；t 平方向的摆角或垂直方向的俯仰角。 为顺时针方向光的传输时间，s；L为光纤环长度， 131；c为光速，rrds；R为光纤环半径，m。 I 光纤陀螺仪测量基本原理 如图 l(b)所示，在旋转条件下 ，tc 和 ￡咧 光纤 陀螺仪 的工作原理基于萨格纳克 分别为 ： ， (sagnac)效应，理想条件下 ，环形光路系统中的 。w— (2) c—OR ’ 、 Sagnac效应如图1所示。 当 1束光经分束器 M进入同一光学回路时， fCW一： ： 。。 (3) 分成完全相同的2束光 ccⅣ和 c ，分别沿顺时针 式 (2)、式 (3)中，力为旋转角速度，rad／s。 方向(CW)和逆时针方向(CCW)相向传播。当回 由于cz远大于 (·)z，因此，传输时间差 为 路绕垂直于 自身的轴转动时，将使2束光产生相位 △￡：ccw一cw：—4,M 2R 差，相位差的大小与光回路的旋转角速度成比例。 —丁 一 。 (4) 如图 l(a)所示，在无旋转条件下，2束光的