光纖自上世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，就被應(yīng)用于傳感。 初的光纖傳感器仍是基于傳統(tǒng)的測(cè)量原理，光纖只是用來(lái)傳輸遠(yuǎn)距離和難以接收到的信號(hào)。近年來(lái)，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，許多影響光通信質(zhì)量的因素研究，大量新的光纖測(cè)量手段也不斷涌現(xiàn)。目前，光纖傳感器正朝著微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
光纖傳感器具有許多優(yōu)異的性能：光纖中傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)， 不受電磁干擾的影響，信號(hào)可以以較小的損耗傳輸很遠(yuǎn)的距離；光纖的材料石英玻璃是很好的絕緣體，光纖傳感器的耐壓等級(jí)很高；光纖傳感器在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)不帶電信號(hào)，沒(méi)有產(chǎn)生電火花，起火爆炸的危險(xiǎn)。光纖傳感器還具有體積小、質(zhì)量輕、、響應(yīng)等特點(diǎn)，非常適合在各種惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的參數(shù)測(cè)量。
隨著機(jī)車(chē)向重載化、高速化的方向發(fā)展，其所處的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。目前在軌道大量使用的傳統(tǒng)型電類(lèi)傳感器，其在抗電磁干擾能力、絕緣耐壓性能等方面越來(lái)越難滿(mǎn)足需求，而這正是光纖傳感器的優(yōu)越性所在。同時(shí)，隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展，鐵路災(zāi)害防治的問(wèn)題也愈加突出；光纖傳感器己經(jīng)成功應(yīng)用于橋梁、建筑的健康監(jiān)測(cè)，其相關(guān)技術(shù)可以引入鐵路災(zāi)害防治。目前光纖傳感器作為一門(mén)新興的技術(shù)，在軌道交通的應(yīng)用還較為少見(jiàn)。
光纖傳感器在軌道有很好的應(yīng)用前景，例如，由于光纖傳感器具有良好的抗電磁干擾性能和絕緣性能，適合于列車(chē)溫度、速度的測(cè)量；由于光纖光柵傳感器具有、傳感器外殼體積小、能夠串聯(lián)組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可以用于列車(chē)健康監(jiān)測(cè)和橋梁、隧道的健康監(jiān)測(cè)；由于分布式光纖傳感器成本較低、可長(zhǎng)距離連續(xù)測(cè)量，可解決鐵路沿線(xiàn)的泥石流監(jiān)測(cè)和鐵路電力傳輸網(wǎng)的結(jié)冰監(jiān)測(cè)問(wèn)題。
1、高電壓環(huán)境下電機(jī)溫度的測(cè)量
列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向架上的電機(jī)溫度，現(xiàn)在列車(chē)上大量使用的是鉑電阻式溫度傳感器，這種傳感器在電機(jī)溫度的測(cè)量中可能出現(xiàn)因耐壓絕緣不夠而導(dǎo)致線(xiàn)路燒毀的問(wèn)題；同時(shí)由于鉑電阻體積很小，容易發(fā)生引線(xiàn)斷裂、短路的故障。
使用熒光光纖溫度傳感器可以很好地解決以上問(wèn)題。一方面光纖傳感器沒(méi)有金屬傳感器配件，絕緣性能良好；另一方面它只需要一根光纖就能進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)上 為牢固。同時(shí)，熒光光纖傳感器成本較低，測(cè)量電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，適合于電機(jī)的溫度測(cè)量。
2、列車(chē)車(chē)廂監(jiān)控
列車(chē)需要對(duì)車(chē)廂中的溫度進(jìn)行測(cè)量，以達(dá)到監(jiān)控的目的。目前列車(chē)上主要使用煙霧警報(bào)器和紅外警報(bào)器來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，但這類(lèi)系統(tǒng)存在兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是它們只能在火災(zāi)發(fā)展到明火階段后才能發(fā)現(xiàn)，無(wú)法將火災(zāi)消滅在隱患階段；二是它們的性較差，常發(fā)生誤報(bào)，例如乘客在車(chē)上吸煙時(shí)就會(huì)觸發(fā)煙霧警報(bào)器。
目前有一種基于光纖拉曼散射的分布式光纖拉曼溫度傳感器，它可以利用一根普通光纜對(duì)數(shù)公里范圍內(nèi)光纜周?chē)沫h(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度達(dá)到±1℃，它還可以對(duì)測(cè)量點(diǎn)的位置進(jìn)行 定位，精度可以達(dá)到1m以?xún)?nèi)。利用該傳感器進(jìn)行消防監(jiān)控，可以在溫度發(fā)生異常時(shí)就進(jìn)行警報(bào)，將事故消滅在萌芽階段。該傳感器目前己經(jīng)廣泛應(yīng)用于管道泄漏監(jiān)測(cè)、地鐵隧道消防監(jiān)控、電纜溝消防監(jiān)控，在車(chē)廂監(jiān)控中也有著潛在的應(yīng)用前景。
3、高電壓環(huán)境下輪軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量
現(xiàn)在列車(chē)上測(cè)量車(chē)輪速度的傳感器主要有三種：光電式、霍爾式和磁電式，其中光電式傳感器是通過(guò)光電碼盤(pán)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。這種傳感器有絕緣耐壓和電磁干擾兩個(gè)方面的問(wèn)題： 先當(dāng)車(chē)輪與軌道之間導(dǎo)電不良時(shí)，光電碼盤(pán)上會(huì)存在高電壓，從而導(dǎo)致光電傳感器發(fā)生擊穿、燒毀的現(xiàn)象；其次光電速度傳感器的信號(hào)受到電磁干擾時(shí)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，在停車(chē)或啟動(dòng)期間會(huì)發(fā)生速度跳變問(wèn)題。
光纖傳感器抗電磁干擾，耐壓等級(jí)高，耐溫等級(jí)也要高于普通電子元器件，適合于機(jī)車(chē)輪軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量?？煽紤]采用基于光纖碼盤(pán)的光纖傳感器，將光電碼盤(pán)替換為光纖碼盤(pán)，使測(cè)量電路遠(yuǎn)離測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，可以地提高光電速度傳感器的耐壓等級(jí)和抗電磁干擾能力。
目前我國(guó)的軌道交通正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。軌道系統(tǒng)智能控制與智能決策的前提就是信息量的及時(shí)、準(zhǔn)確獲取。研究光纖傳感器在軌道交通的應(yīng)用，不僅能夠提高信息獲取的性與準(zhǔn)確性，還能夠?qū)鹘y(tǒng)的測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)充和延伸，對(duì)于提升我國(guó)軌道交通裝備智能化以及交通系統(tǒng)智能化有著積極意義。
