相信我們都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高鐵給我們的出行帶來的便捷。現(xiàn)代高速列車的時速可達(dá)300公里。在這樣高的速度下，列車所有部件都要承受特殊負(fù)載，就必然會導(dǎo)致列車能量供應(yīng)不穩(wěn)定。本文主要分享應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的解決方案。

1、高速列車面臨的挑戰(zhàn)

　　現(xiàn)代高速列車的最高速度可達(dá) 300 公里/小時。所有部件都要承受特殊負(fù)載——受電弓也是如此(如圖 1)。受電弓是能源供應(yīng)的核心，必須始終與架空線保持良好的接觸。然而，由于強風(fēng)，列車在高速行駛時經(jīng)常會出現(xiàn)接觸問題。受電弓開始振動，導(dǎo)致接觸面(也在架空線上)高度磨損，并導(dǎo)致列車的能量供應(yīng)不穩(wěn)定。

圖1：帶光纖傳感器的受電弓

2、構(gòu)想

　　我們的想法是，開發(fā)一個測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以檢測發(fā)生的振動并調(diào)整氣壓，而不會從旅程開始就設(shè)置過高的接觸壓力。必須特別注意的是，由于存在高電壓和高電流，所有的電子傳感器都無法使用，這會妨礙可靠的數(shù)據(jù)采集。

3、解決方案

　　我們選擇了一個光纖測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在不受惡劣電氣環(huán)境的影響下，提供可靠的數(shù)據(jù)。傳感器(圖2)將安裝在受電弓的左側(cè)和右側(cè)底部，并用特殊的電纜扎帶固定。光纜沿著受電弓固定在車頂上(圖1)，在那里它們與一個專門開發(fā)的堅固插頭連接，并通向車廂內(nèi)部。帶有激光源和光電轉(zhuǎn)換器的控制器安裝在列車內(nèi)部(圖3)。

圖2：MEMS加速度計

圖3：光纖控制器

　　為了進(jìn)一步處理，控制器單元提供與 100mV/g 加速度成比例的模擬信號。該信號將被反饋給受電弓的控制器，后者會相應(yīng)地重新調(diào)整接觸壓力。可測量的最大加速度為 50g。該系統(tǒng)自 2015 年開始投入使用，并在惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行了 100 次的驗證。

4、工作原理

　　傳感器的主要部分是一個 MEMS，它有一個反射面。入射光束通過棱鏡被引導(dǎo)到反射鏡上，使反射光束以盡可能高的強度耦合到返回光纖中。如果鏡子因為來自外部的加速度而改變其水平位置，則反射光束的方向會略微移動，并且反射信號的強度會降低。這種降低與來自外部的加速度成正比。

圖4：MEMS傳感器的截面

圖5：不同光強的反射光束

5、關(guān)鍵參數(shù)

6、總結(jié)

　　虹科光纖加速度傳感器系統(tǒng)為測量高壓或危險環(huán)境中的振動和運動提供了一種創(chuàng)新的解決方案。100%全介電無源傳感器，使不受 EMI、RFI、高壓和磁場的影響。它們的機(jī)械設(shè)計非常堅固，可以在環(huán)境中可靠地提供數(shù)據(jù)，從而確保列車平穩(wěn)安全地運行。

多軸光纖加速度傳感器系統(tǒng)

　　廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)傳感器功能受限制的環(huán)境，例如：風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、電動列車受電弓、采礦、高壓發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和變壓器等。

（文章來源：虹科傳感器技術(shù)）