近日，香港理工大學(xué)的研究人員們開發(fā)了一種用于測(cè)量火車加速度和振動(dòng)的新型傳感器。這款新型光纖加速度傳感器可檢測(cè)到的頻率，是傳統(tǒng)光纖加速度計(jì)的兩倍多，還可與人工智能相結(jié)合，以防止鐵路事故和災(zāi)難性的火車出軌。另外，該加速計(jì)還可用于建筑物和橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，以及飛機(jī)機(jī)翼的振動(dòng)測(cè)量。 這款新型光纖加速度計(jì)采用了一種保持偏振的光子晶體光纖，圖自O(shè)SA期刊網(wǎng)站。

　　研究人員介紹說，每年火車事故都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故，這款新型光纖加速度傳感器可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路軌道或火車的缺陷，在事故發(fā)生前查明問題所在。

　　研究人員在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)期刊《光學(xué)快報(bào)》上描述了他們的新型加速計(jì)。該設(shè)備可檢測(cè)到的頻率，是傳統(tǒng)光纖加速度計(jì)的兩倍多。因此，適合監(jiān)測(cè)輪軌之間的相互作用。這種耐用的傳感器不含移動(dòng)部件，能在鐵路交通中常見的嘈雜和高壓環(huán)境里工作良好。研究人員表示，除了鐵路監(jiān)測(cè)，這些新的加速度計(jì)還可以用于其他振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，例如，建筑物和橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)以及飛機(jī)機(jī)翼的振動(dòng)測(cè)量。

　　目前，研究人員開發(fā)的相關(guān)系統(tǒng)，已在香港和新加坡投放安裝。研究人員稱，全計(jì)光傳感網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗�不受電磁干擾，傳輸距離長(zhǎng)，傳感器不需要電力。然而，鐵路系統(tǒng)需要優(yōu)化的光纖傳感器來測(cè)量不同的參數(shù)。

　　通常用于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的光纖加速度計(jì)，是基于光纖布拉格光柵(FBGs)的，不能用于探測(cè)高于500赫茲的振動(dòng)。雖然這對(duì)于大多數(shù)鐵路應(yīng)用來說已經(jīng)足夠，但它不能用于測(cè)量輪軌之間的相互作用，而輪軌之間的相互作用是造成軌道磨損的一個(gè)重要原因。

　　為解決這個(gè)問題，研究人員設(shè)計(jì)了一種新的光纖加速計(jì)，它使用一種特殊的光纖，稱為保偏光子晶體光纖，這種光纖盤繞成直徑只有15毫米的圓盤狀。纏繞的光纖粘接在不銹鋼基體和圓柱形塊體之間。當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，質(zhì)量塊按與振動(dòng)頻率相匹配的頻率壓緊纏繞纖維。這種外力使光纖中的光波長(zhǎng)發(fā)生可測(cè)量的位移。

　　在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)新型加速度計(jì)的原型，進(jìn)行了徹底測(cè)試后，研究人員將該裝置安裝在一輛現(xiàn)役列車上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。他們還安裝了一個(gè)基于光纖布拉格光柵的加速度計(jì)和一個(gè)壓電加速度計(jì)進(jìn)行比較。

　　他們發(fā)現(xiàn)，新的光纖加速度計(jì)以一種類似壓電加速度計(jì)的方式檢測(cè)加速度。然而，壓電傳感器需要昂貴的屏蔽電纜，來降低電磁干擾噪聲的影響�；�于光纖布拉格光柵的加速度計(jì)，在高頻下無(wú)法很好地工作，噪聲掩蓋了一些有用的振動(dòng)信息。 　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研制的新加速度計(jì)比現(xiàn)有的用于監(jiān)測(cè)列車加速度的加速度計(jì)性能要好得多。

　　在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了一種商用的保偏光子晶體光纖，并基于此設(shè)計(jì)制造了一種更小外徑、更低彎曲損耗、更高雙折射的新型光纖，所有這些都將使他們能夠制造出一個(gè)更小、靈敏度更高的加速度計(jì)。這些新的加速度計(jì)可以提供數(shù)據(jù)，支持鐵路行業(yè)實(shí)施人工智能，從而開啟新的傳感和監(jiān)測(cè)可能性。雖然鐵路監(jiān)控，是光纖傳感與人工智能結(jié)合的一個(gè)很好的例子，但在未來，這種結(jié)合在其他一些行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域也很有前景。