1光纤光栅传感器介绍
光纤传感器作为传感技术的新阶段，它满足了测量的的高精度、远距离和长期性要求。1978年,K.O.Hill等[1]制成了世界上第一根光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）。由于光纤光栅传感器在传感测试等实际应用中的诸多优点，目前光纤光栅传感技术在海洋工程、船舶、土木、航空航天、机械诸多领域广泛应用。
分布式光纤光栅传感器及其解调仪是此次高速列车舒适性测试的核心部件。光纤布拉格光栅（FBG)简称为光纤光栅，分布式光纤光栅是利用紫外激光曝光，使一串本来具有同一纤芯折射率的光纤轴线的纤芯折射率发生永久性改变，形成在光纤的各个节段具有不同的已知的折射率，进而做成一种可测量各种参数的传感元件[2]。
2光纤光栅传感器安装位置说明
根据GB5599-85标准[3]，确定车体加速度传感器布置位置；在车体地板上布置3个测点，测试车体横向和垂向加速度以及纵向加速度。使用的光纤光栅加速度传感器安装在距1、2位心盘（转向架正上方地板位置）一侧1米的车体地板面上，且在车体中心位置（下图位置C处）安装有加速度传感器，测点要求示意图如图2.1。
图2.1 GB5599规定的加速度测量点位置
Fig.2.1 Acceleration measurement point position by GB5599
3 Sperling平稳性指标
对列运运行的垂向和横向振动加速度进行综合评价[4]。根据测试结果，给出平稳性评价指标W₂的计算公式(式3.1、式3.2)。Sperling在其后的研究中又引进频率修正项F(f) (表3.1所示)，提高了评价精度，同时考虑到车体对不同方向的振动敏感性和影响性的差异，将垂向振动和横向振动的评价计算分开评价，从而得到了Sperling公式，国内路线 W₂≤ 2.5为评价的最优目标限值。平稳性指标W₂用下式表示：
其中，F(f)是考虑到人体对不同方向不同振动频率的敏感程度不同，引入的频率修正系数。经过大量的实验测试表明，垂向和横向的F(f)值是不同的。
通常Sperling指标的评定等级如下表所示。
表3.2 Sperling指标评定等级
Table 3.2 Rating of Sperling Index
4试验结果分析
4.1 Sperling平稳性评价方法
乘客乘坐车辆时,承受列车所产生的无规律的非周期振动。根据高等数学知识可知,周期函数可以分解成许多正弦(余弦)函数,非周期函数可以通过傅里叶变换(Fourier Transform)分解为许多简谐函数之和。人们研究舒适度评价方法正是基于这一数学原理进行的[5]。
通过进一步研究,发现振动频率ω不同时,人体的感受不同,因此需要引入频率修正系数F(f),这样,Sperling平稳性指标计算公式就可以写成：
其中，α为振动加速度的最大值。
4.2测试信号的处理
依据Sperling评价方法，考虑频率加权曲线的范围为0.5-40 Hz。对于Sperling方法来说，横向和垂向的敏感频率范围都是3-7Hz；影响横向和垂向平稳性指标的最大权重频率分别是5.4 Hz和5.9 Hz，而横向振动加速度中频率20 Hz以上的成分对横向平稳性的影响，垂向振动加速度中频率26 Hz以上的成分对垂向平稳性指标的影响均较小。
4.3 基于Sperling平稳性指标的计算结果
测试结果见表4.1、表4.2所示。
5结论
由分析结果可得：中部测点位置横向垂向各个速度等级下，测试结果舒适性均为优秀；一位端横向、垂向测点在在100km/h-250km/h，测试舒适度为优秀，在300km/h速度级舒适性良好；二位端横向测点在在100km/h-200km/h速度级下，测试舒适度为优秀，在250km/h-300km/h速度级，舒适性良好；二位端垂向测点在100km/h-250km/h速度级下，测试舒适度为优秀，在300km/h速度级，舒适性良好。通过数据分析车辆中部振动加速度小于车辆端部，在各个测试位置随车体速度提升，车辆振动加速度提升，乘客舒适度降低。
参考文献
[1]HILL K O,FUJIIY.JOHBSON D C.et al.Photosensitivity in optical fiber waveguide:applicaition to reflection filter fabrication[L].Applied Physics Letters,1978.32(10):647-649.
[2] 杨蕊竹.长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究[J].传感技术学报,2011,9(8):11-14.
[3] GB5599-85.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S].北京：中国标准出版社，1985.
[4] 曾京,邬平波.高速列车的稳定性[J].交通运输工程学报,2005,5(2):1-4.
[5] 赵倩.高速铁路旅客舒适度的动力学研究[D]：硕士学位论文.西南交通大学,2012:1-60.
