基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是光纖傳感領(lǐng)域，是基于布拉格光纖光柵傳感器和光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。布拉格光纖光柵傳感器對(duì)振動(dòng)的靈敏度很高，且光纖質(zhì)量輕，價(jià)格便宜，十分適用于對(duì)鐵路防護(hù)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路防護(hù)網(wǎng)異物監(jiān)測(cè)主要是指通過(guò)在鐵路沿線設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，并在防護(hù)網(wǎng)上安裝相應(yīng)的傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)山石或其他異物對(duì)鐵路入侵的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和有效預(yù)警，以降低異物入侵對(duì)鐵路運(yùn)輸造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失。
[0003]我國(guó)鐵路部門在公路鐵路并行段、公路(橋梁)跨鐵路段等地點(diǎn)設(shè)置剛性防護(hù)網(wǎng)并在網(wǎng)上安裝電網(wǎng)式異物侵限傳感器，一旦有異物侵限事件發(fā)生，撞壞防護(hù)網(wǎng)，通過(guò)電網(wǎng)感應(yīng)的方式即可向調(diào)度中心告警。但這種傳統(tǒng)的電網(wǎng)傳感技術(shù)存在易受電磁干擾和雷擊、電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸可靠性差、后期使用維護(hù)費(fèi)用高、傳輸電纜斷裂或停電會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)等技術(shù)難題。
[0004]基于光纖光柵傳感的鐵路防護(hù)網(wǎng)異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其傳感器采用光纖布拉格光柵傳感器。與傳統(tǒng)的電類傳感器相比，光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、防雷擊、光信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本實(shí)用新型的目的是提供基于布拉格光柵傳感器的鐵路防護(hù)網(wǎng)異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使之具有以下優(yōu)點(diǎn):第一，可以精確定位防護(hù)網(wǎng)被破壞的位置；第二，在防護(hù)網(wǎng)某處被破壞后系統(tǒng)仍然能夠正常監(jiān)測(cè)。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的具體手段是:
[0007]基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)光學(xué)通路、硬件解調(diào)裝置和上位機(jī)判斷防護(hù)網(wǎng)是否受到異物侵限，光學(xué)通路包括:寬帶光源101輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器102，即光耦合器器件聯(lián)接基于布拉格光柵傳感器的光纖傳感器閉合測(cè)量鏈路，最后通過(guò)光電探測(cè)器將測(cè)量信號(hào)輸入光纖光柵解調(diào)儀601，光纖光柵解調(diào)儀解調(diào)出各光柵中心波長(zhǎng)的變化后將解調(diào)信號(hào)輸入上位機(jī)701，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)解調(diào)信號(hào)波形的顯示和分析，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，對(duì)是否發(fā)生異物侵限事件做出判斷，輸出報(bào)警信號(hào)801。
[0008]其具體的光路系統(tǒng)可采用兩種方式:
[0009]方案一具體光路構(gòu)成為:輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器102后由光耦合器201將光信號(hào)分成兩路，一路通過(guò)第一環(huán)形器401，使光纖中的反射光信號(hào)返回到第一環(huán)形器401，透射光信號(hào)到達(dá)第二環(huán)形器402 ;另一路反射信號(hào)返回第二環(huán)形器402，透射信號(hào)到達(dá)反射器401 ;當(dāng)無(wú)異物侵限事件發(fā)生時(shí)，整個(gè)光纖鏈路900雙向?qū)?；第一探測(cè)器501和第二探測(cè)器502分別將第一環(huán)形器401和第二環(huán)形器402的測(cè)量信號(hào)輸入光纖光柵解調(diào)儀601。
[0010]方案二具體光路構(gòu)成為:輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器102后再通過(guò)環(huán)形器403、光開(kāi)關(guān)701將整個(gè)光纖光柵傳感器鏈路形成閉合環(huán)路。
[0011]采用如上的設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的有益之處體現(xiàn)為:
[0012]1、在傳感器的布置上，所有布拉格光纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)按照短波長(zhǎng)到長(zhǎng)波長(zhǎng)的順序(或相反順序)安裝在防護(hù)網(wǎng)固定柱上。這種設(shè)計(jì)方法的好處在于如果防護(hù)網(wǎng)有一處發(fā)生異物侵限事件而斷裂，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確確定斷裂位置附近傳感器的位置，從而對(duì)防護(hù)網(wǎng)斷裂處進(jìn)行快速定位。
[0013]2、布拉格光柵傳感器在防護(hù)網(wǎng)上被很好地保護(hù)起來(lái)，因而在防護(hù)網(wǎng)某處遭到破壞后，僅光纖會(huì)發(fā)生斷裂，而光柵傳感器不易發(fā)生損壞。此時(shí)所有光柵傳感器正常工作，系統(tǒng)給出當(dāng)前異物侵限報(bào)警信號(hào)及其準(zhǔn)確位置，同時(shí)還能對(duì)其他位置的異物侵限事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。即使該位置的光纖光柵傳感器被破壞，其他位置的光柵傳感器仍能正常工作，對(duì)其他位置的異物侵限事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
:
[0014]圖1 (a)為方案一的原理設(shè)計(jì)圖，圖1 (b)為其測(cè)量的光譜示意圖。
[0015]圖2為方案二的原理設(shè)計(jì)圖和測(cè)量的光譜示意圖。
[0016]圖3為傳感器安裝示意圖。
[0017]圖4為防護(hù)網(wǎng)上光纖光柵傳感器安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0019]圖1 (a)中，寬帶光源101輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器102，由光耦合器201將光信號(hào)分成兩路。一路通過(guò)第一環(huán)形器401，光纖中的反射光信號(hào)返回到第一環(huán)形器401，透射光信號(hào)到達(dá)第二環(huán)形器402 ;另一路反射信號(hào)返回第二環(huán)形器402，透射信號(hào)到達(dá)第一環(huán)形器401。當(dāng)無(wú)異物侵限事件發(fā)生時(shí)，整個(gè)光纖鏈路900雙向?qū)ā?br>[0020]此時(shí)，PDl (501)和Η)2(502)檢測(cè)到反射信號(hào)和透射信號(hào)的光強(qiáng)的疊加值，即光源的光譜圖，如圖1(b)所示。光纖光柵傳感器(901、901’、902、902’、903…)固定在防護(hù)網(wǎng)支架上，該位置與光柵傳感器的中心波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
[0021]光信號(hào)傳輸可以使用鎧裝光纜或?qū)⒐饫w安放在特制的保護(hù)管道中。光纖沿防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)孔布設(shè)，當(dāng)防護(hù)網(wǎng)某處發(fā)生異物侵限事件，該點(diǎn)防護(hù)網(wǎng)遭到破壞，固定在該位置防護(hù)網(wǎng)上的傳感光纖900發(fā)生斷裂。
[0022]探測(cè)器501和502的測(cè)量信號(hào)輸入光纖光柵解調(diào)儀601解調(diào)出各光柵中心波長(zhǎng)的變化。解調(diào)信號(hào)輸入上位機(jī)602，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，對(duì)是否發(fā)生異物侵限事件做出判斷，輸出報(bào)警信號(hào)603。
[0023]光柵傳感器可以其按布拉格波長(zhǎng)由小到大(或由大到小)的順序固定在鐵路防護(hù)網(wǎng)上，也可以按任意順序固定。系統(tǒng)根據(jù)光纖斷裂后接收信號(hào)光譜圖的變化來(lái)定位斷裂處的位置。
[0024]如果發(fā)生異物侵限事件，PDl和PD2只能分別檢測(cè)到對(duì)應(yīng)數(shù)量光纖光柵傳感器反射的回光信號(hào)。假設(shè)異物侵限事件發(fā)生，第4、5個(gè)光纖光柵傳感器之間的防護(hù)網(wǎng)發(fā)生破損，該位置上安裝的光纖將發(fā)生斷裂。假設(shè)共有8個(gè)光纖光柵傳感器，則兩個(gè)探測(cè)器分別只接收到4個(gè)光纖光柵傳感器返回信號(hào)，上位機(jī)602通過(guò)數(shù)據(jù)分析給出報(bào)警信號(hào)及異物侵限的準(zhǔn)確位置。接收信號(hào)光譜如圖1(b)所示。
[0025]此時(shí)，若在另一處防護(hù)網(wǎng)也被破壞，系統(tǒng)也能夠檢測(cè)出其位置，并給出報(bào)警信號(hào)。
[0026]圖2是方案二的結(jié)構(gòu)示意圖。寬帶光源101輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器102，再通過(guò)環(huán)形器403。該方案利用光開(kāi)關(guān)701將整個(gè)光纖光柵傳感器鏈路形成一個(gè)閉合環(huán)路，該環(huán)路對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量區(qū)域。光開(kāi)關(guān)交替選通正反、向測(cè)量通道。光纖中的反射光信號(hào)返回到環(huán)形器403，并由探測(cè)器503將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光纖光柵解調(diào)儀601解調(diào)出各光柵中心波長(zhǎng)的變化。解調(diào)信號(hào)輸入上位機(jī)602，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，對(duì)是否發(fā)生異物侵限事件做出判斷，輸出報(bào)警信號(hào)603。
[0027]701可以選用多路光開(kāi)關(guān)，假設(shè)701是8路光開(kāi)關(guān)，則該系統(tǒng)可以測(cè)量4個(gè)區(qū)域。
[0028]當(dāng)無(wú)異物侵限事件發(fā)生時(shí)，假設(shè)整個(gè)測(cè)量環(huán)路中放置8個(gè)傳感光柵傳感器，則兩通道分別檢測(cè)到信號(hào)的光譜如圖3所示，所有光柵的反射光譜都能測(cè)量到。
[0029]當(dāng)異物侵限事件發(fā)生時(shí)，防護(hù)網(wǎng)遭到破壞，固定在防護(hù)網(wǎng)上的光纖隨之?dāng)嗔?，光纖光柵傳感器閉合環(huán)路斷開(kāi)。此時(shí)，通道一和通道二只能檢測(cè)相應(yīng)數(shù)量傳感器的反射信號(hào)。如圖3所示，假設(shè)第3、4個(gè)光柵之間的防護(hù)網(wǎng)被破壞，連接這兩個(gè)光柵傳感器之間的光纖發(fā)生斷裂，則正向測(cè)量通道僅接收到3個(gè)光柵返回光信號(hào)，而反向測(cè)量通道能夠接收到其他5個(gè)。由于傳感器的中心波長(zhǎng)按照一定的順序布置在鐵路防護(hù)網(wǎng)上，因此根據(jù)接收信號(hào)光譜的變化能快速確定光纖斷裂的位置。
[0030]圖4所示為防護(hù)網(wǎng)上光纖光柵傳感器安裝示意圖，圖中301表示的是防護(hù)網(wǎng)的固定支架，用于粘貼封裝好的傳感器，302表示防護(hù)網(wǎng)，303表示布拉格光纖傳感器，304表示防護(hù)網(wǎng)底部固定結(jié)構(gòu)。兩個(gè)支架上安裝的光纖光柵傳感器之間用光纖900連接，光纖沿防護(hù)網(wǎng)的網(wǎng)孔固定在防護(hù)網(wǎng)302上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)光學(xué)通路、硬件解調(diào)裝置和上位機(jī)判斷防護(hù)網(wǎng)是否受到異物侵限，光學(xué)通路包括:寬帶光源(101)輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器(102)，即光耦合器器件聯(lián)接基于布拉格光柵傳感器的光纖傳感器閉合測(cè)量鏈路，最后通過(guò)光電探測(cè)器將測(cè)量信號(hào)輸入光纖光柵解調(diào)儀(601)，光纖光柵解調(diào)儀解調(diào)出各光柵中心波長(zhǎng)的變化后將解調(diào)信號(hào)輸入上位機(jī)(701)，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)解調(diào)信號(hào)波形的顯示和分析，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，對(duì)是否發(fā)生異物侵限事件做出判斷，輸出報(bào)警信號(hào)(801)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，具體光路構(gòu)成為:輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器(102)后由光耦合器(201)將光信號(hào)分成兩路，一路通過(guò)第一環(huán)形器(401)，使光纖中的反射光信號(hào)返回到第一環(huán)形器(401)，透射光信號(hào)到達(dá)第二環(huán)形器(402);另一路反射信號(hào)返回第二環(huán)形器(402)，透射信號(hào)到達(dá)第一環(huán)形器(401);當(dāng)無(wú)異物侵限事件發(fā)生時(shí)，整個(gè)光纖鏈路(900)雙向?qū)?；第一探測(cè)器(501)和第二探測(cè)器(502)分別將第一環(huán)形器(401)和第二環(huán)形器(402)的測(cè)量信號(hào)輸入光纖光柵解調(diào)儀(601)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，具體光路構(gòu)成為:輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)F-P腔可調(diào)諧濾波器(102)后再通過(guò)環(huán)形器(403)、光開(kāi)關(guān)(701)將整個(gè)光纖光柵傳感器鏈路形成閉合環(huán)路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光開(kāi)關(guān)為多路光開(kāi)關(guān)，多路光開(kāi)關(guān)聯(lián)接相應(yīng)多條路閉合環(huán)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，光纖光柵傳感器按布拉格波長(zhǎng)由小到大或由大到小的順序固定在鐵路防護(hù)網(wǎng)上；系統(tǒng)根據(jù)光纖斷裂后接收信號(hào)的光譜圖來(lái)定位斷裂處的位置。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于光纖光柵傳感器閉環(huán)回路的鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該實(shí)用新型設(shè)計(jì)包括光源，光開(kāi)關(guān)，環(huán)形器，布拉格光柵傳感器，光電探測(cè)器(PD)以及終端解調(diào)系統(tǒng)。布拉格光纖光柵傳感器布置在鐵路防護(hù)網(wǎng)固定支架上，保護(hù)傳感器以免遭受破壞。PD探測(cè)器接收布拉格光柵反射/透射光信號(hào)，傳至終端解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)出各傳感器中心波長(zhǎng)的變化。光纖鏈路緊貼防護(hù)網(wǎng)，并固定在防護(hù)網(wǎng)上?？捎糜阼F路防護(hù)網(wǎng)異物侵限實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
【IPC分類】B61L23-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204368189
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420804394
【發(fā)明人】張志勇, 閆連山, 邵理陽(yáng), 潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 黃微衛(wèi), 羅源
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日