CN102107666A - 串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 - Google Patents
串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102107666A CN102107666A CN201110004614.3A CN201110004614A CN102107666A CN 102107666 A CN102107666 A CN 102107666A CN 201110004614 A CN201110004614 A CN 201110004614A CN 102107666 A CN102107666 A CN 102107666A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- fiber grating
- reflectivity
- sensing head
- centre wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
一种串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，该系统的宽带光源(1)接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测器(5)。传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头第n传感头串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。第一至第n传感头上光纤光栅的中心波长一致；第一至第n传感头中，任意两个传感头中k个光纤光栅的反射率不完全相同。每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m时，传感头数量n＝mk。该系统结构简单，价格便宜，能实现长距离、大范围的监测。
Description
技术领域
本发明涉及串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。
背景技术
在高速铁路中，目前国内外高速铁路建设中对异物侵限的监控主要以红外对射探测器和电网传感器为重，视屏监控为辅的方式。红外对射探测检测方案为非接触式、安装方便、易于维护、成本适中，但是由于其测量介质为红外线，其灵敏度和精度易受到外界干扰影响，并且红外线测量不能感知异物的质量，易受周围飘落物的影响，产生一定的误报率，这限制了它的使用。电网监测不会产生误报，对现场实际状况的适应能力比较强，可以根据防护网的形状尺寸任意扩展，但是当落物积累在防护网上时，监测信息则无法上传。
近光纤光栅传感器是20世纪90年代发展起来的一种新型全光纤无源器件，光纤光栅传感具有光纤传输系统的不带电、抗射频、抗电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压、耐电离辐射、重量轻、体积小、具有大信号传输带宽、便于形成智能材料和工程结构结合等优点，近年来得到了极大的发展。到目前为止，光纤光栅传感器已经应用于磁场、电流、声音、温度以及压力等物理量的测量，另外它还可以实现多参数分布式传感测量。随着我国铁路建设的不断深入，铁路逐渐开始深入一些偏远的山区，路况复杂，自然灾害频繁。传统的电子传感器无法在恶劣的环境下工作，而光纤光栅传感器具有精度高、轻巧且能承受极端条件等优点，集传感与传输与一体，可以实现远距离测量与监控，一次测定就可以获取整个光纤分布区域的分布图，能够测量长距离的信息，因此整体的成本大大降低。此外，铁路状况如果不及时通报并解决，可能会发生灾难性的后果，这就需要有一种长期可靠有安全的监测系统。传统的电子传感器具有一定的安全隐患，并且使用寿命也有限，而光纤光栅传感器是以光作为载体、光纤作为媒介、感知和传感外界信号，在实现物理测量的同时可以实现信号传输，在解决信号衰减和抗干扰方面有着无法比拟的优势，是一种理想的传感元器件。由于实际应用中大范围、大监测距离的需要，往往需要大容量的监测系统。传统的光纤光栅传感监测系统是利用单个光纤光栅作为传感头，由于光源带宽的限制，这样使得整个传感系统所能串联的传感头有限，并不能满足实际应用的需要。大容量编码式光纤光栅传感监测系统，CN200310111529.2提出了一种大容量光纤光栅传感监测系统，但是其传感光纤光栅阵列中单光栅的波长均不相同，制作起来相对麻烦；测量范围越大，所需要的传感头数量越多，其编码方式也相对越复杂；采用了两个光源、两个Y型分路器、两个解调器，系统的整体造价比较昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一中结构简单、制作方便、廉价实用且测量范围大的串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统。
本发明的技术方案：
一种串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，该系统的宽带光源的输出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接传感光纤光栅阵列，三端口耦合器的第三端口接可调滤波器的一端，可调滤波器的另一端接光电探测器。
传感光纤光栅阵列由第一传感头、第二传感头、......、第n传感头串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第n传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全相同。
每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量n＝mk。
本发明的有益效果：本发明提出的串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，结构简单，易于实现；只需要可调滤波器就可以判断出探测点附近发生了火灾，不需要高昂的解调设备，价格便宜，性价比高；采用多光纤光栅制作传感头，各个传感头对应的光纤光栅中心波长一致、反射率不同，增大了传感系统的容量，能实现长距离、大范围的监测。
附图说明
图1串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一，见图1，一种串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，该系统的宽带光源1的输出接三端口耦合器的第一端口21，三端口耦合器的第二端口22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。
传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32、......、第九传感头39串联连接组成；每个传感头由两个中心波长不同的光纤光栅组成。
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第9传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全个同。
第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
本实施例中的第一和第二光纤光栅的中心波长分别为1550.1nm和1550.5nm；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值1％，50％，99％。
本实施例的传感头个数为n＝mk＝32＝9个，其中m为反射率取值个数，k为每个传感头上光纤光栅的个数。
实施例二，见图1，一种串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，该系统的宽带光源1的输出接三端口耦合器的第一端口21，三端口耦合器的第二端口22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。
传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32、......、第二十七传感头327串联连接组成；每个传感头由三个中心波长不同的光纤光栅组成。
第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第十八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第二十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第二十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第二十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第二十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
本实施例中的第一、第二和第三光纤光栅的中心波长分别为1551.8nm、1552.0nm和1552.2nm；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值5％，45％，80％。
本实施例的传感头个数为n＝mk＝33＝27个，其中m为反射率取值个数，k为每个传感头上光纤光栅的个数。
根据所需要测量的范围的大小来选择每个传感头上光纤光栅的个数以及光纤光栅反射率的取值个数。
串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统的宽带光源1发出的光进过三端口耦合器2进入传感光纤光栅阵列3；传感光纤光栅阵列3反射回来的信号进入可调滤波器4。每个传感头上多个光纤光栅对所测点的温度进行编码，可调滤波器4的波长按火灾报警要求设定为一定值，在正常情况下，传感头上的光纤光栅对应的波长小于可调滤波器4的滤波波长，可调滤波器4的输出端口无光输出；当任意测量点所在的温度升高时，将该测量点引起该测量点的k个光纤光栅的中心波长发生变化。一旦测量点环境温度达到所设的报警点时，该测量点的k个光纤光栅的中心波长与可调滤波器设置的滤波波长相同，可调滤波器4有光输出，光电探测器5探测到光信号。由于每个传感头所对应的k个光纤光栅的反射率不完全相同，当轨道发生危险情况时，根据光电探测器5所接受的功率信号的多少来判断出是哪个传感头附近发生了危险。
本发明所使用的器件均为市售器件。
Claims (3)
1.一种串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，该系统的宽带光源(1)的输出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测器(5)；其特征在于：
传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头(31)、第二传感头(32)、......、第n传感头(3n)串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。
2.根据权利要求1所述的串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，其特征在于：
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第n传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全相同。
3.根据权利要求1所述的串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统，其特征在于：
每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量为n＝mk。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110004614.3A CN102107666A (zh) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | 串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110004614.3A CN102107666A (zh) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | 串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102107666A true CN102107666A (zh) | 2011-06-29 |
Family
ID=44171980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110004614.3A Pending CN102107666A (zh) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | 串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102107666A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105841843A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-08-10 | 小牛动力（武汉）新能源技术有限公司 | 电池组内部的光纤光栅网络布置结构 |
| CN110160626A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-23 | 武汉理工大学 | 全时全域光栅阵列地铁隧道结构安全监测系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410404A (en) * | 1993-11-30 | 1995-04-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber grating-based detection system for wavelength encoded fiber sensors |
| CN1363828A (zh) * | 2002-02-08 | 2002-08-14 | 武汉理工大学 | 全同光纤光栅温度监测报警系统 |
| US6489606B1 (en) * | 2000-04-07 | 2002-12-03 | Cidra Corporation | Bragg grating sensor system with spectral response or code division multiplexing |
| CN101383676A (zh) * | 2008-10-14 | 2009-03-11 | 李东升 | 采用码分多址实现光纤光栅自相关数字解调方法及其系统 |
| CN101908268A (zh) * | 2010-07-23 | 2010-12-08 | 北京交通大学 | 一种基于光纤光栅的监测系统 |
-
2011
- 2011-01-11 CN CN201110004614.3A patent/CN102107666A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410404A (en) * | 1993-11-30 | 1995-04-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber grating-based detection system for wavelength encoded fiber sensors |
| US6489606B1 (en) * | 2000-04-07 | 2002-12-03 | Cidra Corporation | Bragg grating sensor system with spectral response or code division multiplexing |
| CN1363828A (zh) * | 2002-02-08 | 2002-08-14 | 武汉理工大学 | 全同光纤光栅温度监测报警系统 |
| CN101383676A (zh) * | 2008-10-14 | 2009-03-11 | 李东升 | 采用码分多址实现光纤光栅自相关数字解调方法及其系统 |
| CN101908268A (zh) * | 2010-07-23 | 2010-12-08 | 北京交通大学 | 一种基于光纤光栅的监测系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105841843A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-08-10 | 小牛动力（武汉）新能源技术有限公司 | 电池组内部的光纤光栅网络布置结构 |
| CN110160626A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-23 | 武汉理工大学 | 全时全域光栅阵列地铁隧道结构安全监测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104977233B (zh) | 水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统与方法 | |
| CN101968161B (zh) | 基于分布式光纤偏振传感器的智能管道自动预警系统 | |
| CN101852627B (zh) | 提高分布式光纤传感器探测性能的编码技术及其用途 | |
| CN202204524U (zh) | 一种布里渊和拉曼同时检测的分布式光纤传感装置 | |
| CN102313568A (zh) | 一种布里渊和拉曼同时检测的分布式光纤传感装置 | |
| CN104454007A (zh) | 一种基于多纤芯光纤的煤矿安全预警系统 | |
| CN201780648U (zh) | 一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统 | |
| CN201903411U (zh) | 基于光纤光栅温度传感器的电力设备温度在线监测系统 | |
| CN104627205A (zh) | 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统 | |
| CN204789261U (zh) | 水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统 | |
| CN101956567B (zh) | 一种本质安全的全光纤井下监测系统 | |
| CN102095437A (zh) | 强度光纤光栅组列车实时定位检测系统 | |
| CN103900486A (zh) | 防护网监测系统 | |
| CN203572595U (zh) | 一种光纤温度振动传感器及综合监控装置 | |
| CN201604664U (zh) | 一种异物侵限监控装置 | |
| CN102107666A (zh) | 串联式光纤光栅铁路安全运行监控系统 | |
| CN103177531B (zh) | 铁路沿线泥石流灾害监测 | |
| JP2008309497A (ja) | 光ファイバセンサ | |
| CN204368189U (zh) | 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统 | |
| CN207300447U (zh) | 基于光纤传感技术的桥梁安全监控设备 | |
| CN203894890U (zh) | 一种变电站u型周界入侵检测系统 | |
| CN204007705U (zh) | 一种光纤光栅变压器在线监测系统 | |
| CN103196475A (zh) | 温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统 | |
| Datta et al. | Challenges and opportunities in distributed anti-Stokes Raman thermometry | |
| CN203177997U (zh) | 由光纤光栅及分布式光纤相结合的定位测温装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110629 |