CN103150859A

CN103150859A - 基于光纤光栅的异物侵限监测系统

Info

Publication number: CN103150859A
Application number: CN2013100414835A
Authority: CN
Inventors: 艾重阳
Original assignee: Beijing Jiaxun Feihong Electrical Co Ltd
Current assignee: Beijing Jiaxun Feihong Electrical Co Ltd
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅的异物侵限监测系统，包括：异物侵限检测系统、监控主机系统和异物侵限感测系统。该异物侵限感测系统用于感测异物侵限信息，并传输至异物侵限检测系统；异物侵限检测系统接收异物侵限信息后，处理并转换为感测信号，传输至监控主机系统；监控主机系统储存并处理异物侵限信息。本发明采用单网片双光网模式，准确定位故障点，实现了故障的快速定位，提高了可用性、安全性和可靠性，节约维修和维护成本。利用本发明可以做到不间断监测，在异物侵限超过安全范围前，有效预防列车出轨等事故的发生。

Description

基于光纤光栅的异物侵限监测系统

技术领域

本发明涉及一种异物侵限监测系统，尤其涉及一种基于光纤光栅的异物侵限监测系统，属于防灾减灾技术领域。

背景技术

公路及铁路运输承担陆地上绝大部分的交通运输任务。发达的公路及铁路交通运输网络是任何一个国家或地区实现经济快速发展的先决条件。在公路和铁路沿线，往往有相当多的灾害发生，例如强风、降雪、洪水、地震、火灾、滑坡、落石和路基沉降等。异物侵限也是公路和铁路沿线广泛存在的一种灾害。

异物侵限监测系统是防灾安全监控系统的子系统。其中，异物侵限是指异物（如石块、大块泥土、树木等）侵入道路（如铁路、桥梁、隧道等）或相关对象的安全界限。当发生异物侵限灾害时，异物侵限监测系统检测侵入安全界限的异物，把信号送到列控系统，从而触发列控、联锁系统使列车产生紧急制动，使列车在发生异物侵限事故所对应的闭塞分区外停车。异物侵限监测需要做到不间断监测，才能保证列车安全、高速运行。

现有技术中，国内外对异物侵限的监控，主要有电网、光缆、红外线、微波和视频监测等技术手段。其中，双电网检测方式以其安全可靠的特点成为主要的检测手段。一般采用异物入侵时撞裂防护网使防护网电的电网导线开路，通过检测电网的通断来判定是否有异物的侵限。一般监控室离所监测部位很远，监测信号需要传输很远的距离,造成传输区域往往远远大于所监测的区域，因此,传输区域发生故障（如：干扰、损坏、被盗等）的几率相应较大，若不能将传输区域的故障与监测部位的侵限事件区分开,误报的几率很大。光缆监测方法的布线方式与电网类似，具有不受雷电和电磁干扰等优点,但仍然不能将监测区域的异物侵限事件与传输区域的故障区分开来。

公开号为CN101719302A的中国发明专利申请中，公开了一种双光路双区光纤异物侵限监测方法及装置。该监测方法将异物侵限监测系统分成两个相对独立的区域，即监测区域1和传输区域2，监测区域1由两套传感光纤网路组成；传输区域2由两套传输光纤网路组成，通过光纤和布喇格光纤光栅有效地实现报警和故障信号的分离。按上述方法构建的双光路双区光纤异物侵限监测系统，安装在公路桥交叉跨越铁路地段的防护网，公铁并行和铁路正线的防护网，以及隧道入口顶部仰坡和两侧边坡防护网等防护设施上，并将所输出的列控信号接入接口继电器，即可实现异物侵限的高可靠性监测。该结构简单，具有抗电磁干扰、抗雷击，成本底，提髙报警准确率，等优点。

如图1所示，光纤光栅是利用紫外曝光技术在光纤芯中引起折射率的周期性变化而形成的，其周期在几百纳米数量级。当某一宽带光源的光入射到光纤光栅中时，折射率分布的周期性结构导致某一特定波长光的反射，反射光的波长（即谐振波长）由Bragg公式（布喇格公式2dsinθ＝nλ）确定。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于光纤光栅的异物侵限监测系统。该系统能够实时监测异物侵限信息并告警，有效保证行车安全。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于光纤光栅的异物侵限监测系统，包括：异物侵限检测系统、监控主机系统和异物侵限感测系统，

所述异物侵限感测系统感测异物侵限信息，并传输至所述异物侵限检测系统；

所述异物侵限检测系统接收所述异物侵限信息后，处理并转换为感测信号，传输至所述监控主机系统；

所述监控主机系统储存并处理所述异物侵限信息。

其中较优地，所述异物侵限检测系统包括网络接口、光调节器；

所述网络接口和所述光调节器连接；

所述光调节器接收所述异物侵限感测系统传输的异物侵限信息并处理后，通过所述网络接口传输至所述监控主机系统。

其中较优地，所述光调节器包括：光源、隔离器、耦合器和信号处理器；

所述光源发出光信号经过所述隔离器和耦合器传输至所述异物侵限感测系统，所述异物侵限感测系统波长选择后，经过所述耦合器传输至所述信号处理器。

其中较优地，所述光源是宽带光源。

其中较优地，所述耦合器是3db耦合器。

其中较优地，所述异物侵限感测系统由多个光网片串联组成。

其中较优地，所述光网片由多个光传感器串联组成。

其中较优地，所述异物侵限感测系统沿铁路布设。

其中较优地，所述异物侵限监测系统是两组。

其中较优地，所述两组异物侵限感测系统沿铁路两侧布设。

本发明所提供的基于光纤光栅的异物侵限监测系统，结构简单、成本较低、抗干扰能力强。本发明采用单网片双光网模式，可以准确定位故障点，实现了故障的快速定位，提高了可用性、安全性和可靠性，节约维修和维护成本。

附图说明

图1是光纤光栅的反射、光折射原理示意图；

图2是铁路防灾安全监控系统的整体结构示意图；

图3是异物侵限监测系统的结构示意图；

图4是光网双光扰动时光纤光栅的反射、光折射原理示意图；

图5是双层光网断开时光纤光栅的反射、光折射原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种异物侵限监测系统，主要应用在铁路防灾安全监控系统中。如图2所示，该异物侵限监测系统包括：异物侵限检测系统、监控主机系统和异物侵限感测系统；其中，异物侵限感测系统感测异物侵限信息传输至异物侵限检测系统，异物侵限检测系统接收所述异物侵限信息后转换感测信号并传输至所述监控主机系统，监控主机系统储存并处理接收到的异物侵限信息。监控主机系统最终将该异物侵限信息实时传输至监控终端，监控终端可以实时获取监控主机中的信息并查阅异物侵限状况，以便及时处理险情。本发明不仅可以用于铁路防灾安全监控系统，还可以应用于公路防灾安全监控系统。下面对本发明展开详细的说明。

如图2和图3所示，本发明中的异物侵限感测系统由多个光网片组成，该光网片多点串联。每个光网片由多个光传感器串联组成。该传感器优选光纤光栅传感器，最好选用光纤应力传感器。传感器用于感测异物侵限信息。当然，异物侵限感测系统的传感器不仅限于光纤应力传感器，其他具有同等功能的感测设备仍然可以实现对异物侵限信息的感测。光纤传感器的数量可以根据实际的工程监测需求串联，例如每个光网片二至数十个。异物侵限感测系统的光纤传感器可以沿着铁路布设。

如图2和图3所示，异物侵限检测系统包括网络接口和光调节器。网络接口和光调节器连接。光调节器接收异物侵限感测系统传输的异物侵限信息并处理后，传输至网络接口。网络接口将这些异物侵限信息传输至监控主机系统。

如2和图3所示，在本发明的一个实施例中,异物侵限感测系统和异物侵限检测系统通过光解调器连接。该光解调器优选光纤光栅调制解调器。光解调器内设置有光源、隔离器、耦合器和信号处理器。光源优选为宽带光源，用于向传感器实时发出光信号。耦合器优选3dB耦合器。宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和3dB耦合器传输到串接的光网片上，经过这些光网片的波长选择后，一组不同波长的窄带光被反射，反射光再次经过3dB耦合器由信号处理器接收。信号处理器处理这些接收到的信息后过通信链路传输至监控主机系统。

在本发明中，监控主机系统将接收到的异物侵限信息储存，并进行分析处理，最后得到异物侵限的分布状况。监控终端可以实时获取监控主机系统中的异物侵限信息，查阅异物侵限状况，判断是否会产生异物侵限，起到报警作用。在监控终端获取的异物侵限信息超过报警阈值前，本异物侵限监测系统就可以把该信息技术展示出来，并可以实时上报或及时安排处理险情。

异物侵限监测系统启动后，由光源发出的宽带光信号经过隔离器传输到串接的光纤传感器上，经过这些光纤光栅的波长选择后，以不同波长的窄带光被反射。当发生异物侵限时，主要有以下两种情况：如图4所示，光纤光栅传感器感受到振动，光纤光栅的谐振波长漂移，将异物侵限信息以光信号传输至光调节器，光解调器通过对波长漂移量的度量来实现对应力和应变的感测，并通过数据链路传输至监控主机系统进行分析处理，人员去现场检查异物情况，不控车（控车指使列车产生紧急制动，并在发生异物侵限事故所对应的闭塞分区外方停车）。如图5所示，光网传感器断裂，断裂之后的光网无谐振波长返回，光解调器未收到信息，通过数据链路传输至监控主机系统进行分析处理，快速定位光网故障点，人员去现场检修异物传感器，控车。根据光纤传感器的特点，异物侵限感测系统能够对异物侵限进行有效监测，并且无需另外架设供电线路，不受电磁干扰、精度高、可实时在线工作。

如图2至图5所示，为了提高异物侵限监测系统的可用性、安全性、可靠性和感测的精确度，本发明提供的异物侵限监测系统优选采用双机热备份模式。在两组异物侵限监测系统中，采用单网片双光网模式，双光网分别和单独的光解调器连接。光网片沿铁路轨道两侧布设，两组光网片实时感测异物侵限信息。单层光网断开或扰动，异物侵限监测系统预警，不控车；光网双光扰动，异物侵限监测系统预警，不控车；双层光网断开，异物侵限监测系统报警，控车。两套异物侵限监测系统完全独立工作，具有抗电磁干扰、精度高、可实时在线工作等优点，保证任意一套异物侵限监测系统故障不会影响系统正常运行。

综上所述，通过采用本发明提供的异物侵限监测系统可以提高防灾系统的监测信息内容，实现了对铁路异物侵限信息的无人实时监测。同时，本发明的结构简单、成本较低、抗干扰能力强，组网传输方便、传输距离远。采用单网片双光网模式，准确定位故障点，实现了故障的快速定位，提高了系统的可用性、安全性和可靠性，节约维修和维护成本。本异物侵限监测系统可以做到不间断监测，在异物侵限超过安全范围前，可以有效预防列车出轨等事故的发生。

上面对本发明所提供的基于光纤光栅的异物侵限监测系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种基于光纤光栅的异物侵限监测系统，其特征在于包括：异物侵限检测系统、监控主机系统和异物侵限感测系统，

所述监控主机系统储存并处理所述异物侵限信息。

2.如权利要求1所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述异物侵限检测系统包括网络接口、光调节器；

所述网络接口和所述光调节器连接；

3.如权利要求2所述的异物侵限监测系统，其特征在于，所述光调节器包括：光源、隔离器、耦合器和信号处理器；

4.如权利要求3所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述光源是宽带光源。

5.如权利要求3所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述耦合器是3db耦合器。

6.如权利要求1所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述异物侵限感测系统由多个光网片串联组成。

7.如权利要求6所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述光网片由多个光传感器串联组成。

8.如权利要求1所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述异物侵限感测系统沿铁路路基布设。

9.如权利要求1所述的异物侵限监测系统，其特征在于：所述异物侵限监测系统是两组。

10.如权利要求8或9所述的异物侵限监测系统，其特征在于：两组异物侵限感测系统沿铁路轨道两侧布设。