CN103454694A - 一种伸缩式激光探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路安全探测技术领域，尤其涉及一种伸缩式激光探测系统。该系统包括激光发射器、激光折射器、激光接收器及两个可伸缩支架，激光折射器设置在其中一个可伸缩支架的可伸缩部上，激光接收器设置在另一个可伸缩支架的可伸缩部上且与所述激光折射器相对应，所述激光发射器与所述激光折射器相对应设置，列车停靠站台期间，激光发射器发出的激光束经伸入安全限界外隔离区域的激光折射器后折射后由同样伸入安全限界外隔离区域的激光接收器接收，在安全限界外隔离区域形成一条激光警戒线，当该区域有滞留乘客时，激光警戒线被遮挡，激光接收器将相应的报警信号传出，从而可以有效地探测出该区域是否有乘客滞留，实现对该区域的有效防护。

Description

一种伸缩式激光探测系统

技术领域

本发明涉及铁路安全探测技术领域，尤其涉及一种伸缩式激光探测系统。

背景技术

高速铁路、城际铁路的站台上设有安全门(或屏蔽门)系统与地铁的屏蔽门（或安全门)系统作用类同，可以防止乘客候车时跌落轨道，以及列车高速通过时空气负压构成的危险，减少人为引起的停车延误和行车事故。但是，为保证列车的安全运行，在列车与安全门(或屏蔽门)之间必须保留一定宽度的隔离区域。一般来说,该隔离区域包含安全限界内区域和安全限界外区域两部分,安全限界内区域为安全门边线到安全限界区域,允许设置安全防护装置，安全限界外区域为安全限界到列车边线区域，禁止安装任何设备。

当少数乘客不顾安全信号提示，上车未成又未及时退回安全门内时，人体或携带的物体就可能滞留在隔离区域处，从而可能导致伤亡事故的发生，同时危及行车安全。为此，高铁、城铁和地铁的安全门(或屏蔽门)系统均需对隔离区域采取防夹人保护措施。

由于地铁列车运行速度低，其隔离区域很窄，安全限界外区域远小于正常人体宽度，因此在安全限界内设置安全防护装置，即可同时实现安全限界外区域的防夹人检测或防护。近年来地铁运营部门在屏蔽门（或安全门）与列车的隔离区域中采取的防夹人安全措施，主要包括：（1）在地铁站台尾端设置灯带安全显示器，驾驶员在列车启动之前，需要从车头位置穿过间隙区向车尾观察，如果清楚地看到全部灯带，就认为屏蔽门与车门之间没有遮挡物。但是，人为观察难免疏忽和判断失误，站台为曲线段时又可能看不到车尾灯带；（2）在地铁屏蔽门（或安全门）的滑动门边缘加装安全挡板，可以减小列车门与屏蔽门之间间隙，降低了乘客进入该间隙的可能性。但是，往往只能阻止乘客主动进入间隙区，却不能防止乘客被动由车内挤入该间隙，此时列车启动则危险性更大；（3）地铁对射式主动红外线探测器。主动红外线探测器的一侧是等间距安装的红外发射管，另一侧是相同数量同样排列的红外光电接收管，探测器柱树立于屏蔽门和列车门夹缝中间的安全限界内。当有障碍物遮挡时，红外接收管因不能接收到对面发出的红外光信号而发出报警。由于红外发射管发出光束的发散角和光斑较大，传输时功率密度衰减大，在窄间隙传输时容易出现乱反射现象而发生漏报警，因而主要用于短距离的单节车厢门防护。（4）地铁对射式激光探测器。在整个通长带防护区域的始端设置激光发射机，将发射出的方向性极好的激光束直接射向终端接收机处。由接收机将接收到的调制光信号转换成相应的电信号，当光束被遮断时，则向控制主机发出报警信号，从而实现对激光束所经过的全程监测。它主要适于长距离的直线段，在曲线段则可能加大设备成本。

但是，在高速铁路、城际铁路中，由于运行速度显著提高，安全限界向站台内方向明显偏移,导致安全限界外隔离区域远超过人体宽度（实例690mm），即乘客容易滞留和被夹的危险区域明显加大。由于安全限界外隔离区域的站台平面上方不允许加装任何设备和检测装置，因此高速行车、宽区域滞留、又无安全检测和防护措施，这几项因素并存使得乘客人身安全和行车安全受到更为严重的威胁。然而，目前尚无任何有效措施来解决安全限界外隔离区域的安全防护问题。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种伸缩式激光探测系统。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种伸缩式激光探测系统以解决高铁或城铁站台安全限界外隔离区域的有效的安全防护问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种伸缩式激光探测系统，其包括激光发射器、激光折射器、激光接收器及两个可伸缩支架，所述可伸缩支架包括固定部和可伸入安全限界外隔离区域的可伸缩部，所述激光折射器设置在其中一个可伸缩支架的可伸缩部上，所述激光接收器设置在另一个可伸缩支架的可伸缩部上且与所述激光折射器相对应，所述激光发射器与所述激光折射器相对应设置。

其中，所述固定部和所述可伸缩部铰接。

其中，所述固定部和所述可伸缩部滑动连接。

其中，所述可伸缩部在垂面内旋转。

其中，所述可伸缩部在水平面内旋转。

其中，所述可伸缩部为一连杆，所述连杆的铰接端通过转轴与旋转控制电机相连，所述旋转控制电机与电机控制电路板连接，所述电机控制电路板用于接收安全门状态信息并向所述旋转控制电机发出控制指令。

其中，设置所述激光折射器的可伸缩支架下方设置有发射电路板，所述发射电路板分别与所述激光发射器和所述电机控制电路板连接。

其中，设置所述激光接收器的可伸缩支架下方设置有接收电路板，用于处理和发出所述激光接收器传来的信息，所述接收电路板分别与所述激光接收器和所述电机控制电路板连接。

其中，所述固定部朝向安全限界外隔离区域的一端设置有定位凸起，所述定位凸起用于支撑和定位所述可伸缩部。

其中，设置所述激光折射器的可伸缩支架外设置有发射防护箱，所述电机控制电路板、所述发射电路板和所述激光发射器均设置在该发射防护箱中。

其中，设置所述激光接收器的可伸缩支架外设置有接收防护箱，所述电机控制电路板和所述接收电路板均设置在该接收防护箱中。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的激光探测系统通过将激光折射器设置在其中一个可伸缩支架的可伸缩部上，将激光接收器设置在另一个可伸缩支架的可伸缩部上且与所述激光折射器相对应，所述激光发射器与所述激光折射器相对应设置，列车停靠站台期间，激光发射器发出的激光束经伸入安全限界外隔离区域的激光折射器后折射后由同样伸入安全限界外隔离区域的激光接收器接收，在安全限界外隔离区域形成一条激光警戒线，当该区域有滞留乘客时，激光警戒线被遮挡，激光接收器将相应的报警信号传出，从而可以有效地探测出该区域是否有乘客滞留，实现对该区域的有效防护，且该种方式探测准确可靠，控制方便。

附图说明

图1是本发明实施例伸缩式激光探测系统的布置图；

图2是本发明实施例伸缩式激光探测系统中激光发射装置的剖视图；

图3是本发明实施例伸缩式激光探测系统中激光接收装置的剖视图；

图4是本发明实施例伸缩式激光探测系统中第一旋转连杆连接结构的俯视图；

图5是本发明实施例伸缩式激光探测系统中第二旋转连杆连接结构的俯视图；

图6是本发明实施例伸缩式激光探测系统中激光发射器的结构图；

图7是本发明实施例伸缩式激光探测系统中激光光电接收器的结构图。

图中，1：激光发射装置；2：激光接收装置；3：站台；4：安全门；5：激光发射器；6：第一旋转连杆支架；7：第一旋转连杆；8：第一旋转控制电机；9：光学棱镜；10：发射电路板；11：发射防护箱电机控制电路板；12：第二旋转连杆支架；13：第二旋转连杆；14：第二旋转控制电机；15：激光光电接收器；16：接收电路板；17：接收防护箱电机控制电路板；18：第一定位凸起；19：第二定位凸起；20：半导体激光管；21：负透镜；22：正透镜；23：内筒；24：外筒；25：接收透镜；26：滤光片；27：光电元件；28：接收器筒；29：发射防护箱窗口；30：接收防护箱窗口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供的伸缩式激光探测系统包括激光发射装置1和激光接收装置2，它们分别布置在站台3地面上安全门4外侧的车辆安全限界内隔离区内，激光发射装置1置于车尾方向，激光接收装置2置于车头方向。本发明中“内”表示朝向乘客候车位置的方向；“外”表示朝向列车轨道的方向。

如图2和图3所示，所述激光发射装置1包括发射防护箱和设置在发射防护箱中的激光发射器5、第一旋转连杆支架6、第一旋转连杆7、第一旋转控制电机8、光学棱镜9、用于激励激光发射器5的发射电路板10，以及用于接收安全门4状态信号和控制第一旋转控制电机8的发射防护箱电机控制电路板11；激光发射器5设置在固定于发射防护箱侧面上的发射器底板上；所述第一旋转连杆7的铰接端通过轴承铰接在所述第一旋转连杆支架6上，并与所述第一旋转控制电机8相连，第一旋转连杆支架6（平台结构）固定于发射防护箱侧面上并位于发射器底板的下方；相连接的发射电路板10和发射防护箱电机控制电路板11均设置在位于第一旋转连杆支架6下方的电路板架（平台结构）上，发射防护箱电机控制电路板11用于接收安全门4状态信号，并控制发射电路板开始工作，发射电路板10用于激励激光发射器发出激光束，该电路板架固定于发射防护箱侧面上；光学棱镜9设置在所述第一旋转连杆7自由端上，所述发射防护箱朝向列车方向的一侧具有发射防护箱窗口29，所述第一旋转连杆7的自由端可旋转伸出所述发射防护箱的发射防护箱窗口29进入安全限界外隔离区域，达到定位位置，第一旋转连杆7的旋转角度可由第一旋转控制电机8控制，进而可实现第一旋转连杆7的定位。在本实施例中，第一旋转连杆7可由竖直位置旋转90度至水平位置，当第一旋转连杆7处于水平位置时，其自由端上的光学棱镜9与所述激光发射器5处于同一平面上，系统进行探测时，所述激光发射器5发射的激光束与所述光学棱镜9的入射镜面垂直。

所述光学棱镜9用于改变激光发射器5的激光束方向，使其转折90°后，建立起平行于地表面且顺沿站台3方向的激光警戒线；所述激光发射器5一般通过常规的发射器调节架设置在发射器底板上，通过调节架可以对激光器的光束方向进行微调；所述发射防护箱通过地脚螺栓固定在站台3上。

所述光学棱镜9优选为光学五棱镜，也可以选用全反射棱镜或者其他棱镜，只是当选用光学五棱镜时，在保证精度的前提下其适用条件相对宽松，从而使系统控制更容易；根据五棱镜的光学特征，当将其基准工作平面确定后即使其自身在该平面内发生一定的角度偏移或平移运动，只要入射五棱镜的激光束本身方向没有变化，经五棱镜转折出射的激光束就会保持原方向不变，因而在激光发射器5稳固安装和发射防护箱旋转连杆重复起落时其落点高度被准确定位的情况下，光学棱镜9在基准工作平面内发生的微小偏移将不会影响光束转折后发射方向的高度稳定性，从而有利于保证本装置稳定和可靠地正常工作。

如图4和图5所示，所述激光接收装置2包括接收防护箱和设置在接收防护箱中的第二旋转连杆支架12、第二旋转连杆13，第二旋转控制电机14、激光光电接收器15、用于处理激光光电接收器15接收到的激光信号的接收电路板16，以及用于接收安全门4状态信号和控制第二旋转控制电机14的接收防护箱电机控制电路板17，所述第二旋转连杆13的铰接端通过轴承铰接在所述第二旋转连杆支架12（平台结构）上，并与所述第二旋转控制电机14相连，第二旋转连杆支架12固定于接收防护箱侧面上，所述激光光电接收器15设置在所述第二旋转连杆13自由端上；接收电路板16和接收防护箱电机控制电路板17均设置在位于第二旋转连杆支架12下方的电路板架（平台结构）上，所述接收防护箱电机控制电路板17用于接收安全门4状态信号，并控制接收电路板与发射电路板同步开始工作，所述激光光电接收器15用于接收激光束，所述接收电路板用于处理和发出报警信息，该电路板架固定于接收防护箱侧面上；所述第二旋转连杆13的自由端可旋转伸出所述接收防护箱的接收防护箱窗口30进入安全限界外隔离区域，达到定位位置，第二旋转连杆13的旋转角度可由第二旋转控制电机14控制，进而可实现第二旋转连杆13的定位。在本实施例中，第二旋转连杆13可由竖直位置旋转90度至水平位置，当第二旋转连杆13处于水平位置时，其自由端上的激光光电接收器15与光学棱镜9基本处于同一水平面上，初始安装设备时通过微调激光发射器5和光学棱镜9可使经光学棱镜9出射的激光束准确射入激光接收器，从而建立起激光警戒线，该警戒线基本与站台3边线平行。

进一步地，如图2和图4所示，所述第一旋转支架靠近所述发射防护箱窗口29的一端设置有第一定位凸起18，所述第二旋转支架靠近所述接收防护箱窗口30的一端设置有第二定位凸起19，所述第一定位凸起18和所述第二定位凸起19高度相同，所述第一旋转连杆7水平落在所述第一定位凸起18上；所述第二旋转连杆13水平落在所述第二定位凸起19上。由于第一定位凸起18和第二定位凸起19位置固定，第一旋转连杆7和第二旋转连杆13可以方便可靠地落在第一定位凸起18和第二定位凸起19上，易于控制，定位更可靠。

如图6所示，所述激光发射器5包括半导体激光管20、负透镜21、正透镜22以及嵌套在一起的内筒23和外筒24，所述负透镜21设置在所述内筒23的前端，所述内筒23的后端设置有后盖，所述后盖和所述负透镜21之间设置所述半导体激光管20，所述正透镜22通过前盖压在所述外筒24的前端，前盖的中心有通光孔，后盖的中心有过线孔。通过常规的发射器调节架可以实现微调激光发射器5的激光束方向。由发射电路板10输出的调制脉冲激励半导体激光管20，半导体激光管20发出具有编码特征的脉冲激光束，再经负透镜21和正透镜22组合对激光束的光波整形变换后，发射出准直的激光束。

如图7所示，所述激光光电接收器15包括接收器筒28和依次设置在所述接收器内的接收透镜25、滤光片26和光电元件27，所述接收器筒28的前端和后端分别设置有前盖和后盖，前盖的中心开有通光孔和后盖的中心开有过线孔。所述光电元件27可以是光电管或硅光电池，也可以是其他能将光信号转换为电信号的元件。接收器筒28中的接收透镜25接收光学棱镜9折射过来的激光束，经滤光片26滤除其它波长的杂散光，由光电元件27转换为电信号。由接收电路板16对该电信号进行放大、处理和编码特征鉴别。当激光束无遮挡地进入激光光电接收器15时，输出探测正常信号；当激光束被遮挡而不能进入激光光电接收器15时，接收电路板16输出报警信号。

本发明伸缩式激光探测系统的工作原理是：将激光发射防护箱和激光接收防护箱分别安装在站台3两端和安全门4外侧的地面上，并且置于限界内隔离区。当列车到站停靠期间,安全门4开启，乘客上下车完毕，安全门4关闭；随即安全门4发出关闭锁紧状态信号，发射箱电机控制电路板11和接收箱电机控制电路板17同时接收来自安全门4状态信号，并发出开始工作相关控制信号，启动激光探测系统开始工作。发射箱电机控制电路板11发出控制信号使发射电路板10发出调制电脉冲，去激励激光发射器5发出特征脉冲激光；第一旋转控制电机8受发射箱电机控制电路板11的指令信号控制而旋转，并驱动第一旋转连杆7起落动作，由垂直方向自动转为水平方向而进入站台3车辆安全限界外隔离区。第一旋转连杆支架6用于固定第一旋转连杆7的转轴，以保证第一旋转连杆7平稳转动到指定位置点，第一旋转连杆支架6的第一定位凸起18可以保证其所支撑的光学棱镜9的准确定位；由进入站台3车辆限界外隔离区的光学棱镜9将激光束转折90度，由此建立起平行于地表面和顺沿站台3方向传输的激光警戒线。

同时,接收防护箱电机控制电路板17接收来自安全门4的状态信号，并发出开始工作相关控制信号，受接收防护箱电机控制电路板17指令信号的控制，启动第二旋转控制电机14，带动第二旋转连杆13起落动作，由垂直方向自动转为水平方向而进入车辆安全限界外隔离区，由光学棱镜9折射的激光束射入激光光电接收器15；第二旋转连杆支架12用于固定第二旋转连杆13的转轴，以保证接收防护箱旋转连杆平稳转动，第二旋转连杆支架12的第二定位凸起19可保证其所支撑的激光光电接收器15的准确定位；激光光电接收器15将接收到的编码特征脉冲激光转换为电信号，经过接收电路板16进行放大处理和鉴别；如果车辆安全限界外隔离区中有人滞留而导致激光束被遮断，接收电路板16将发出夹人报警信号，反之则发出激光探测正常信号；按设定时间探测并确认正常后，第一旋转连杆7和第二旋转连杆13由水平方向自动转回垂直方向，复位到激光发射防护箱和激光接收防护箱内，激光探测系统停止工作，处于等待下一工作周期状态。

本发明系统中激光警戒线到地面的高度和到站台3边线的间距可预先设定，并且可根据需要增设该探测装置的数量以实现多条平行激光警戒线的合理布设，保证探测效果的可靠性。

本发明提供的激光发射系统中，第一旋转连杆和第二旋转连杆也可以在水平面内旋转至定位位置，当然，第一旋转连杆和第二旋转连杆与相应的旋转连杆支架除了铰接在一起外，还可以采用滑动连接的方式。

本发明上述技术方案所提供的自动伸缩式激光探测装置，主要适用于高速铁路、城际铁路安全门（或屏蔽门）外侧宽站台上，对乘客滞留情况的全范围安全探测，对保证乘客人身安全和行车安全具有重大现实意义。同时还适于其它因设备限界制约或环境特殊要求，在监视区域内无法布设探测器，而需要实现安全检测的类似场合。

本激光探测装置，其结构本身不侵入车辆安全限界,列车停靠时自动伸出探头,列车起动前探头自动移回,从而即能保证行车和设备安全，又能实现对站台隔离区域防夹人检测的功能。该装置具有结构合理，安装调试方便，全范围可靠检测，抗强风，抗光电磁干扰性强等特点。

综上所述，本发明实施例提供的激光探测系统通过在第一自动旋转结构的自由端和第二自动旋转结构的自由端分别设置光学棱镜9和激光接收器，且第一自动旋转结构的自由端和第二自动旋转结构的自由端可伸入安全限界外隔离区域，这样，发射防护箱中的激光发射器5发出的激光束经光学棱镜9折射后射入由同样伸入安全限界外隔离区域的激光接收器，在安全限界外隔离区域形成一条激光警戒线，从而可以有效地探测出该区域是否有乘客滞留，实现对该区域的有效防护；通过设置第一定位凸起18和第二定位凸起19，第一旋转连杆7和第二旋转连杆13可以方便可靠地落在第一定位凸起18和第二定位凸起19上，以实现精确定位；通过在第一旋转连杆7的自由端设置光学五棱镜，有利于保证本装置更稳定和可靠地正常工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种伸缩式激光探测系统，其特征在于：其包括激光发射器、激光折射器、激光接收器以及两个可伸缩支架，所述可伸缩支架包括固定部和可伸入安全限界外隔离区域的可伸缩部，所述激光折射器设置在其中一个可伸缩支架的可伸缩部上，所述激光接收器设置在另一个可伸缩支架的可伸缩部上且与所述激光折射器相对应，所述激光发射器与所述激光折射器相对应设置。

2.根据权利要求1所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述固定部和所述可伸缩部铰接。

3.根据权利要求1所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述固定部和所述可伸缩部滑动连接。

4.根据权利要求2所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述可伸缩部在垂面内旋转。

5.根据权利要求2所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述可伸缩部在水平面内旋转。

6.根据权利要求4所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述可伸缩部为一连杆，所述连杆的铰接端通过转轴与旋转控制电机相连，所述旋转控制电机与电机控制电路板连接，所述电机控制电路板用于接收安全门状态信息并向所述旋转控制电机发出控制指令。

7.根据权利要求6所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：设置所述激光折射器的可伸缩支架下方设置有发射电路板，所述发射电路板分别与所述激光发射器和所述电机控制电路板连接。

8.根据权利要求6所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：设置所述激光接收器的可伸缩支架下方设置有接收电路板，用于处理和发出所述激光接收器传来的信息，所述接收电路板分别与所述激光接收器和所述电机控制电路板连接。

9.根据权利要求6所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：所述固定部朝向安全限界外隔离区域的一端设置有定位凸起，所述定位凸起用于支撑和定位所述可伸缩部。

10.根据权利要求7所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：设置所述激光折射器的可伸缩支架外设置有发射防护箱，所述电机控制电路板、所述发射电路板和所述激光发射器均设置在该发射防护箱中。

11.根据权利要求8所述的伸缩式激光探测系统，其特征在于：设置所述激光接收器的可伸缩支架外设置有接收防护箱，所述电机控制电路板和所述接收电路板均设置在该接收防护箱中。

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