CN104021645A - 一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法，包括将光缆与公路护栏固定的步骤，还包括如下步骤：1）Φ-OTDR模块以实时模式对光纤进行测试；2）对步骤1）得到的最终信号数据序列进行斜率值计算并找出该信号数据序列斜率值突变点；3）根据步骤2）得到的后向散射信号的时间值及光信号在光纤中的传输速率，计算出光纤长度；4）根据步骤3）得到的光纤长度，计算出光缆长度，确定出光缆受碰撞的位置；5）记录碰撞音频信号；6）根据振动发生的时间，提取该时间段附近步骤5）记录的音频信号，光缆受碰撞的位置即为护栏受撞的位置。该方法监测范围广、监测实时性强、故障响应快。本发明还公开了公路护栏碰撞告警装置。
Description
技术领域
本发明涉及光缆传感领域，特别是涉及OTDR（Optical Time Domain Reflectometer ，光时域反射仪）技术、光纤相干检测技术和光缆振动传感技术，具体是一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法及装置。
背景技术
在公路运营中，公路的护栏常常会由于车辆的碰撞而损坏，由于不能及时发现护栏损坏而会导致事故扩大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法及装置，这种方法可实现对公路护栏碰撞告警及定位，监测范围广、监测实时性强、故障响应快；这种装置施工成本低、结构简单、方便易行、适应性强、无电磁干扰、绿色环保。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警装置，包括Φ-OTDR（相位-OTDR）模块、白光干涉模块、波分复用器、传感光缆、反射器，波分复用器公共端口连接传感光缆中近端一根光纤；波分复用器另外两个接口分别连接Φ-OTDR模块的输入输出接口、白光干涉模块的输入输出接口，光纤反射器连接在传感光缆的远端。
所述的波分复器为三端口器件。
所述的传感光缆为单模光缆。
一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法, 包括将光缆与公路护栏固定的步骤，还包括如下步骤：
1）Φ-OTDR模块以实时模式对光纤进行测试，Φ-OTDR模块获取每次被测试光纤的后向散射信号幅度与时间函数的信号数据序列，将测试时间相邻的两次信号数据序列进行相减运算得到最终信号数据序列；
2）对步骤1）得到的最终信号数据序列进行斜率值计算并找出该信号数据序列斜率值突变点；当该信号数据序列斜率值的变化值超过设定的阈值，该信号数据序列斜率值突变点对应于传感光缆中被测试光纤的碰撞点，记录该信号数据序列斜率值突变点对应的后向散射信号的时间值；
3）根据步骤2）得到的后向散射信号的时间值及光信号在光纤中的传输速率，计算出光纤长度；
4）根据步骤3）得到的光纤长度，计算出光缆长度，从而确定出光缆受碰撞的位置；光缆长度等于光纤长度除以系数k ，系数k为光缆的纤缆系数比，取值范围为1.01-1.06；
5）记录白光干涉模块输出的碰撞音频信号；
6）根据振动发生的时间，提取该时间段附近步骤5）记录的音频信号，即可还原受撞时的声音场景，光缆受碰撞的位置即为护栏受撞的位置。
所述的Φ-OTDR使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个。
所述的测试时间相邻两次测试的时间间隔为0.1s-0.3s。
所述的阈值为0.38db/km。
所述的白光干涉模块使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个，但与Φ-OTDR模块所使用的光信波长不同。
Φ-OTDR技术可以测量光纤中后向散射信号相位的变化，因而可以用于探测光缆的振动。
白光干涉法也可以用于探测光缆的振动，并且可以获得振动的音频信号。
将通信用的普通单模光缆固定在公路护栏背面，通过Φ-OTDR模块监测公路护栏是否受到剧烈的振动，并进行振动点的定位；如果碰撞剧烈导致光缆断裂，可以定位出光缆的断点位置；通过白光干涉模块将公路护栏受到的振动转换为音频信号，可以使维护人员更准确地判断公路护栏受到碰撞的情况。
这种方法的优点是：使用Φ-OTDR模块，监测公路护栏上的光缆的振动、光缆断裂，可实现对公路护栏碰撞告警及定位，该方法采用白光干涉模块检测光缆振动，将公路护栏受到的振动信号转换为音频信号，这种分布式监测，监测范围广、监测实时性强、故障响应快。
该装置的优点是：施工成本低、结构简单、方便易行、系统传感部分为无源系统、适应性强、无电磁干扰、绿色环保。
附图说明
图1为实施例中装置的结构示意图。
图中，1.Φ-OTDR模块 2.白光干涉模块 3.波分复器 4.传感光缆 5.光纤反射器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警装置，包括Φ-OTDR模块1、白光干涉模块2、波分复用器3、传感光缆4、光纤反射器5，波分复用器3公共端口连接传感光缆4中近端一根光纤；波分复用器3另外两个接口分别连接Φ-OTDR模块1的输入输出接口、白光干涉模块2的输入输出接口，将Φ-OTDR模块1的光信号和白光干涉模块2的光信号复用到传感光缆4中光纤上；光纤反射器5连接在传感光缆4的远端，将白光干涉模块2的光信号反射回来。
所述的波分复器3为三端口器件。
所述的传感光缆4为通信用的普通单模光缆。
一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法,包括将光缆与公路护栏固定的步骤，还包括如下步骤：
1）Φ-OTDR模块以实时模式对光纤进行测试，Φ-OTDR模块获取每次被测试光纤的后向散射信号幅度与时间函数的信号数据序列，将测试时间相邻的两次信号数据序列进行相减运算得到最终信号数据序列；
2）对步骤1）得到的最终信号数据序列进行斜率值计算并找出该信号数据序列斜率值突变点；当该信号数据序列斜率值的变化值超过设定的阈值，该信号数据序列斜率值突变点对应于传感光缆中被测试光纤的碰撞点，记录该信号数据序列斜率值突变点对应的后向散射信号的时间值；
3）根据步骤2）得到的后向散射信号的时间值及光信号在光纤中的传输速率，计算出光纤长度；光纤长度L = t×v, t为后向散射信号的时间值即光从光源传输到突变点所需时间； v为光信号在光纤中的传输速率，
v = C/n，
C为光在真空中传输速率，n为光纤折射率，光缆出厂时的标定参数之一；
4）根据步骤3）得到的光纤长度，计算出光缆长度，从而确定出光缆受碰撞的位置；光缆长度等于光纤长度除以系数k，系数k为光缆的纤缆系数比,该系数是光缆出厂时标定的参数之一，取值范围为1.01-1.06；
5）记录白光干涉模块输出的碰撞音频信号；
6）根据振动发生的时间，提取该时间段附近步骤5）记录的音频信号，即可还原受撞时的声音场景，光缆受碰撞的位置即为护栏受撞的位置。
维护人员收到公路栏杆碰撞告警后，可以重新回放硬盘录音设备或计算机中记录的白光干涉模块输出的音频信号，确认公路栏杆所受到的碰撞。
所述的Φ-OTDR使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个。
所述的测试时间相邻两次测试的时间间隔为0.1s-0.3s。
所述的阈值为0.38db/km。
所述的白光干涉模块使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个，但与Φ-OTDR模块所使用的光信波长不同。
Claims (8)
1.一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警装置，其特征是，包括Φ-OTDR模块、白光干涉模块、波分复用器、传感光缆、反射器，其中，波分复用器公共端口连接传感光缆中近端一根光纤；波分复用器另外两个接口分别连接Φ-OTDR模块的输入输出接口、白光干涉模块的输入输出接口；光纤反射器连接在传感光缆的远端。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警装置，其特征是，所述的波分复器为三端口器件。
3.根据权利要求1所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警装置，其特征是，所述的传感光缆为单模光缆。
4.一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法, 其特征是，包括将光缆与公路护栏固定的步骤，还包括如下步骤：
1）Φ-OTDR模块以实时模式对光纤进行测试，Φ-OTDR模块获取每次被测试光纤的后向散射信号幅度与时间函数的信号数据序列，将测试时间相邻的两次信号数据序列进行相减运算得到最终信号数据序列；
2）对步骤1）得到的最终信号数据序列进行斜率值计算并找出该信号数据序列斜率值突变点；当该信号数据序列斜率值的变化值超过设定的阈值，该信号数据序列斜率值突变点对应于传感光缆中被测试光纤的振动点，记录该信号数据序列斜率值突变点对应的后向散射信号的时间值；
3）根据步骤2）得到的后向散射信号的时间值及光信号在光纤中的传输速率，计算出光纤长度；
4）根据步骤3）得到的光纤长度，计算出光缆长度，从而确定出光缆受碰撞的位置；光缆长度等于光纤长度除以系数k ，系数k为光缆的纤缆系数比，取值范围为1.01-1.06；
5）记录白光干涉模块输出的碰撞音频信号；
6）根据振动发生的时间，提取该时间段附近步骤5）记录的音频信号，即可还原受撞时的声音场景，光缆受碰撞的位置即为护栏受撞的位置。
5.根据权利要求4所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法，其特征是，所述的Φ-OTDR使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个。
6.根据权利要求4所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法，其特征是，所述的测试时间相邻两次测试的时间间隔为0.1s-0.3s。
7.根据权利要求4所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法，其特征是，所述的阈值为0.38db/km。
8.根据权利要求4所述的基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法，其特征是，所述的白光干涉模块使用的光信号波长为1310nm、1550nm、1625nm、1650nm中的一个，但与Φ-OTDR模块所使用的光信号波长不同。
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