CN104952200A - 一种基于dts的分布式列车温度监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于DTS的分布式列车温度监测装置，包括列车车厢、控制器、光纤测温主机、分布式光纤温度传感器DTS，分布式光纤温度传感器DTS包括通讯线和传感线，并且遍布每节车厢，每节车厢均设置光纤测温主机，DTS与光纤测温主机相连，DTS通过通讯线与相邻车厢的光纤测温主机连接，控制器设置于其中的一节车厢中，该车厢中的光纤测温主机通过通信线与控制器相连,各列车厢的光纤测温主机通过分布式光纤温度传感器测量得到分布式光纤温度传感器测量点的温度,并传送给控制器进行控制和显示。本发明能够及时及时、有效、完备地对列车火灾进行探测和监控，避免火灾的发生。

Description

一种基于DTS的分布式列车温度监测装置

技术领域

本发明涉及一种列车温度的监测装置。

背景技术

高速运行中的旅客列车，由于其内部空间封闭、可燃物相对多而且集中，加之尚未配置有效的消防安全防护系统，一旦发生火灾，火势燃烧得非常快，火灾烟气迅速蔓延，并很快充满整个车厢，严重威胁人员生命和行车安全，容易酿成车毁人亡的惨剧，在社会上造成恶劣影响。因此，必须对列车的火灾进行有效监控。

现有列车上有多种火灾探测方式：

烟雾探测器：主要通过监测烟雾的浓度来探测火灾。由于烟雾会发生扩散，因此每个烟雾探测器都可以对一定面积内的火灾进行探测，这是一种对火灾最为有效的探测方式，一台车上只要装少数烟雾探测器即可。烟雾探测器只能对阴燃期和发展期的火灾进行探测，无法在潜伏期发现并防止火灾的发生。烟雾探测器对少数种类的黑烟也无法探测，存在漏报现象。此外当乘客在列车上吸烟时烟雾探测器也会发生报警，存在虚警现象。

温度传感器，这类传感器的优点是可以对温度进行精确探测，可以在设备发生异常时就进行报警，将火灾掐灭在潜伏期。但因其探测范围太小，要全面监测列车温度分布，需要布设大量传感器来消除盲区，并为每个传感器进行供电和提供总线资源，成本较高，难以实现。同时被测部位表面还可能有高电压和强电磁干扰存在，因此温度传感器在制造和布置的时候必须考虑绝缘和屏蔽的问题，走线路径也比较讲究。

测温电缆：测温电缆实际上是一条长度较长的线型热电阻或热电偶，其特点是可以对整个测温电缆沿线的温度进行检测，任何一点的温度升高都会引起测温电缆电阻的变化，没有测量盲区。列车一般在动力电缆上安装测温电缆。可靠性较差，整条电缆的温度的小幅上升与某个点温度的急剧升高时热电阻的温度变化可能是相同的；其次是它无法对故障位置进行定位。

红外探测器：红外探测器利用物体的热辐射进行探测，由于该传感器灵敏度较高，容易造成误报警，因此列车上很少有用，一般用于轨道旁边，对经过的列车进行热轴检测。而随着列车轴温报警系统的普及，红外探测器用于热轴检测的应用也越来越少。由于该传感器灵敏度较高，容易造成误报警，因此列车上很少使用。

图像传感器：图像传感器可对火灾产生的火焰进行检测，可同时通过数字图像处理进行火焰检测。该传感器的好处是可以对某个空间中的火灾进行监控，并方便车上人员对火势的发展进行了解。但它只能作为一种辅助测量手段，首先它只能在火势起来以后的火灾第三阶段进行报警，其次它有监控盲区，某些不方便安装摄像头的狭小空间中该传感器无法探测。

上述各种装置均不能及时、有效、完备地对列车火灾进行探测，因此迫切需要新的列车火灾监测装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足而提供一种基于DTS的分布式列车温度监测装置，以实现及时、有效、完备地对列车火灾进行探测。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于DTS的分布式列车温度监测装置，包括列车车厢、控制器、光纤测温主机、分布式光纤温度传感器DTS，分布式光纤温度传感器DTS包括通讯线和传感线，并且遍布每节车厢，每节车厢均设置光纤测温主机， DTS与光纤测温主机相连，DTS通过通讯线与相邻车厢的光纤测温主机连接，控制器设置于其中的一节车厢中，该车厢中的光纤测温主机通过通信线与控制器相连, 各列车厢的光纤测温主机通过分布式光纤温度传感器测量得到分布式光纤温度传感器测量点的温度,并传送给控制器进行控制和显示。

更好地，上述DTS在车厢内重点设备表面呈网格化布置。

更好地，上述二列车厢之间的两节车厢之间的测温主机通过通讯转换器进行通讯。

更好地，上述多列车厢采用一个光纤测温主机测温。

与现有技术相比，本发明的优点在于：由于采用分布式光纤温度传感器，能够方便地布置到各个列车车厢中，并且能够实时监测到被监控区域的温度情况，能够及时地报警以便及时处理，因此能够及时及时、有效、完备地对列车火灾进行探测和监控，避免火灾的发生。

附图说明

图1是本发明实施例的基于DTS的分布式列车温度监测装置的示意图。

图2是本发明实施例分布式列车温度监测装置控制器的示意图。

图3是本发明实施例分布式列车温度监测装置光纤测温主机结构图。

图4是本发明实施例分布式列车温度监测装置乘员舱的测温光纤布线方式。

图5是本发明实施例分布式列车温度监测装置设备舱的测温光纤布线方式。

图6是本发明实施例分布式列车温度监测装置重点设备的测温光纤布设方案。

图7是本发明实施例分布式列车温度监测装置两节车厢测温主机之间通讯方式一。

图8是本发明实施例分布式列车温度监测装置两节车厢测温主机之间通讯方式二。

图9是本发明实施例分布式列车温度监测装置两节车厢测温主机之间通讯方式三。

图10是本发明实施例分布式列车温度监测装置多车厢测温主机复用方式一。

图11是本发明实施例分布式列车温度监测装置多车厢测温主机复用方式二。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例以8列车厢为例进行说明，基于DTS的分布式列车温度监测装置，其包括：多节车厢组成的列车1，控制器2，光纤测温主机3，DTS测温光缆5有两根光纤，一根51测量温度，另一根52用于通信，光纤测温主机3通过通信线4与控制器2相连。

控制器2如图2所示，该控制器在每列车中只安装一台，可位于头车驾驶室中，也可位于其它车厢中。其包括：控制器主机21；显示屏幕22；用于与列车上其它系统通信的通讯接口一23，用于采集各测温主机数据的通讯接口二24；电源接口25；车厢切换开关26，当按下某节车时，显示屏上切换显示该车的信息，同时该按钮亮（后面将这节车称为当前车）；报警显示27，当某节车温度有异常时，该灯为红色，温度正常时，该灯为绿色，某节车通讯不上时，该等不亮；显示模式控制开关28，当按下“分区显示”时，屏幕中显示当前车各分区的平均温度与最高温度，当按下“曲线显示”时，屏幕中显示当前车光纤中的温度曲线，并分段标注该段光纤所处的区域，当按下“图形显示”时，屏幕中图像化地显示当前车中的设备，并标注其温度，当按下“报警信息”时，屏幕中以列表的形式显示全列车的报警信息，包括所处车厢、所处分区、设备名称、故障类型；用于选择下一条报警信息的方向键9；用于清除当前选择的报警信息的清除键10；用于U盘离线下载测量数据的USB接口11；用于发出报警声音的喇叭12。

该控制器有四项功能：1）通过光纤总线采集每节车厢中测温主机的测量信息；2）存储一段时间内的数据，并在存储满后自动对最早的历史数据进行覆盖；3）显示数据并在温度发生异常或系统发生故障时进行报警；4）与列车上其它系统进行通信。

光纤测温主机3的结构如图3所示，基于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器，本发明的分布式光纤温度传感器加入了光纤通信功能，能够直接通过测温光缆5中集成的另外一根光纤52来进行通信，这样就无需专门布设一条通信线路。

图3中，窄线宽脉冲激光器31，其线宽小于2nm，光脉冲宽度小于10ns，峰值功率可达30W，它每发出一个激光脉冲之前都会先给36发一个电脉冲信号用于同步；波分复用器32，它将窄线宽脉冲激光器31发出的主波长的激光转到测温光纤中去，并把测温光纤中返回的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光提取出来，交给模拟信号放大电路35去探测；参考光纤段33，用来在温度标定过程中提供一个温度基准，以克服光源功率变化、光纤衰减变化导致的返回光功率变化对测量的影响；多通道光开关34，可将参考光纤分别与多根测温光纤连接起来，通过同一个测温主机测量多个不同位置、多个不同车厢的温度，以节约成本；模拟信号放大电路35，它通过雪崩光电二极管（APD）将波分复用器32传递过来的两路散射光转化为电流信号，再通过多级放大电路将电流转为电压并放大，所得信号由高速信号采样与处理电路36进行采集和处理；高速信号采样与处理电路36，主要有一片高性能CPU和一片高速ADC，用于信号的采集与处理；温敏电阻37，用于采集参考光纤的温度；光纤连接器38，用于连接测温光纤；与前车的通信接口39，可以是光纤通信接口，也可以是无线通信接口；与后车的通信接口30，为光纤通信接口，通过测温光缆中集成的通信光纤与后车通信；电源接口15。

光纤测温主机3的工作过程为：主机上电自检完成后，脉冲激光器31就开始不停的发激光脉冲并发出同步信号；CPU每收到一个同步信号就通过高速ADC进行采样得到一组电压数据，这组数据中的每个点对应光纤中不同点发出的斯托克斯散射光和非斯托克斯散射光；当采集到上万组数据后， CPU对数据进行平均滤波并得到一组数据，以消除高频噪声的影响；CPU根据这组数据以及温敏电阻采集到的参考光纤的温度，按照一定的公式计算出温度。

测温光纤5在车厢中根据情况主要分以下三种方式进行布线：

乘员舱中的测温光纤布线方式如图4所示，测温光纤5可布设在天花板夹层中，也可用线夹固定在天花板下方。光纤经过每一个座椅8的上方，空调可根据光纤所测温度估算下方乘员所在位置的温度,测温光纤还可以经过乘员舱的墙壁中，这样可以得到一个立体的温度分布。

设备舱中的的测温光纤5布线方式如图5所示，同一台车中的所有测温光纤5共用一台主机3；设备舱的框架9，与乘员舱不同的是，设备舱空间狭小且封闭，如果将光纤布设在舱门上会导致舱门无法打开，因此设备舱中的光纤5可布设在框架9上、顶部、地板上等位置。

列车中还需对重点设备的温升进行监测，用如图5所示的布线方案显然无法准确知道设备表面的温升。重点设备的测温光纤5布设方案如图6所示，测温光缆5 从地面走线，到达设备部位7后在设备表面呈网格化布置，然后回到地面连接下一台设备。

上述三种方式在一台列车中可单独使用，也可组合使用；可串联使用同一个测温通道，也可并联使用多个测温通道，通过光开关进行切换。由于列车的整体长度较短，测温光纤的总长度应该不会很长，采用串联方式可缩短测量时间，并减小系统成本。

两节车厢之间的测温主机3有多种通讯方式，第一种通讯方式如图7所示，直接通过光纤进行通讯，头一节车18中的通讯光纤5通过光纤连接器41与后一节车19中的测温主机5相连。这里不用考虑两根光纤熔接在一起，因为光纤通讯时传输的是数字信号，列车上通讯距离短，连接器造成的损耗对通讯无影响。

第一种通讯方式的缺点是两车之间通过光纤连接器连接，这样在列车解挂的时候就必须断开光纤的连接。由于光纤连接器对灰尘比较敏感，现场工人不注意的话很容易导致光纤头脏污，通讯中断。

第二种通讯方式如图8所示，通过无线的方式连接两节车厢的测温主机3，头一节车18中的测温主机3与前一车厢的通讯光纤5连接后再与通讯转换器6相连，另一通讯转换器6通过一小段通讯光纤4与后一节车19中的测温主机3相连，这样前后二车厢间可以通过通讯转换器6通讯。采用这种方式的优点是列车解挂重组的时候非常方便，缺点是增加了成本，并且通讯转换器需要供电，并且无线通信有可能受到干扰。

第三种通讯方式如图9所示，它的原理与第二种相同，只是将通讯转换器6集成到了测温主机3中，两节车厢18、19中的待无线模块的测温主机，4为与测温光纤集成的通讯光纤，5为通讯转换器。这种方案中测温主机必须处于通讯转换器的工作距离之内。

分布式光纤测温装置最昂贵的部分在于测温主机3，而其测量距离一般可达到5-10公里，列车每节车厢的长度一般为25m左右，因此即使采用网格化的布置方式，一台测温主机也可以监测几台车的温度。本专利提出一种光纤测温主机的复用方式如图10所示。在列车中靠中间的一节车厢内安装测温主机3，主机上连接有两根（或两组）测温光缆5（其中集成了通讯光纤52），其中一根（一组）测温光缆51在布设完本节车厢后，通过光纤连接器41与下一节车厢中的测温光缆5相连；另一根测温光缆52则直接通过光纤连接器与前一节车厢中的测温光缆5相连。由于光纤连接器会造成较大的光能量衰减，因此不能连接过多车厢，一般来说3-5节车厢共用一台测温主机3较为合适。

上述光纤连接器也可取消，直接将两节车厢之间的光纤熔接在一起，这样可以消除光纤连接器造成的衰减，温度测量精度更高。这样做的缺点是列车解挂重联的时候需要剪断光纤并重新熔接，对现场的维护水平要求较高。

如图11所示为另一种多节车厢测温主机复用方式，前一节车厢的测温光缆5与后一车厢的光纤测温主机3相连，光纤测温主机3与所在车厢中的测温用的测温光缆5连接，光纤测温主机3通过直线布置在车厢中的另一测温光缆5经光纤连接器或光纤熔接点41与后一节车厢中的测温光缆5连接。与图10所示方案不同的是，放置光纤测温主机的车厢的测温光缆5并不是串联的，而是并联的，并且测温光缆在经过非自己要测量的车厢的时候尽量走直线，以减小无用距离。

上述车厢之间的连接可采用光纤连接器，也可采用直接熔接的方式。如采用直接熔接的方式，这种方式使每节车厢的测温光缆中的无用光损耗达到最小，可在最大程度上保证每节车厢的测量精度处于同一水平，并可在6-8节车厢中共用一台测温主机。

Claims (4)

1.一种基于DTS的分布式列车温度监测装置，其特征在于：包括列车车厢、控制器、光纤测温主机、分布式光纤温度传感器DTS，分布式光纤温度传感器DTS包括通讯线和传感线，并且遍布每节车厢，每节车厢均设置光纤测温主机， DTS与光纤测温主机相连，DTS通过通讯线与相邻车厢的光纤测温主机连接，控制器设置于其中的一节车厢中，该车厢中的光纤测温主机通过通信线与控制器相连, 各列车厢的光纤测温主机通过分布式光纤温度传感器测量得到分布式光纤温度传感器测量点的温度,并传送给控制器进行控制和显示。

2.如权利要求1所述的基于DTS的分布式列车温度监测装置，其特征在于：所述的DTS在车厢内重点设备表面呈网格化布置。

3.如权利要求1所述的基于DTS的分布式列车温度监测装置，其特征在于：所述二列车厢之间的两节车厢之间的测温主机通过通讯转换器进行通讯。

4.如权利要求1所述的基于DTS的分布式列车温度监测装置，其特征在于：所述多列车厢采用一个光纤测温主机测温。