CN109334715A - 一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统及方法,系统包括至少一个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)和基于匹配光纤光栅的快速解调单元(2);光纤光栅振动加速度传感器单元包括固定端、第一光纤光栅(11)、第二光纤光栅(12)和悬臂梁;基于匹配光纤光栅的快速解调单元(2)包括光纤光栅解调仪(21)、环形器(22)和示波器(23),光纤光栅解调仪(21)包括光源(211)和光电探测器(212)。本发明利用光纤光栅传感器快速检测轨道占用状态,结合光纤通信等技术监测轨道占用情况。
Description
技术领域
本发明涉及铁路信号监测技术,尤其涉及一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统及方法。
背景技术
随着铁路信号技术的发展和铁路信号的广泛应用,铁路信号也成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益的一种现代化科学管理手段和技术。在铁路信号和安全系统中轨道空闲检测是至关重要的,轨道占用监测系统是一种重要的铁路信号设备,并在轨道空闲检测的过程中发挥出大作用。
传统的轨道占用监测设备多属于电磁系统,易于受到电磁干扰,严重影响系统的可靠性和稳定性,且需要人工复位。而随着光纤传感技术的不断发展,光纤传感技术逐渐成为一种广泛应用的检测手段,光纤传感器与传统电传感器相比,具有抗电磁干扰、耐腐蚀、使用寿命长等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中轨道占用监测设备易于受到电磁干扰、需要人工复位等不足,提供一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统及方法,能够直接判断轨道占用区间。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,系统包括少一个光纤光栅振动加速度传感器单元和基于匹配光纤光栅的快速解调单元;光纤光栅振动加速度传感器单元包括固定装置、第一光纤光栅、第二光纤光栅和悬臂梁,其中固定装置的一端固定在轨道上,另一端与悬臂梁连接,悬臂梁上设置有第一光纤光栅和第二光纤光栅;
基于匹配光纤光栅的快速解调单元包括光纤光栅解调仪、环形器和示波器,所述光纤光栅解调仪包括光源和光电探测器;所述光源输出光信号经环形器第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅,满足第一光纤光栅相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅反射,反射的光信号经环形器第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅输入到光电探测器,光电探测器将反射的光信号转换为电信号输出到示波器。
具体地,光纤光栅解调仪、环形器和示波器设于轨道监测室。
具体地,光纤光栅振动加速度传感器单元采用多点分布式安装在枕木或者轨道板上。
具体地,第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长相近,处于匹配状态,固定在悬臂梁结构的上下两侧,可构成一种高响应频率的动态信号转换装置。
具体地,系统还包括用于光信号传输的传输光纤,传输光纤与光源、传输光纤与环形器、传输光纤与第一光纤光栅、传输光纤与第二光纤光栅、传输光纤与光电探测器通过熔接或跳线的方式连接。
进一步地,本系统还包括一种基于振动测量的光纤轨道占用监测方法,包括以下步骤:
S01:将一个光纤光栅振动加速度传感器单元安装在铁轨上;
S02:光源输出光信号经环形器第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅,当没有列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元所在区域时,第一光纤光栅和第二光栅光栅处于匹配状态,满足第一光纤光栅相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅反射,反射的光信号经环形器第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅输入到光电探测器,光电探测器的光信号强度为零;当列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到光纤光栅振动加速度传感器单元,进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S03:光电探测器将接受到的光信号转换为电信号输出到示波器中,示波器上的电信号的强度及频率能够反映当前光纤光栅振动加速度传感器单元所在轨道区域是否有列车经过。
进一步地,检测方法还包括:
S011:将N个光纤光栅振动加速度传感器单元采用多点分布式安装在轨道上,第一个光纤光栅振动加速度传感器单元和第二个光纤光栅振动加速度传感器单元之间的轨道定义为轨道区间A,将第二个光纤光栅振动加速度传感器单元和第三个光纤光栅振动加速度传感器单元之间定义为区间B,以此类推。
S021:光源输出光信号经环形器第一端口a、第二端口b进入多个第一光纤光栅,当没有列车经过任何一个光纤光栅振动加速度传感器单元所在区域时,第一光纤光栅和第二光栅光栅处于匹配状态,满足第一光纤光栅相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅反射,反射的光信号经环形器第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅输入到光电探测器,光电探测器的光信号强度为零;当列车经过一个或M个(M<N)光纤光栅振动加速度传感器单元所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到相应光纤光栅振动加速度传感器单元,进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S031:光电探测器将接受到的多个光信号转换为电信号输出到示波器中,示波器上的电信号的强度及频率能够反映N个光纤光栅振动加速度传感器单元所在轨道的占用情况。
具体地,步骤S011还包括对区间A、区间B及其他区间之间的距离进行测量,用于计算列车的行进速度。
具体地,在步骤S021中,还包括对基于匹配光纤光栅的快速解调单元设置阈值,高于这一阈值时判定为有列车经过,轨道被占用,低于该阈值时,判定为干扰信号,没有列车经过,轨道空闲,可以有效地消除其他振动或环境对测量结果的影响。
具体地,步骤S031可以通过一个示波器来观察轨道占用情况,也可以通过多个示波器更加直观的观察轨道的占用情况。
与现有技术相比,本发明有益效果是:
(1)利用监测列车与轨道相互作用引起的振动信号可以实现轨道占用、列车行进速度等的监测;
(2)采用基于匹配光纤光栅的振动加速度传感器对振动信号进行监测,可以有效地提高系统的灵敏度和测量精度,还可以消除温度或环境对光纤光栅轨道占用监测系统的影响;
(3)解调系统的阈值设置方案,可以有效地消除其他振动信号或环境对测量结果的影响;
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1的系统框图;
图2为本发明实施例2的方法流程图;
图3实施例2中多点分布优选方案的示意图。
图中,1-光纤光栅振动加速度传感器单元、11-第一光纤光栅、12-第二光纤光栅、2-匹配光纤光栅的快速解调单元、21-光纤光栅解调仪、211-光源、212光电探测器、22-环形器、23-示波器
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,应当理解,此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统
如图1所示,在实施例1中,一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,系统包括:系统包括少一个光纤光栅振动加速度传感器单元1和基于匹配光纤光栅的快速解调单元2;光纤光栅振动加速度传感器单元1包括固定装置、第一光纤光栅11、第二光纤光栅12和悬臂梁,其中固定装置的一端固定在轨道上,另一端与悬臂梁连接,悬臂梁上设置有第一光纤光栅11和第二光纤光栅12;
基于匹配光纤光栅的快速解调单元2包括光纤光栅解调仪21、环形器22和示波器23,所述光纤光栅解调仪21包括光源211和光电探测器212;所述光源211输出光信号经环形器22第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅11,满足第一光纤光栅11相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅11反射,反射的光信号经环形器22第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅12输入到光电探测器212,光电探测器212将反射的光信号转换为电信号输出到示波器23。
更优地,光纤光栅解调仪21、环形器22和示波器23设于轨道监测室。
更优地,光纤光栅振动加速度传感器单元2采用多点分布式安装在枕木或者轨道板上。
更优地,第一光纤光栅11和第二光纤光栅12的中心波长相近,处于匹配状态,固定在悬臂梁结构的上下两侧,可构成一种高响应频率的动态信号转换装置。
更优地,系统还包括用于光信号传输的传输光纤,传输光纤与光源211、传输光纤与环形器22、传输光纤与第一光纤光栅11、传输光纤与第二光纤光栅12、传输光纤与光电探测器212通过熔接或跳线的方式连接。
实施例2一种基于振动测量的光纤轨道占用监测方法
如图2所示,在实施例2中,一种基于振动测量的光纤轨道占用监测方法,包括以下步骤:
S01:将一个光纤光栅振动加速度传感器单元1安装在铁轨上;
S02:光源211输出光信号经环形器22第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅11,当没有列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元1所在区域时,第一光纤光栅11和第二光栅光栅12处于匹配状态,满足第一光纤光栅11相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅11反射,反射的光信号经环形器22第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅12输入到光电探测器212,光电探测器212的光信号强度为零;当列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元1所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到光纤光栅振动加速度传感器单元1,进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器212的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S03:光电探测器212将接受到的光信号转换为电信号输出到示波器23中,示波器23上的电信号的强度及频率能够反映当前光纤光栅振动加速度传感器单元1所在轨道区域是否有列车经过。
进一步地,检测方法还包括:
S011:将N个光纤光栅振动加速度传感器单元1采用多点分布式安装在轨道上,如图3所示,第一个光纤光栅振动加速度传感器单元1和第二个光纤光栅振动加速度传感器单元1之间的轨道定义为轨道区间A,将第二个光纤光栅振动加速度传感器单元1和第三个光纤光栅振动加速度传感器单元1之间定义为区间B,以此类推。
S021:光源211输出光信号经环形器22第一端口a、第二端口b进入多个第一光纤光栅11,当没有列车经过任何一个光纤光栅振动加速度传感器单元1所在区域时,第一光纤光栅11和第二光栅光栅12处于匹配状态,满足第一光纤光栅11相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅11反射,反射的光信号经环形器22第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅12输入到光电探测器212,光电探测器212的光信号强度为零;当列车经过一个或M个(M<N)光纤光栅振动加速度传感器单元1所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到相应光纤光栅振动加速度传感器单元1,进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器212的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S031:光电探测器212将接受到的多个光信号转换为电信号输出到示波器23中,示波器23上的电信号的强度及频率能够反映N个光纤光栅振动加速度传感器单元1所在轨道的占用情况。
更优地,步骤S011还包括对区间A、区间B及其他区间之间的距离进行测量,当光纤光栅振动加速度传感器单元1-1检测到列车经过时,进行第一次计时,当光纤光栅振动加速度传感器单元1-2检测到列车经过时,进行第二次计时,得到列车经过区间A的时间差即可对列车的行进速度进行计算。
更优地,可以在光纤光栅振动加速度传感器单元1-3检测到列车经过时,进行第三次计时,通过第三次计时时间和第二次计时时间反映列车在区间B的行进速度,从而监测列车在整个轨道上的不同区间的速度变化。
更优地,在步骤S021中,还包括对基于匹配光纤光栅的快速解调单元2设置阈值,高于这一阈值时判定为有列车经过,轨道被占用,低于该阈值时,判定为干扰信号,没有列车经过,轨道空闲,可以有效地消除其他振动或环境对测量结果的影响。
更优地,步骤S031可以通过一个示波器23来观察轨道占用情况,也可以通过多个示波器23更加直观的观察轨道的占用情况。
以上具体实施方式是对本实用发明的详细说明,不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演和替代,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,系统包括至少一个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)和基于匹配光纤光栅的快速解调单元(2);
光纤光栅振动加速度传感器单元(1)包括固定装置、第一光纤光栅(11)、第二光纤光栅(12)和悬臂梁,其中固定装置的一端固定在轨道上,另一端与悬臂梁连接,悬臂梁上设置有第一光纤光栅(11)和第二光纤光栅(12);
基于匹配光纤光栅的快速解调单元(2)包括光纤光栅解调仪(21)、环形器(22)和示波器(23),所述光纤光栅解调仪(21)包括光源(211)和光电探测器(212);所述光源(211)输出光信号经环形器(22)第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅(11),满足第一光纤光栅(11)相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅(11)反射,反射的光信号经环形器(22)第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅(12)输入到光电探测器(212),光电探测器(212)将反射的光信号转换为电信号输出到示波器(23)。
2.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,所述光纤光栅解调仪(21)、环形器(22)和示波器(23)设于轨道监测室。
3.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,所述光纤光栅振动加速度传感器单元(1)采用多点分布式安装在铁轨上。
4.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,所述第一光纤光栅(11)和第二光纤光栅(12)处于匹配状态,二者互为参考。
5.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,所述第一光纤光栅(11)和第二光纤光栅(12)固定在悬臂梁结构的上下两侧,可构成一种高响应频率的动态信号转换装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统,其特征在于,所述系统还包括用于光信号传输的传输光纤,传输光纤与光源(211)、传输光纤与环形器(22)、传输光纤与第一光纤光栅(11)、传输光纤与第二光纤光栅(12)、传输光纤与光电探测器(212)通过熔接或跳线的方式连接。
7.根据权利要求1~7中任意一项所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S01:将一个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)安装在铁轨上;
S02:光源(211)输出光信号经环形器(22)第一端口a、第二端口b进入第一光纤光栅(11),当没有列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在区域时,第一光纤光栅(11)和第二光栅光栅(12)处于匹配状态,满足第一光纤光栅(11)相位匹配条件的特征波长光波被第一光纤光栅(11)反射,反射的光信号经环形器(22)第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅(12)输入到光电探测器(212),光电探测器(212)的光信号强度为零;当列车经过光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到光纤光栅振动加速度传感器单元(1),进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器(212)的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S03:光电探测器(212)将接受到的光信号转换为电信号输出到示波器(23)中,示波器(23)上的电信号的强度及频率能够反映当前光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在轨道区域是否有列车经过。
8.根据权利要求7中所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统的监测方法,其特征在于,监测方法还包括:
S011:将N个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)采用多点分布式安装在轨道上,第一个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)和第二个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)之间的轨道定义为轨道区间A,将第二个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)和第三个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)之间定义为区间B,以此类推。
S021:光源(211)输出光信号经环形器(22)第一端口a、第二端口b进入多个第一光纤光栅(11),当没有列车经过任何一个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在区域时,第一光纤光栅(11)和第二光栅光栅(12)处于匹配状态,满足第一光纤光栅(11)相位匹配条件波段的光被第一光纤光栅(11)反射,反射的光信号经环形器(22)第二端口b、第三端口c、第二光纤光栅(12)输入到光电探测器(212),光电探测器(212)的光信号强度为零;当列车经过一个或M个(M<N)光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在区域时,列车与铁轨相互作用产生的具有特征频率的振动信号会传递到相应光纤光栅振动加速度传感器单元(1),进而改变两支光纤光栅之间波长匹配度,光电探测器(212)的光信号强度呈现出具有一定频率的强度变化;
S031:光电探测器(212)将接受到的多个光信号转换为电信号输出到示波器(23)中,示波器(23)上的电信号的强度及频率能够反映N个光纤光栅振动加速度传感器单元(1)所在轨道的占用情况。
9.根据权利要求8所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统的监测方法,其特征在于,步骤S011还包括:对区间A、区间B及其他区间之间的距离进行测量,用于计算列车的行进速度。
10.根据权利要求8所述的一种基于振动测量的光纤轨道占用监测系统的监测方法,其特征在于,在步骤S021中,还包括对基于匹配光纤光栅的快速解调单元(2)设置阈值。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190215 |