CN109737996A - 一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，包括传输光纤(5)和光纤传感器，还包括连续发射不同频率光信号的光源(101)、波分复用器(6)、光环行器(102)、光电探测器(103)和数据处理器(3)，且不同位置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同，所述波分复用器(6)为若干个，并与所述光环行器(102)形成一条光回路，每个所述波分复用器(6)对应一个防护门，且与所述防护门上设置的光纤传感器的端部连接，若干防护门上的光纤传感器并列设置在所述光回路中。本发明还公开了一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法。本发明同时实现对多个防护门的监测预警且相互之间不干扰。

Description

一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统及方法

技术领域

本发明属于防护门监测技术领域，更具体地，涉及一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统及方法。

背景技术

铁路隧道设置洞室，洞室设置防护门，作为防火分隔措施将横通道、疏散通道与车行隧道相分隔。铁路隧道防护门设置在轨道旁，防护门整个门面长期收到反复、高强度的活塞风的作用，随时都有损坏甚至脱落的风险，防护门脱落至道侧及其危险严重可能导致运营安全事故。因此，监测防护门在活塞风的作用下的振动和变形情况，通过振动和变形数据可提前判断防护门可能存在的隐患，以在防护门脱落之前对防护门进行检修更换，防止造成安全事故。

其中，防护门的监测除了关门状态下防护门的振动和变形情况，还包括开门状态下，活塞风作用导致关门时产生的冲击速度、加速度，以供运营单位需随时掌握防护门的开关门信息，保证铁路隧道运营的安全。

现有技术中，对防护门的监测通常由运营单位仅仅依靠人工巡检，无法提前判断可能存在的风险。另外还有测量防护门实际振动和变形方案是在门体上粘贴应变片，但此种方式仅仅能测量门体表面情况，对实际振动和变形值无直接体现，不能作为优化设计的有效参考。且没有涉及对关门瞬间冲击速度、加速度的测量。

专利CN108122367A公开了一种防护门脱落报警系统，包括激光发射器、分布式光纤传感器、传输光纤、光信号处理模块和报警模块，其中分布式光纤传感器均匀分布在防护门板上，所述激光发射器、分布式光纤传感器、传输光纤和光信号处理模块依次连接形成完整的回路，所述光信号处理模块检测所述激光发射器发出的脉冲信号，所述光信号处理模块可反向发射脉冲信号对防护门上零部件脱落导致的光纤断点进行定位，所述光信号处理模块与所述报警模块连接。该专利主要通过布置在门体表面设置光纤随着门体的脱落判断防护门上脱落的情况，存在的缺陷是只能在脱落之后才能监测到，不能提前预制脱落的情况及时进行处理，可能会因为处理延时导致安全事故。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供的分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统及方法，通过将若干防护门上设置的光纤传感器通过波分复用器并列入光路中，实现对多个防护门的振动、变形及开关信息的同时监测，且若其中一个防护门出现脱落，仅对应的光纤传感器与波分复用器的耦合断开，不影响其他防护门的继续监测

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，包括传输光纤和光纤传感器，还包括连续发射不同频率光信号的光源、波分复用器、与所述光源连接的光环行器、与所述光环形器的输出端相连的光电探测器和与所述光电探测器连接的数据处理器；

所述光纤传感器设于防护门上，以感应防护门体振动、变形及开关信息，且不同位置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同，用于定位防护门体的位置；

所述波分复用器为若干个，相邻所述波分复用器之间通过所述传输光纤连接，并与所述光环行器形成一条光回路，每个所述波分复用器对应一个防护门，且与所述防护门上设置的光纤传感器的端部连接，若干防护门上的光纤传感器并列设置在所述光回路中，实现对多个防护门的统一监测。

进一步地，所述光纤传感器设于防护门的门体内部。

进一步地，所述光纤传感器覆盖在所述防护门的门体门框、活页及闭门器上。

进一步地，还包括报警模块，所述报警模块与所述数据处理器连接。

作为本发明的另一个方面，提供一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，包括如下步骤：

S1光源发射不同频率的光信号，各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率的光信号；

S2光信号经过光环形器传输至传输光纤及各波分复用器上；

S3光信号通过所述波分复用器依次传递至并列设置的所述光纤传感器上；

S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内，在调制器内防护门体的参数相互作用，得到被调制的光信号；

S5不同频率的被调制的光信号传输至所述光环行器中，并被光电探测器接收转换成电信号；

S6所述电信号被传输至数据处理器中，通过数据处理器的处理得出防护门具体的变形、振动和开关门的信息。

进一步地，所述防护门的门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息。

进一步地，步骤S5中，所述光电探测器将不同频率的被调制的光信号转换成对应频率信息的电信号，以将防护门的门体的参数与门体的位置进行对应。

进一步地，所述数据处理器设定振动幅度的阈值、变形的阈值，当所述光纤传感器反馈回来的光信号经过转换和处理后得到的振动幅度的值或变形值大于或等于阈值时，启动报警模块。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，通过将若干防护门上设置的光纤传感器通过波分复用器并列入光路中，实现对多个防护门的振动、变形及开关信息的同时监测，且若其中一个防护门出现脱落，仅对应的光纤传感器与波分复用器的耦合断开，不影响其他防护门的继续监测；光源连续发射不同频率的光信号，对应的不同位置的防护门上的光纤传感器接收的光信号的频率不同，通过光电探测器最后接收的光信号的频率获取对应防护门的位置信息并通过读取该频率光信号携带的信息获得对应位置防护门的振动、变形和开关门信息，从而为根据振动变形信息预测到防护门脱落情况，及时进行处理避免出现安全事故。

(2)本发明的分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，光纤传感器设于防护门的门体内，位于防护门表面的光纤传感器易受到活塞风等其他因素的影响，其测的数据存在误差，甚至可能存在误报的情况，由于与门体为一体式结构且位于内部，因此能够更加准确的感应防护门门体的振动和变形的相关信息；设置在内部的光纤传感器被门体保护住，以免受活塞风及其他外界因素的影响，避免光纤传感器出现损坏失去对防护门的监测作用。

(3)本发明的分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，光纤传感器覆盖在防护门门体门框、活页及闭门器上，防护门的门体门框为防护门的框架，其出现变形和脱落的情况能够及时反映门体整个的情况，活页和闭门器为门体开关的重要部件，通过覆盖分布在活页和闭门器上的光纤传感器的感应和传输能够及时得知防护门开关的信息，及时对相关问题进行处理，保证铁路隧道运行的安全性。

(4)本发明的分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，通过光源连续发射不同频率的光信号，并对并联设置的每个光纤传感器设置不同的接收频率，通过反馈光信号的接收频率对应防护门的位置信息，通过反馈光信号携带的防护门的位移、速度及加速度的相关信息，获取对应防护门的振动、变形和开关信息，对防护门的监测更加精准，同时起到预测预警的作用。

附图说明

图1是本发明实施例中分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统的示意图。

其中：1-光电主机、101-光源、102-光环行器、103-光电探测器、201-第一光纤传感器、202-第二光纤传感器、203-第三光纤传感器、3-数据处理器、4-防护门、5-传输光纤、6-波分复用器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例中分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统的示意图。如图1所示，本发明的防护门监测系统包括光电主机1、传输光纤5、光纤传感器、波分复用器和数据处理器，光电主机1包括光源101、光环形器102和光电探测器103，光源101发射光信号，并通过光环行器102进行传输，传输回来的光信号被光电探测器103接收，光电探测器103将接收的光信号转化为电信号；光电探测器103与数据处理器3连接，将接收到的光信号转化成电信号后反馈给数据处理器3，数据处理器3对电信号进行处理得到相应的振动和变形信息。

优选地，光源101连续发射不同频率的光信号，并通过光环形器102进行传输。

其中，隧道中的防护门依次排列设置，单个防护门上设置光纤传感器，依次排列设置的若干隧道防护门上均设置光纤传感器，如，依次设置的防护门上分别设置的第一光纤传感器201、第二光纤传感器202、第三光纤传感器203，每一个光纤传感器均为光学敏感结构，光纤传感器用于捕捉防护门门体的位移、速度和加速度的信息，通过门体的位移信息可以判断门体的变形或者关门信息，通过速度和加速度信息结合位移信息可以判断振动的相关信息。

光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，其中的被测参数为门体的位移、速度和加速度的信息参数，相互作用后使得光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号。

优选地，光纤传感器设于防护门的门体内，在防护门制作时置于门体内与防护门一起制作完成，位于门体内的光纤传感器，一方面，位于防护门表面的光纤传感器易受到活塞风等其他因素的影响，其测的数据存在误差，甚至可能存在误报的情况，由于与门体为一体式结构且位于内部，因此能够更加准确的感应防护门门体的振动和变形的相关信息；另一方面，设置在内部的光纤传感器被门体保护住，以免受活塞风及其他外界因素的影响，避免光纤传感器出现损坏，失去对防护门的监测作用。

进一步地，光纤传感器覆盖在防护门门体门框、活页及闭门器上，防护门的门体门框为防护门的框架，其出现变形和脱落的情况能够及时反映门体整个的情况，活页和闭门器为门体开关的重要部件，通过覆盖分布在活页和闭门器上的光纤传感器的感应和传输能够及时得知防护门开关的信息，及时对相关问题进行处理，保证铁路隧道运行的安全性。

监测系统包括若干个波分复用器6，如第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器等，相邻波分复用器6之间通过传输光纤5连接，波分复用器6与光环行器102之间设置传输光纤5，并通过传输光纤5连接，波分复用器6通过传输光纤5与光电主机1形成一条光回路。

每个防护门上的光纤传感器的端部均通过传输光纤与对应的波分复用器连接，如第一光纤传感器201与第一波分复用器连接，第二光纤传感器202与第二波分复用器连接，其他光纤传感器均与对应的波分复用器连接。光纤传感器通过波分复用器连入光回路，若干光纤传感器并列设置，光电主机1中光源发射的光信号经过光环行器102传输至各波分复用器6，并传输入对应的光纤传感器上，门体的振动和变形信息通过光纤传感器的作用形成调制后的光信号，该光信号返回至光环形器102中，并被光电探测器103接收后转换成电信号，最后通过数据处理器3对电信号进行处理得到相应的振动和变形信息。

光纤传感器并列设置使得各光纤传感器之间不会相互影响，当其中一个防护门脱落时，仅会拉断对应的光纤传感器与波分复用器的耦合，不会影响其他防护门上的光纤传感器与对应的波分复用器的耦合，即不会影响其他防护门的监测，保证监测的独立性。另外，并列设置的光纤传感器不受距离的限制，相较与并列设置的光纤传感器可以将更大范围内的防护门纳入一个监测系统内，同时对多个防护门进行监测。

优选地，每个防护门上的光纤传感器接收光信号的频率不同，只有对应频率的光信号光纤传感器才会接收，并将对应防护门体的振动和变形的相关参数信息进行处理，形成调制光信号返回至光环行器102，光探测器103根据光信号的频率获取防护门的位置信息，从而得出对应防护门的振动和变形信息。

进一步地，当防护门出现脱落或倾倒的情况时，光纤传感器随着断裂，从而断开光环形器102与光纤传感器之间的连接，接收不到返回光信号即出现了防护门的突然倾倒或脱落的情况，及时进行处理。

优选地，防护门监测系统还包括报警模块，报警模块与数据处理器连接，当数据处理器根据光纤传感器获取的防护门的信息表示其有脱落倾倒风险，即防护门的变形或振动幅度达到某一极限值时，报警模块发出报警信息，提示防护门需要及时进行修理或更换。

一种分布式传感光纤并列的防护门监测方法，步骤如下：

S1光源101发射不同频率的光信号，各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率的光信号，非对应频率的光信号光纤传感器不予接收，频率信息对应的是防护门的位置信息，通过频率可以明确是何处的防护门出现变形、脱落或倾倒；

S2光信号经过光环形器102传输至传输光纤5及各波分复用器6上；

S3光信号通过各波分复用器6依次传递至并列设置的各光纤传感器上；

其中，依次并排设置的防护门上均设置光纤传感器，且光纤传感器之间通过并列的方式进行连接，实现同时对多个防护门的同时监测，且其中一个防护门出现脱落导致光纤传感器与波分复用器之间的耦合断裂时，不影响其他光纤传感器与对应波分复用器的连接，其他防护门的监测继续进行；

S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内，在调制器内防护门体的参数相互作用，得到被调制的光信号；

其中防护门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息，即防护门的振动、变形和开关信息；

S5不同频率的被调制的光信号传输至光环行器102中，并被光电探测器103接收，光电探测器103将不同频率的被调制的光信号转换成对应频率信息的电信号，即根据电信号可以获取防护门的位置信息和振动、变形及开关的信息；

S6电信号被传输至数据处理器3中，通过数据处理器的处理得出防护门具体的变形、振动和开关门的信息，出现问题时及时对防护门进行处理，避免导致安全事故；

数据处理器3预先设定振动幅度的阈值、变形的阈值，当所述光纤传感器反馈回来的光信号经过转换和处理后得到的振动幅度的值或变形值大于或等于阈值时，启动报警模块。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，包括传输光纤(5)和光纤传感器，其特征在于，还包括连续发射不同频率光信号的光源(101)、波分复用器(6)、与所述光源(101)连接的光环行器(102)、与所述光环形器(102)的输出端相连的光电探测器(103)和与所述光电探测器(103)连接的数据处理器(3)；

所述光纤传感器设于防护门上，以感应防护门体振动、变形及开关信息，且不同位置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同，用于定位防护门体的位置；

所述波分复用器(6)为若干个，相邻所述波分复用器(6)之间通过所述传输光纤(5)连接，并与所述光环行器(102)形成一条光回路，每个所述波分复用器(6)对应一个防护门，且与所述防护门上设置的光纤传感器的端部连接，若干防护门上的光纤传感器并列设置在所述光回路中，实现对多个防护门的统一监测。

2.根据权利要求1所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，其特征在于，所述光纤传感器设于防护门的门体内部。

3.根据权利要求1或2所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，其特征在于，所述光纤传感器覆盖在所述防护门的门体门框、活页及闭门器上。

4.根据权利要求1所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与所述数据处理器(3)连接。

5.如权利要求1～4中任一项所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1光源(101)发射不同频率的光信号，各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率的光信号；

S2光信号经过光环形器(102)传输至传输光纤(5)及各波分复用器(6)上；

S3光信号通过所述波分复用器(6)依次传递至并列设置的所述光纤传感器上；

S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内，在调制器内防护门体的参数相互作用，得到被调制的光信号；

S5不同频率的被调制的光信号传输至所述光环行器(102)中，并被光电探测器(103)接收转换成电信号；

S6所述电信号被传输至数据处理器(3)中，通过数据处理器的处理得出防护门具体的变形、振动和开关门的信息。

6.根据权利要求5所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，其特征在于，所述防护门的门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息。

7.根据权利要求5或6所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，其特征在于，步骤S5中，所述光电探测器(103)将不同频率的被调制的光信号转换成对应频率信息的电信号，以将防护门的门体的参数与门体的位置进行对应。

8.根据权利要求5或6所述的一种分布式传感光纤并列设置的防护门监测方法，其特征在于，所述数据处理器(3)设定振动幅度的阈值、变形的阈值，当所述光纤传感器反馈回来的光信号经过转换和处理后得到的振动幅度的值或变形值大于或等于阈值时，启动报警模块。