CN111044170A - 一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，包括如下步骤：将测温光纤作为传感器分别沿着铁轨和铁轨上方的电缆进行铺设，组成传感光缆，启动激光脉冲器，使所述激光脉冲器周期性的发射激光脉冲，使用波分复用器WDM接收所述激光脉冲器的信号，并将所述激光脉冲信号发送至测温光纤，测温光纤接收到所述激光脉冲信号后，向波分复用器WDM提供散射光，然后波分复用器WDM将散射光发送至光学滤波器进行滤波处理，将滤波处理后的散射光发送至APD探测器，所述APD探测器接收到散射光后，将光信号转换为模拟电信号。本发明能够对铁轨和电缆全铺设，成本低，覆盖测温范围，因而能够提高测量精度，便于工作人员及时发现问题并处理。
Description
技术领域
本发明涉及高铁铁轨温度检测技术领域，尤其涉及一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法。
背景技术
分布式光纤测温系统广泛应用于各种火灾监控现场，例如高铁、隧道、电力电缆、地铁、石油化工等现场。分布式光纤测温系统是一种基于光时域反射仪和拉曼散射原理研制而成的分布式温度测量系统，利用光纤的拉曼散射，即提取光纤中传输的后向拉曼散射光，经光电转换及信号处理后解调出对应测温光纤实时位置的温度信息。
在高铁运行过程中，由于高铁轮轨与铁轨不断地摩擦接触，会导致铁轨温度升高，尤其是夏天或高气温天气时，铁轨升温尤其明显，且铁轨上方的电缆也会升温，运行时的高铁对铁轨的摩擦及重力作用下，高铁铁轨就有可能会发生断裂的情况，导致高铁运行时出现危险，进而危害生命安全。因此需要对铁轨和电缆的温度进行实时监测，便于工作人员及时发现问题并处理问题。然而传统的各类温度传感器的测温物理范围极为有限，在进行铁轨测温时，则需要沿着铁轨和电缆每隔一端距离就要设置一个温度传感器，需要的温度传感器数量众多，不便于使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，能够对铁轨和电缆全铺设，成本低，覆盖测温范围，因而能够提高测量精度，便于工作人员及时发现问题并处理。
本发明采用的技术方案为,一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，包括如下步骤：
a．将测温光纤作为传感器分别沿着铁轨和铁轨上方的电缆进行铺设，组成传感光缆；
b．启动激光脉冲器，使所述激光脉冲器周期性的发射激光脉冲；
c.使用波分复用器WDM接收所述激光脉冲器的信号，并将所述激光脉冲信号发送至测温光纤；
d.测温光纤接收到所述激光脉冲信号后，向波分复用器WDM提供散射光，然后波分复用器WDM将散射光发送至光学滤波器进行滤波处理；
e. 将滤波处理后的散射光发送至APD探测器，所述APD探测器接收到散射光后，将光信号转换为模拟电信号，并对噪声进行抑制，然后将经过噪声抑制的模拟电信号发送至高速数据采集卡；
f.所述高速数据采集卡接收到模拟电信号后，对其进行采集和AD转换，转换为数字信号，并将所述数字信号发送至工控机；
g．所述工控机利用散射光强的比值能够实时获得沿光纤分布的若干服务器的准确温度信息，并基于光在光线中的传播速度和回波时间能够实现对异常点的精确定位；
h.设置监控系统用于实时监测温度的分布情况，得出温度分布图；
i.安装报警器，当沿着光纤分布的温度高于提前设定的温度上限值时，报警器进行报警。
优选的，所述的步骤a中，在进行测温光纤的铺设时，采用不可撕的粘胶将测温光纤分别铺设在高铁铁轨的侧面和铁轨上方的电缆上。
优选的，所述数据采集卡通过SPI总线将数字信号发送至工控机。
优选的，所述的测温光纤作为测温传感器是基于斯托克斯和反斯托克斯散射光原理。
优选的，所述的测温光纤为单模测温光纤。
优选的，所述测温光纤的空间分辨率范围为1m-2m，采样频率为1Hz-1KHz。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过将测温光纤铺设在高铁铁轨与电缆上，能够全方位地实时监测铁轨和电缆的温度，且能够对铁轨和电缆进行全铺设，有效降低成本，能覆盖测温范围，便于工作人员及时发现问题并处理，提高高铁运行的安全性。
2.本发明所提供的数据采集卡与主控板之间通过SPI总线连接，通过SPI总线实现信号的传输，此种方式在结构上较为简单，而且能够满足测量精度和速度的要求，同时还能降低采集卡的成本。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
a．将测温光纤作为传感器分别沿着铁轨和铁轨上方的电缆进行铺设，组成传感光缆；
b．启动激光脉冲器，使所述激光脉冲器周期性的发射激光脉冲；
c.使用波分复用器WDM接收所述激光脉冲器的信号，并将所述激光脉冲信号发送至测温光纤；
d.测温光纤接收到所述激光脉冲信号后，向波分复用器WDM提供散射光，然后波分复用器WDM将散射光发送至光学滤波器进行滤波处理；
e. 将滤波处理后的散射光发送至APD探测器，所述APD探测器接收到散射光后，将光信号转换为模拟电信号，并对噪声进行抑制，然后将经过噪声抑制的模拟电信号发送至高速数据采集卡；
f.所述高速数据采集卡接收到模拟电信号后，对其进行采集和AD转换，转换为数字信号，并将所述数字信号发送至工控机；
g．所述工控机利用散射光强的比值能够实时获得沿光纤分布的若干服务器的准确温度信息，并基于光在光线中的传播速度和回波时间能够实现对异常点的精确定位；
h.设置监控系统用于实时监测温度的分布情况，得出温度分布图；
i.安装报警器，当沿着光纤分布的温度高于提前设定的温度上限值时，报警器进行报警。
所述的步骤a中，在进行测温光纤的铺设时，采用不可撕的粘胶将测温光纤分别铺设在高铁铁轨的侧面和铁轨上方的电缆上。
所述数据采集卡通过SPI总线将数字信号发送至工控机。
所述的测温光纤作为测温传感器是基于斯托克斯和反斯托克斯散射光原理。
所述的测温光纤为单模测温光纤。
所述测温光纤的空间分辨率范围为1m-2m，采样频率为1Hz-1KHz。
具体地，本发明所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，激光脉冲器通过光纤发送周期性激光脉冲给波分复用器WDM，波分复用器WDM在接收到激光脉冲后将其发送到测温光纤，测温光纤接收到激光脉冲信号后，向波分复用器WDM提供拉曼散射中的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，并将散射光发送至滤波器进行滤波处理，经滤波后的散射光发送至APD探测器，APD探测器在接收到散射光后，将光信号转换为模拟电信号并对噪声进行抑制，然后将经过噪声抑制的模拟电信号发送至高速数据采集卡，高速数据采集卡在接收到模拟电信号后，对其进行采集和AD转换，并将转换后的数字信号通过SPI总线发送至工控机，工控机利用能够实时获得沿光纤分布的若干服务器的准确温度信息并实现对异常点的精确定位。同时，监控系统实时监控工控机表示的温度分布情况并得出温度分布图，便于工作人员对温度的实时关注，且当温度超过提前设定的温度上限值时，报警器进行报警，便于工作人员及时处理，提高高铁运行的安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．将测温光纤作为传感器分别沿着铁轨和铁轨上方的电缆进行铺设，组成传感光缆；
b．启动激光脉冲器，使所述激光脉冲器周期性的发射激光脉冲；
c.使用波分复用器WDM接收所述激光脉冲器的信号，并将所述激光脉冲信号发送至测温光纤；
d.测温光纤接收到所述激光脉冲信号后，向波分复用器WDM提供散射光，然后波分复用器WDM将散射光发送至光学滤波器进行滤波处理；
e. 将滤波处理后的散射光发送至APD探测器，所述APD探测器接收到散射光后，将光信号转换为模拟电信号，并对噪声进行抑制，然后将经过噪声抑制的模拟电信号发送至高速数据采集卡；
f.所述高速数据采集卡接收到模拟电信号后，对其进行采集和AD转换，转换为数字信号，并将所述数字信号发送至工控机；
g．所述工控机利用散射光强的比值能够实时获得沿光纤分布的若干服务器的准确温度信息，并基于光在光线中的传播速度和回波时间能够实现对异常点的精确定位；
h.设置监控系统用于实时监测温度的分布情况，得出温度分布图；
i.安装报警器，当沿着光纤分布的温度高于提前设定的温度上限值时，报警器进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于：所述的步骤a中，在进行测温光纤的铺设时，采用不可撕的粘胶将测温光纤分别铺设在高铁铁轨的侧面和铁轨上方的电缆上。
3.根据权利要求1所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于：所述数据采集卡通过SPI总线将数字信号发送至工控机。
4.根据权利要求1所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于：所述的测温光纤作为测温传感器是基于斯托克斯和反斯托克斯散射光原理。
5.根据权利要求1所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于：所述的测温光纤为单模测温光纤。
6.根据权利要求1所述的基于光纤分布式监测的高铁铁轨温度检测方法，其特征在于：所述测温光纤的空间分辨率范围为1m-2m，采样频率为1Hz-1KHz。
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