CN111157026A - 一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置和方法，属于分布式光纤传感技术领域。针对现有铁路防护网无法对落石位置及产生的应力大小给出准确数据，不利于管理人员进行应急指挥。本发明将光纤振动检测与光纤应变检测相结合，不仅将落石位置进行准确定位，而且检测落石发生点应力值。可在山体、斜坡等铁路列车经过地进行长距离、大范围的铺设，并给出具体的铺设方式，实现实时监测预警，避免因山体落石引发的交通事故，具有定位准确，可靠性高，实时性好等优点。

Description

一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置和方法
技术领域
本发明属于分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置和方法。
背景技术
铁路运输是我国重要的交通运输方式，受到我国错综复杂的地势限制，铁路列车在运输过程中常经过山体、隧道等多山区域，一旦山体发生落石滚落，铁路交通指挥人员需及时获取落石的位置与落石产生的灾变信息，故而急需一种山区落石信号检测装置。现有的铁路落石防护网大都只具备防护落石滚落功能，无法实现落石定位，不利于铁路人员进行应急指挥，给铁路运输过程带来了安全隐患。长距离山体落石信号检测装置主要基于分布式光纤传感技术，适用于长距离、野外、复杂地质等多种环境。本发明针对现有铁路落石防护网应用中存在的缺陷，设计了一种不仅能将落石位置进行准确定位，而且能将落石发生点的应力值进行准确还原的检测装置，实现落石发生时及下落稳定以后的位置检测及落石大小的初步识别。设计了具体铺设方式，实现铁路列车经过山体、斜坡的实时监测预警，避免因山体落石引发的交通事故。具有定位准确，可靠性高，实时性好等优点。
发明内容
本发明一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，其目的在于结合光纤振动检测与光纤应变检测的优势，通过合理的系统融合，提高系统信号检测的适用性。在铁路列车经过的山体、隧道沿线，定位滚石落下的位置与初步估算落石大小。并在实际应用中给出具体的铺设方式，实现实时监控预警。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，包括布里渊光时域反射系统和相干光时域反射系统；
布里渊光时域反射系统包括：窄线宽激光器、第一光纤耦合器、偏振控制模块、电光调制器、偏压控制板、脉冲信号发生模块、脉冲光放大器模块、第一密集型波分复用器、光环形器、探测光纤、第二光纤耦合器、小信号连续光放大器、第二密集型波分复用器、第三光纤耦合器、扰偏器、第四光纤耦合器、第一光电探测器、频率混合模块、低噪声放大器、滤波器、微波可调频率源、模数转换模块、第二光电探测器和上位机；
相干光时域反射系统通过复用布里渊光时域反射系统的窄线宽激光器、第一光纤耦合器、偏振控制模块、电光调制器、偏压控制板、脉冲信号发生模块、脉冲光放大器模块、第一密集型波分复用器、光环形器、探测光纤、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第二光电探测器和上位机得到；
其中，窄线宽激光器的输出端与第一光纤耦合器的输入端A相连接，第一光纤耦合器的输出端B与偏振控制模块的输入端相连，第一光纤耦合器的输出端C与第三光纤耦合器的输入端相连，偏振控制模块的输出端与电光调制器的输入端D相连，偏压控制板的输出端与电光调制器的端口E相连，脉冲信号发生模块的一端输出端与电光调制器的端口F相连，另一输出端口与上位机的输入端V相连，电光调制器的输出端G与脉冲光放大器模块的输入端相连，脉冲光放大器模块的输出端连接第一密集型波分复用器的输入端，第一密集型波分复用器的输出端与光环形器的输入端H相连，探测光纤与光环形器的I端口相连，光环形器的输出端J与第二光纤耦合器的输入端相连，第二光纤耦合器的输出端K与第二光电探测器的输入端X相连，第二光纤耦合器的输出端L连接小信号连续光放大器的输入端，小信号连续光放大器的输出端与第二密集型波分复用器的输入端相连，第二密集型波分复用器的输出端与第四光纤耦合器的输入端P相连，第三光纤耦合器的输出端M与扰偏器的输入端相连，第三光纤耦合器的输出端N与第二光电探测器的输入端Y相连，扰偏器的输出端与第四光纤耦合器的输入端O相连，第四光纤耦合器的输出端Q连接第一光电探测器的输入端，第一光电探测器的输出端与频率混合模块的输入端R相连，微波可调频率源的输出端与频率混合模块的端口S相连，频率混合模块的输出端T连接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与模数转换模块的输入端相连，模数转换模块的输出端与上位机的输入端U相连，第二光电探测器的输出端与上位机的输入端W相连。
其中，还包括光缆保护装置，用于保护铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置中的探测光纤；该光缆保护装置包括：锚杆、落石防护网、金属薄片和金属基索状铠装应变感测光缆；其中，金属基索状铠装应变感测光缆由光纤护套、探测光纤、纤膏和钢丝护套组成；
其中，落石防护网折叠成V型，通过锚杆固定于靠近铁路轨道的山体上，金属薄片放置于落石防护网的V型结构内，金属基索状铠装应变感测光缆固定于金属薄片下面；金属基索状铠装应变感测光缆中，探测光纤由光纤护套包覆进行保护，光纤护套外侧设置钢丝护套，钢丝护套外侧设置纤膏。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测方法，利用如前述技术方案所述的铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置进行检测，包括步骤：
步骤一：窄线宽激光器发出波长为1550nm的光，进入第一光纤耦合器，第一光纤耦合器将连续光分为两路，第一光纤耦合器的B端口输出光功率占比为80%的探测光，C端口输出光功率占比为20%的参考光；
步骤二：第一光纤耦合器的B端口输出的探测光经过偏振控制模块，调整探测光的偏振态后，进入电光调制器中进行脉冲调制；
步骤三：电光调制器的射频输入端口F连接脉冲信号发生模块的输出端口，产生移频200MHz的脉冲波形，同时，脉冲信号发生模块的TTL同步触发输出端口产生周期为125us的脉冲信号，连接至上位机中，完成每经过125us的周期进行布里渊后向散射曲线的采集；
步骤四：从电光调制器调制出的光脉冲输入脉冲光放大器模块中进行放大，放大后的光脉冲送入第一密集型波分复用器中进行滤波处理，将放大滤波后的光脉冲输入光环形器中，所述光环形器的I端口连接探测光纤，光环形器的输出端口J连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器通过输出端L将含有布里渊频移的后向散射光依次送入小信号连续光放大器与第二密集型波分复用器中进行放大、滤波处理，此时从第一光纤耦合器的C端口分出的输出光功率占比为20%参考光与第三光纤耦合器的输入端相连，第三光纤耦合器的输出光功率占比为80%的端口M连接扰偏器进行偏振态的调整，将调整好偏振态的参考光送入第四光纤耦合器光功率占比为50%的端口O中，同时，含有布里渊频移的后向散射光通过第二密集型波分复用器送入第四光纤耦合器的另一光功率占比为50%的端口P中，并在第一光电探测器中进行拍频处理，得到只含有布里渊频移的差频信号，所述第二光电探测器的输出端与频率混合模块的输入端R相连，进行降频处理，便于在模数转换模块中进行数据采集；
步骤五：所述微波可调频率源的输出端连接到频率混合模块的输入端S，以此改变布里渊频移的频率大小；所述频率混合模块的输出端T连接低噪声放大器的输入端，将此微弱的连续信号进行放大；此信号进入滤波器中通过微波频率扫描的方式获得布里渊频移信息；滤波器的输出端口通过模数转换模块进行模数转换后，送入上位机中进行采集，并在上位机中进行累加平均处理与洛伦兹拟合后，得到含有距离-频移的布里渊散射曲线；当落石落在防护网上会产生相应应力变化，通过将后一时刻的布里渊散射曲线与没有发生应力变化的布里渊散射曲线进行差分运算处理即可得到有变化的布里渊频移，由于应变与布里渊频移具有线性关系，此时频移的改变即为应变的变化，以此检测防护网是否有落石落下；
步骤六：将步骤四中放大滤波后的光脉冲输入光环形器及探测光纤，得到后向瑞利散射光，并将得到的后向瑞利散射光通过分光比为50%：50%的第二光纤耦合器，由第二光纤耦合器输出光功率占比为50%的端口K连接第二光电探测器的输入端口X；同时，第一光纤耦合器的C端口输出的20%的参考光在经过分光比为80%：20%的第三光纤耦合器后，通过第三光纤耦合器20%的输出端口N直接与第二光电探测器的输入端口Y相连；
步骤七：将含有移频200MHz信号的瑞利后向散射光与参考光在第二光电探测器中进行拍频处理，由于参考光发出的频率与瑞利散射光的频率相同，根据积化和差的拍频原理处理后，得到只含有移频200MHz的信号，将移频200MHz的信号在上位机中进行IQ解调可得到幅值曲线，此时在幅值曲线中，没有发生振动的地方幅值基本保持一致，而有振动发生的位置处幅值不断变化，通过后一时刻幅值曲线与无振动发生的幅值曲线进行移动差分运算处理，可将振动位置进行准确还原，并通过累加平均去噪运算得到含有振动位置的定位曲线，以此实现对落石位置的精准定位。本发明一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，与现有铁路山体防护网相比，可靠性高，可实现定位与应变检测，其优点与积极效果主要体现如下：
1.现有铁路山体防护网模式中，管理人员无法第一时间得到列车经过山体、隧道等多发落石区域的突发落石位置与产生的应变信息，本发明将落石位置进行精准定位的同时测量落石落下后产生的应变大小，以便于管理人员及时做出应急预案与措施，减少损失。
2.振动测量与应变测量系统融合，可以有效降低成本，便于大面积、长距离的铁路山体、隧道沿线的实时监测。
3.本发明设计检测装置给出了具体铺设方式，增强了系统的可操作性与适用性。
附图说明
图1为本发明提供的一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置的结构示意图。
图2是本发明提供的一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置在山体边坡上的具体铺设方式。
图中，1、窄线宽激光器 2、第一光纤耦合器 3、偏振控制模块 4、电光调制器5、偏压控制板 6、脉冲信号发生模块 7、脉冲光放大器模块 8、第一密集型波分复用器9、光环形器 10、探测光纤 11、第二光纤耦合器 12、小信号连续光放大器 13、第二密集型波分复用器 14、第三光纤耦合器 15、扰偏器 16、第四光纤耦合器 17、第一光电探测器 18、频率混合模块 19、低噪声放大器 20、滤波器 21、微波可调频率源 22、模数转换模块 23、第二光电探测器 24、上位机 25、锚杆 26、落石防护网 27、铁路铁轨28、金属薄片 29、金属基索状铠装应变感测光缆 30、光纤护套 32、纤膏 33、钢丝护套。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
下面结合附图1和附图2进一步说明：
图1是本发明所述一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置的结构示意图。
其中窄线宽激光器1、第一光纤耦合器2、偏振控制模块3、电光调制器4、偏压控制板5、脉冲信号发生模块6、脉冲光放大器模块7、第一密集型波分复用器8、光环形器9、探测光纤10、第二光纤耦合器11、小信号连续光放大器12、第二密集型波分复用器13、第三光纤耦合器14、扰偏器15、第四光纤耦合器16、第一光电探测器17、频率混合模块18、低噪声放大器19、滤波器20、微波可调频率源21、模数转换模块22、第二光电探测器23和上位机24为布里渊光时域反射系统，用来测量落石落下产生的应力变化。
其中相干光时域反射系统共用布里渊光时域反射系统的窄线宽激光器1、第一光纤耦合器2、偏振控制模块3、电光调制器4、偏压控制板5、脉冲信号发生模块6、脉冲光放大器模块7、第一密集型波分复用器8、光环形器9、探测光纤10、第二光纤耦合器11、第三光纤耦合器14、第二光电探测器23和上位机24，用来确定落石落下的位置信息。
下面结合附图1说明本发明的具体工作过程：
其中，布里渊光时域反射系统的工作过程为：波长为1550nm的窄线宽激光器1发出的光进入第一光纤耦合器2，第一光纤耦合器2将连续光分为两路，第一光纤耦合器2的B端口输出光功率占比为80%的探测光，C端口输出光功率占比为20%的参考光。所述第一光纤耦合器2的B端口输出的探测光经过偏振控制模块3，调整探测光的偏振态后，进入电光调制器4中进行脉冲调制，电光调制器由于内部受到铌酸锂晶体的影响，影响器件长期稳定性，因此将偏压控制板5的输出端口接到电光调制器4的输入端口E中，以维持偏压。所述脉冲信号发生模块6的输出端口接到电光调制器4的射频输入端口F，来产生所需要的移频200MHz的脉冲波形，同时，脉冲信号发生模块6的TTL同步触发输出端口会发出周期为125us的脉冲信号，此脉冲信号连接至上位机25中，即可完成每经过125us的周期进行布里渊后向散射曲线的采集。从电光调制器4调制出的光脉冲能量小，需送入脉冲光放大器模块7中进行放大，放大后的光脉冲送入第一密集型波分复用器8中进行滤波处理，将放大滤波后的光脉冲送入光环形器9中，所述光环形器9的I端口连接探测光纤10，光环形器9的输出端口J连接第二光纤耦合器11，第二光纤耦合器11通过输出端L将含有布里渊频移的后向散射光依次送入小信号连续光放大器12与第二密集型波分复用器13中进行放大、滤波处理，此时从第一光纤耦合器2的C端口分出的输出光功率占比为20%参考光与第三光纤耦合器14的输入端相连，第三光纤耦合器14的输出光功率占比为80%的端口M连接扰偏器15进行偏振态的调整，将调整好偏振态的参考光送入第四光纤耦合器16光功率占比为50%的端口O中，同时，含有布里渊频移的后向散射光通过第二密集型波分复用器13送入第四光纤耦合器16的另一光功率占比为50%的端口P中，并在第一光电探测器17中进行拍频处理，得到只含有布里渊频移的差频信号，所述第二光电探测器17的输出端与频率混合模块18的输入端R相连，进行降频处理，便于在模数转换模块22中进行数据采集；所述微波可调频率源21的输出端连接到频率混合模块18的输入端S，以此改变布里渊频移的频率大小；所述频率混合模块18的输出端T连接低噪声放大器19的输入端，将此微弱的连续信号进行放大；此信号进入滤波器20中通过微波频率扫描的方式获得布里渊频移信息；滤波器20的输出端口通过模数转换模块22进行模数转换后，送入上位机24中进行采集，并在上位机中进行累加平均处理与洛伦兹拟合后，得到含有距离-频移的布里渊散射曲线；当落石落在防护网上会产生相应应力变化，通过将后一时刻的布里渊散射曲线与没有发生应力变化的布里渊散射曲线进行差分运算处理即可得到有变化的布里渊频移，由于应变与布里渊频移具有线性关系，此时频移的改变即为应变的变化，以此检测防护网是否有落石落下。。
其中相干光时域反射系统的器件全部来源于布里渊光时域反射系统，工作过程为：波长为1550nm的窄线宽激光器1发出的光进入第一光纤耦合器2，第一光纤耦合器2将连续光分为两路，第一光纤耦合器2的B端口输出光功率占比为80%的探测光，C端口输出光功率占比为20%的参考光。第一光纤耦合器2 B端口输出的80%的探测光通过偏振控制模块3调整偏振态与电光调制器4调制后，产生所需要的移频200MHz的脉冲波形，并经由脉冲光放大器模块7和第一密集型波分复用器8进行放大滤波处理后通过光环形器9送入探测光纤10中，将得到的后向瑞利散射光通过分光比为50%：50%的第二光纤耦合器11后，由第二光纤耦合器11输出光功率占比为50%的端口K连接第二光电探测器23的输入端口X；同时，第一光纤耦合器2的C端口输出的20%的参考光在经过分光比为80%：20%的第三光纤耦合器14后，通过第三光纤耦合器20%的输出端口N直接与第二光电探测器23的输入端口Y相连。此时将含有移频200MH信号的瑞利后向散射光与参考光在第二光电探测器23中进行拍频处理，由于参考光发出的频率与瑞利散射光的频率相同，根据积化和差的拍频原理处理后，得到只含有移频200MHz的信号，将移频200MHz的信号在上位机24中进行IQ解调可得到幅值曲线，此时在幅值曲线中，没有发生振动的地方幅值基本保持一致，而有振动发生的位置处幅值不断变化，通过后一时刻幅值曲线与无振动发生的幅值曲线进行移动差分运算处理，可将振动位置进行准确还原，并通过累加平均去噪运算得到含有振动位置的定位曲线，以此实现对落石位置的精准定位。
图2是本发明所述一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置在山体边坡上的具体铺设方式。包括锚杆25、落石防护网26、铁路铁轨27、金属薄片28和金属基索状铠装应变感测光缆29。
其中，考虑到山体边坡常年受到恶劣自然环境条件的影响，选用加有保护装置的金属基索状铠装应变感测光缆作为本发明检测装置的探测光纤，金属基索状铠装应变感测光缆29由光纤护套30、探测光纤10、纤膏32和钢丝护套33组成，探测光纤10为图1所示的装置中的探测光纤。此光缆在最大程度保护光纤的基础上，还兼顾了可延展、伸缩与弯曲的特性，便于系统同时检测落石发生的振动位置与落石产生的应变灾害信息，可适用于复杂环境山体边坡防护。落石防护网26是由多股尼龙线绳缠绕而成，其通过嵌入山体边坡的锚杆25进行固定，锚杆选用金属不锈钢材质，可最大限度的延长使用寿命，不易受到外界环境侵蚀影响，落石防护网26具体铺设时，要将防护网铺设为类“V”字型结构，并在类“V”字型底部铺设金属薄片28，金属薄片28下面通过强力粘胶与金属基索状铠装应变感测光缆29进行无缝贴合。其好处主要有以下三个方面：一方面是加强金属薄片28与金属基索状铠装应变感测光缆29的耦合性；一方面是在落石坠落后，可用金属薄片作为缓冲，减少对金属基索状铠装应变感测光缆的损伤，延长其使用寿命，最后一方面是为了增大接触面积，以便金属基索状铠装应变感测光缆更灵敏的感测到落石滚落时的位置与应变灾害信息。
此外，本发明提供了一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测方法，利用如前述技术方案所述的铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置进行检测，包括步骤：
步骤一：窄线宽激光器发出波长为1550nm的光，进入第一光纤耦合器，第一光纤耦合器将连续光分为两路，第一光纤耦合器的B端口输出光功率占比为80%的探测光，C端口输出光功率占比为20%的参考光；
步骤二：第一光纤耦合器的B端口输出的探测光经过偏振控制模块，调整探测光的偏振态后，进入电光调制器中进行脉冲调制；
步骤三：电光调制器的射频输入端口F连接脉冲信号发生模块的输出端口，产生移频200MHz的脉冲波形，同时，脉冲信号发生模块的TTL同步触发输出端口产生周期为125us的脉冲信号，连接至上位机中，完成每经过125us的周期进行布里渊后向散射曲线的采集；
步骤四：从电光调制器调制出的光脉冲输入脉冲光放大器模块中进行放大，放大后的光脉冲送入第一密集型波分复用器中进行滤波处理，将放大滤波后的光脉冲输入光环形器中，所述光环形器的I端口连接探测光纤，光环形器的输出端口J连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器通过输出端L将含有布里渊频移的后向散射光依次送入小信号连续光放大器与第二密集型波分复用器中进行放大、滤波处理，此时从第一光纤耦合器的C端口分出的输出光功率占比为20%参考光与第三光纤耦合器的输入端相连，第三光纤耦合器的输出光功率占比为80%的端口M连接扰偏器进行偏振态的调整，将调整好偏振态的参考光送入第四光纤耦合器光功率占比为50%的端口O中，同时，含有布里渊频移的后向散射光通过第二密集型波分复用器送入第四光纤耦合器的另一光功率占比为50%的端口P中，并在第一光电探测器中进行拍频处理，得到只含有布里渊频移的差频信号，所述第二光电探测器的输出端与频率混合模块的输入端R相连，进行降频处理，便于在模数转换模块中进行数据采集；
步骤五：所述微波可调频率源的输出端连接到频率混合模块的输入端S，以此改变布里渊频移的频率大小；所述频率混合模块的输出端T连接低噪声放大器的输入端，将此微弱的连续信号进行放大；此信号进入滤波器中通过微波频率扫描的方式获得布里渊频移信息；滤波器的输出端口通过模数转换模块进行模数转换后，送入上位机中进行采集，并在上位机中进行累加平均处理与洛伦兹拟合后，得到含有距离-频移的布里渊散射曲线；当落石落在防护网上会产生相应应力变化，通过将后一时刻的布里渊散射曲线与没有发生应力变化的布里渊散射曲线进行差分运算处理即可得到有变化的布里渊频移，由于应变与布里渊频移具有线性关系，此时频移的改变即为应变的变化，以此检测防护网是否有落石落下；
步骤六：将步骤四中放大滤波后的光脉冲输入光环形器及探测光纤，得到后向瑞利散射光，并将得到的后向瑞利散射光通过分光比为50%：50%的第二光纤耦合器，由第二光纤耦合器输出光功率占比为50%的端口K连接第二光电探测器的输入端口X；同时，第一光纤耦合器的C端口输出的20%的参考光在经过分光比为80%：20%的第三光纤耦合器后，通过第三光纤耦合器20%的输出端口N直接与第二光电探测器的输入端口Y相连；
步骤七：将含有移频200MHz信号的瑞利后向散射光与参考光在第二光电探测器中进行拍频处理，由于参考光发出的频率与瑞利散射光的频率相同，根据积化和差的拍频原理处理后，得到只含有移频200MHz的信号，将移频200MHz的信号在上位机中进行IQ解调可得到幅值曲线，此时在幅值曲线中，没有发生振动的地方幅值基本保持一致，而有振动发生的位置处幅值不断变化，通过后一时刻幅值曲线与无振动发生的幅值曲线进行移动差分运算处理，可将振动位置进行准确还原，并通过累加平均去噪运算得到含有振动位置的定位曲线，以此实现对落石位置的精准定位。本发明一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，与现有铁路山体防护网相比，可靠性高，可实现定位与应变检测，其优点与积极效果主要体现如下：
1.现有铁路山体防护网模式中，管理人员无法第一时间得到列车经过山体、隧道等多发落石区域的突发落石位置与产生的应变信息，本发明将落石位置进行精准定位的同时测量落石落下后产生的应变大小，以便于管理人员及时做出应急预案与措施，减少损失。
2.振动测量与应变测量系统融合，可以有效降低成本，便于大面积、长距离的铁路山体、隧道沿线的实时监测。
3.本发明设计检测装置给出了具体铺设方式，增强了系统的可操作性与适用性。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，其特征在于，包括：布里渊光时域反射系统和相干光时域反射系统；
布里渊光时域反射系统包括：窄线宽激光器（1）、第一光纤耦合器（2）、偏振控制模块（3）、电光调制器（4）、偏压控制板（5）、脉冲信号发生模块（6）、脉冲光放大器模块（7）、第一密集型波分复用器（8）、光环形器（9）、探测光纤（10）、第二光纤耦合器（11）、小信号连续光放大器（12）、第二密集型波分复用器（13）、第三光纤耦合器（14）、扰偏器（15）、第四光纤耦合器（16）、第一光电探测器（17）、频率混合模块（18）、低噪声放大器（19）、滤波器（20）、微波可调频率源（21）、模数转换模块（22）、第二光电探测器（23）和上位机（24）；
相干光时域反射系统通过复用布里渊光时域反射系统的窄线宽激光器（1）、第一光纤耦合器（2）、偏振控制模块（3）、电光调制器（4）、偏压控制板（5）、脉冲信号发生模块（6）、脉冲光放大器模块（7）、第一密集型波分复用器（8）、光环形器（9）、探测光纤（10）、第二光纤耦合器（11）、第三光纤耦合器（14）、第二光电探测器（23）和上位机（24）得到；
其中，窄线宽激光器（1）的输出端与第一光纤耦合器（2）的输入端A相连接，第一光纤耦合器（2）的输出端B与偏振控制模块（3）的输入端相连，第一光纤耦合器（2）的输出端C与第三光纤耦合器（14）的输入端相连，偏振控制模块（3）的输出端与电光调制器（4）的输入端D相连，偏压控制板（5）的输出端与电光调制器（4）的端口E相连，脉冲信号发生模块（6）的一端输出端与电光调制器（4）的端口F相连，另一输出端口与上位机（24）的输入端V相连，电光调制器（4）的输出端G与脉冲光放大器模块（7）的输入端相连，脉冲光放大器模块（7）的输出端连接第一密集型波分复用器（8）的输入端，第一密集型波分复用器（8）的输出端与光环形器（9）的输入端H相连，探测光纤（10）与光环形器（9）的I端口相连，光环形器（9）的输出端J与第二光纤耦合器（11）的输入端相连，第二光纤耦合器（11）的输出端K与第二光电探测器（23）的输入端X相连，第二光纤耦合器（11）的输出端L连接小信号连续光放大器（12）的输入端，小信号连续光放大器（12）的输出端与第二密集型波分复用器（13）的输入端相连，第二密集型波分复用器（13）的输出端与第四光纤耦合器（16）的输入端P相连，第三光纤耦合器（14）的输出端M与扰偏器（15）的输入端相连，第三光纤耦合器（14）的输出端N与第二光电探测器（23）的输入端Y相连，扰偏器（15）的输出端与第四光纤耦合器（16）的输入端O相连，第四光纤耦合器（16）的输出端Q连接第一光电探测器（17）的输入端，第一光电探测器（17）的输出端与频率混合模块（18）的输入端R相连，微波可调频率源（21）的输出端与频率混合模块（18）的端口S相连，频率混合模块（18）的输出端T连接低噪声放大器（19）的输入端，低噪声放大器（19）的输出端与滤波器（20）的输入端相连，滤波器（20）的输出端与模数转换模块（22）的输入端相连，模数转换模块（22）的输出端与上位机（24）的输入端U相连，第二光电探测器（23）的输出端与上位机（24）的输入端W相连。
2.根据权利要求1所述的铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置，其特征在于，还包括光缆保护装置，用于保护铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置中的探测光纤（10）；该光缆保护装置包括：锚杆（25）、落石防护网（26）、金属薄片（28）和金属基索状铠装应变感测光缆（29）；其中，金属基索状铠装应变感测光缆（29）由光纤护套（30）、探测光纤（10）、纤膏（32）和钢丝护套（33）组成；
其中，落石防护网（26）折叠成V型，通过锚杆（25）固定于靠近铁路轨道（27）的山体上，金属薄片（28）放置于落石防护网（26）的V型结构内，金属基索状铠装应变感测光缆（29）固定于金属薄片（28）下面；金属基索状铠装应变感测光缆（29）中，探测光纤（10）由光纤护套（30）包覆进行保护，光纤护套（30）外侧设置钢丝护套（33），钢丝护套（33）外侧设置纤膏（32）。
3.一种铁路落石防护网分布式光纤传感检测方法，利用如权利要求1所述的铁路落石防护网分布式光纤传感检测装置进行检测，其特征在于，包括：
步骤一：窄线宽激光器（1）发出波长为1550nm的光，进入第一光纤耦合器（2），第一光纤耦合器（2）将连续光分为两路，第一光纤耦合器（2）的B端口输出光功率占比为80%的探测光，C端口输出光功率占比为20%的参考光；
步骤二：第一光纤耦合器（2）的B端口输出的探测光经过偏振控制模块（3），调整探测光的偏振态后，进入电光调制器（4）中进行脉冲调制；
步骤三：电光调制器（4）的射频输入端口F连接脉冲信号发生模块（6）的输出端口，产生移频200MHz的脉冲波形，同时，脉冲信号发生模块（6）的TTL同步触发输出端口产生周期为125us的脉冲信号，连接至上位机（25）中，完成每经过125us的周期进行布里渊后向散射曲线的采集；
步骤四：从电光调制器（4）调制出的光脉冲输入脉冲光放大器模块（7）中进行放大，放大后的光脉冲送入第一密集型波分复用器（8）中进行滤波处理，将放大滤波后的光脉冲输入光环形器（9）中，所述光环形器（9）的I端口连接探测光纤（10），光环形器（9）的输出端口J连接第二光纤耦合器（11），第二光纤耦合器（11）通过输出端L将含有布里渊频移的后向散射光依次送入小信号连续光放大器（12）与第二密集型波分复用器（13）中进行放大、滤波处理，此时从第一光纤耦合器（2）的C端口分出的输出光功率占比为20%参考光与第三光纤耦合器（14）的输入端相连，第三光纤耦合器（14）的输出光功率占比为80%的端口M连接扰偏器（15）进行偏振态的调整，将调整好偏振态的参考光送入第四光纤耦合器（16）光功率占比为50%的端口O中，同时，含有布里渊频移的后向散射光通过第二密集型波分复用器（13）送入第四光纤耦合器（16）的另一光功率占比为50%的端口P中，并在第一光电探测器（17）中进行拍频处理，得到只含有布里渊频移的差频信号，所述第二光电探测器（17）的输出端与频率混合模块（18）的输入端R相连，进行降频处理，便于在模数转换模块（22）中进行数据采集；
步骤五：所述微波可调频率源（21）的输出端连接到频率混合模块（18）的输入端S，以此改变布里渊频移的频率大小；所述频率混合模块（18）的输出端T连接低噪声放大器（19）的输入端，将此微弱的连续信号进行放大；此信号进入滤波器（20）中通过微波频率扫描的方式获得布里渊频移信息；滤波器（20）的输出端口通过模数转换模块（22）进行模数转换后，送入上位机（24）中进行采集，并在上位机中进行累加平均处理与洛伦兹拟合后，得到含有距离-频移的布里渊散射曲线；当落石落在防护网上会产生相应应力变化，通过将后一时刻的布里渊散射曲线与没有发生应力变化的布里渊散射曲线进行差分运算处理即可得到有变化的布里渊频移，由于应变与布里渊频移具有线性关系，此时频移的改变即为应变的变化，以此检测防护网是否有落石落下；
步骤六：将步骤四中放大滤波后的光脉冲输入光环形器（9）及探测光纤（10），得到后向瑞利散射光，并将得到的后向瑞利散射光通过分光比为50%：50%的第二光纤耦合器（11），由第二光纤耦合器（11）输出光功率占比为50%的端口K连接第二光电探测器（23）的输入端口X；同时，第一光纤耦合器（2）的C端口输出的20%的参考光在经过分光比为80%：20%的第三光纤耦合器（14）后，通过第三光纤耦合器20%的输出端口N直接与第二光电探测器（23）的输入端口Y相连；
步骤七：将含有移频200MHz信号的瑞利后向散射光与参考光在第二光电探测器（23）中进行拍频处理，由于参考光发出的频率与瑞利散射光的频率相同，根据积化和差的拍频原理处理后，得到只含有移频200MHz的信号，将移频200MHz的信号在上位机（24）中进行IQ解调可得到幅值曲线，此时在幅值曲线中，没有发生振动的地方幅值基本保持一致，而有振动发生的位置处幅值不断变化，通过后一时刻幅值曲线与无振动发生的幅值曲线进行移动差分运算处理，可将振动位置进行准确还原，并通过累加平均去噪运算得到含有振动位置的定位曲线，以此实现对落石位置的精准定位。
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