CN113008580A - 基于光纤光栅的列车监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于光纤光栅的列车监测系统及监测方法，基于光纤光栅的列车监测系统包括光纤传感装置、固定装置以及控制装置，所述光纤传感装置包括多个光缆，每一所述光缆上设有多个串联设置的光纤光栅传感器，多个所述光缆用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置；所述固定装置包括多个卡扣座，多个所述卡扣座用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置，每一所述卡扣座包括卡扣座本体和形成于所述卡扣座本体上方的夹持部，多个所述夹持部用于供多个所述光缆卡置；所述控制装置与多个所述光纤光栅传感器通信连接。

Description

基于光纤光栅的列车监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及基于光纤光栅的列车监测系统。

背景技术

轨道交通是我国国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一，在我国经济社会发展中的地位和作用至关重要。列车的测速和定位系统在列车行车调度安全、列车行驶控制中起到非常重要的作用，精准地检测出列车在某一时刻的车速和位置是确保整个列车系统安全运行的首要条件。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于光纤光栅的列车监测系统及监测方法，旨在实现对磁悬浮列车实时精确定位与测速，能实时监测磁悬浮列车运行状况，为列车安全稳定运行提供保障。

在光纤传感装置中，光缆一般粘贴在铁轨表面过着埋入铁轨内部，这使得光缆维护困难，并且增加施工的难度。

为实现上述目的，本发明提出一种基于光纤光栅的列车监测系统，包括：

光纤传感装置，包括多个光缆，每一所述光缆上设有多个串联设置的光纤光栅传感器，多个所述光缆用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置；

固定装置，包括多个卡扣座，多个所述卡扣座用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置，每一所述卡扣座包括卡扣座本体和形成于所述卡扣座本体上方的夹持部，多个所述夹持部用于供多个所述光缆卡置；以及，

控制装置，与多个所述光纤光栅传感器通信连接。

可选地，所述卡扣座还包括：

第一安装板，固定安装至所述卡扣座本体上；

第二安装板，沿所述卡扣座本体的长度方向活动安装至所述卡扣座本体上；以及，

对槽结构，包括两个槽口相对且沿所述光缆长度方向延伸的弧形槽，两个所述弧形槽分别位于所述第一安装板和所述第二安装板相对的端面上，两个所述弧形槽之间形成所述夹持部。

可选地，所述卡扣座本体的上端面设有沿所述卡扣座本体长度方向延伸的安装槽；

所述固定装置还包括活动驱动组件，所述活动驱动组件包括：

旋钮，沿所述安装槽的宽度方向转动安装至所述卡扣座本体上，所述旋钮的一端伸入至所述安装槽内；

滚珠丝杠，设于所述安装槽内，且沿所述安装槽的长度方向延伸，所述滚珠丝杠的螺母向上突出于所述安装槽、且与所述第二安装板固定连接；以及，

齿轮组，包括相互啮合的两个锥齿轮，两个所述锥齿轮分别固定安装至所述旋钮伸入至所述安装槽的侧端和所述滚珠丝杠的丝杆远离所述第二安装板的端部。

可选地，所述卡扣座本体形成有卡装槽，所述卡装槽用于卡接固定至轨道下端翼缘。

可选地，所述卡扣座本体包括支撑板，所述支撑板具有由上至下依次设置的第一板段和第二板段，所述第一板段沿水平向由上至下倾斜设置，所述第二板段沿水平向延伸，所述第一板段和所述第二板段共同形成所述卡装槽。

可选地，所述第二板段与所述第一板段相对的侧面设有多个沿水平向间隔设置、且高度不同的弹性凸筋，多个所述弹性凸筋的上端与所述第一板段之间的距离均相等。

可选地，所述光纤传感装置还包括用于安装至列车上的脉冲光源、光分路器、环形器，所述脉冲光源发出的光线依次通过所述光分路器和所述环形器后进入所述光纤光栅传感器；

所述控制装置用于接收所述光纤光栅传感器反射的波长信号。

可选地，所述控制装置包括：

信号采集电路，用于采集多个所述光纤光栅传感器的波长信号；

光电转换电路，用于将所述信号采集电路采集得到的波长信号转换为相应的电信号；以及，

数据处理电路，将所述光电转换电路得到的电信号进行数据计算。

本发明还提出一种基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法，其中，所述监测方法包括以下步骤：

获取每一光纤光栅传感器在预设时间段内的多个中心波长信号；

比较所述多个中心波长信号的信号值，获得突变中心波长信号；

根据所述突变中心波长信号，确定对应的光纤光栅传感器的位置；

根据对应的光纤光栅传感器的位置，获得列车的当前位置。

本发明还提出一种基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法，其中，所述监测方法包括以下步骤：

获取n个光纤光栅传感器在预设时间段内的对应的m个中心波长信号，其中，每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的中心波长信号的数量为a，所述m＝a*n；

对比每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的a个中心波长信号，获得n个光纤光栅传感器对应的n个突变中心波长信号；

选取其中两个突变中心波长信号作为选定突变中心波长信号，确定对应的两个光纤光栅传感器的位置；

根据对应的两个光纤光栅传感器的位置得到位移参数，根据两个选定突变中心波长信号的时间间隔得到时间参数，通过计算获得列车的速度。

本发明的技术方案中，多个所述卡扣座固定安装至轨道上，所述卡扣座本体位于所述夹持部的下方，与轨道固定，所述夹持部供多个所述光缆卡置，在光缆布设时，只需要卡装至对应的所述夹持部上，即可实现光缆的安装固定，施工过程无需通过固定胶或者埋在土里，便于检修，同时，在列车经过轨道时，轨道受到压力，应力值发生变化，此时由于光缆在固定装置的作用下与铁轨保持固定，因此仍能够感应到应力变化，同时一条光缆仅局部被夹持，不会影响对光源的接收和反射。整个系统能够实时监测磁悬浮列车运行状况，为列车安全稳定运行提供保障。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于光纤光栅的列车监测系统一实施例的立体示意图；

图2为图1中固定装置的示意图；

图3为本发明提供的基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法第一实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法第二实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	固定装置	113	第二安装板
111	卡扣座本体	114	弧形槽
				1111	安装槽	115	卡装槽
1112	第一板段	121	滚珠丝杠
				1113	第二板段	122	锥齿轮
1113a	弹性凸筋	a	夹持部
				112	第一安装板

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

轨道交通是我国国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一，在我国经济社会发展中的地位和作用至关重要。列车的测速和定位系统在列车行车调度安全、列车行驶控制中起到非常重要的作用，精准地检测出列车在某一时刻的车速和位置是确保整个列车系统安全运行的首要条件。

鉴于此，本发明提供一种基于光纤光栅的列车监测系统及监测方法，旨在实现对磁悬浮列车实时精确定位与测速，能实时监测磁悬浮列车运行状况，为列车安全稳定运行提供保障，同时又便于使用和光缆维护。图1至图2为本发明提供的基于光纤光栅的列车监测系统的实施例，图3至图4为监测方法的实施例流程图。

请参照图1至图2，基于光纤光栅的列车监测系统100包括光纤传感装置、固定装置1以及控制装置，所述光纤传感装置包括多个光缆，每一所述光缆上设有多个串联设置的光纤光栅传感器，多个所述光缆用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置；所述固定装置1包括多个卡扣座，多个所述卡扣座用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置，每一所述卡扣座包括卡扣座本体111和形成于所述卡扣座本体111上方的夹持部a，多个所述夹持部a用于供多个所述光缆卡置；所述控制装置与多个所述光纤光栅传感器通信连接。

本发明的技术方案中，多个所述卡扣座固定安装至轨道上，所述卡扣座本体111位于所述夹持部a的下方，与轨道固定，所述夹持部a供多个所述光缆卡置，在光缆布设时，只需要卡装至对应的所述夹持部a上，即可实现光缆的安装固定，施工过程无需通过固定胶或者埋在土里，便于检修，同时，在列车经过轨道时，轨道受到压力，应力值发生变化，此时由于光缆在固定装置1的作用下与铁轨保持固定，因此仍能够感应到应力变化，同时一条光缆仅局部被夹持，不会影响对光源的接收和反射。整个系统能够实时监测磁悬浮列车运行状况，为列车安全稳定运行提供保障。

具体的，本发明不限制所述夹持部a的具体形式，在一实施例中，所述卡扣座还包括第一安装板112、第二安装板113以及对槽结构，所述第一安装板112固定安装至所述卡扣座本体111上；所述第二安装板113沿所述卡扣座本体111的长度方向活动安装至所述卡扣座本体111上；所述对槽结构包括两个槽口相对且沿所述光缆长度方向延伸的弧形槽114，两个所述弧形槽114分别位于所述第一安装板112和所述第二安装板113相对的端面上，两个所述弧形槽114之间形成所述夹持部a。通过所述第二安装板113的活动调节，使得两个所述弧形槽114之间的距离可增大或减小，距离增大，所述光缆可以取出进行维护，距离缩小，即所述第一安装板112和所述邸安装板相对的侧面贴合，此时所述光缆处于两个所述弧形槽114维合形成的空间内，保证了稳定，增强使用的便利性。

本发明不限制所述第二安装板113的活动调节方式，可以是滑块和滑轨配合，由或者如本发明的一实施例中所示，请参照图2，所述卡扣座本体111的上端面设有沿所述卡扣座本体111长度方向延伸的安装槽1111；所述固定装置1还包括活动驱动组件，所述活动驱动组件包括旋钮、滚珠丝杠121以及齿轮组，所述旋钮沿所述安装槽1111的宽度方向转动安装至所述卡扣座本体111上，所述旋钮的一端伸入至所述安装槽1111内；所述滚珠丝杠121设于所述安装槽1111内，且沿所述安装槽1111的长度方向延伸，所述滚珠丝杠121的螺母向上突出于所述安装槽1111、且与所述第二安装板113固定连接；所述齿轮组包括相互啮合的两个锥齿轮122，两个所述锥齿轮122分别固定安装至所述旋钮伸入至所述安装槽1111的侧端和所述滚珠丝杠121的丝杆远离所述第二安装板113的端部。具体的，转动所述旋钮，由于两个所述主齿轮的相互作用，将所述旋钮沿着所述安装槽1111宽度方向的驱动力转换为沿着所述安装槽1111长度方向的驱动力，从而使得所述滚珠丝杠121的丝杆转动，螺母发生相对移动，从而带动所述第二安装板113运动，通过改变所述旋钮的方向，调节所述第二安装板113的运动方向，不仅如此，所述滚珠丝杠121和所述锥齿轮122的作用下，听着转动所述旋钮后，所述第二安装板113也不会倒退滑动，结构稳定，调节灵活。

为了将所述卡扣座安装至过道上，本发明中，所述卡扣座本体111形成有卡装槽115，所述卡装槽115用于卡接固定至轨道下端翼缘。通过卡装的方式，结构简单，加工方便。

具体的，所述卡装槽115可以直接是在所述卡扣座本体111上设置的凹槽，又或者，所述卡扣座本体111包括支撑板，所述支撑板具有由上至下依次设置的第一板段1112和第二板段1113，所述第一板段1112沿水平向由上至下倾斜设置，所述第二板段1113沿水平向延伸，所述第一板段1112和所述第二板段1113共同形成所述卡装槽115。通过一个弯折的支撑板形成所述卡装槽115，结构简单，并且稳定性好，便于适配轨道底部的形状，契合效果更好。

为了提高稳定性，本发明中，所述第二板段1113与所述第一板段1112相对的侧面设有多个沿水平向间隔设置、且高度不同的弹性凸筋1113a，多个所述弹性凸筋1113a的上端与所述第一板段1112之间的距离均相等。多个所述弹性凸筋1113a高度不一致，呈依次减小设置，形成类似于倒刺的结构，在安装过程中，提高了摩擦力，同时又能够填充间隙，使得配合更加的稳固，在铁路受到外界环境的影响，也能够能加灵敏的与其同步变化。

进一步的，所述光纤传感装置还包括用于安装至列车上的脉冲光源、光分路器、环形器，所述脉冲光源发出的光线依次通过所述光分路器和所述环形器后进入所述光纤光栅传感器；所述控制装置用于接收所述光纤光栅传感器反射的波长信号。光分路器是光纤链路中重要的无源器件之一，环形器能够单向传输高频信号能量。

更进一步的，所述控制装置包括信号采集电路、光电转换电路以及数据处理电路，信号采集电路用于采集多个所述光纤光栅传感器的波长信号；光电转换电路用于将所述信号采集电路采集得到的波长信号转换为相应的电信号；数据处理电路将所述光电转换电路得到的电信号进行数据计算。从而实现对所述光纤光栅传感器反射的中心波长进行接收转换和分析处理，得到所需要的的监测数据。

不仅如此，所述控制装置可以包括：处理器，例如CPU，通信总线、用户接口，网络接口，存储器。其中，通信总线用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器可选的还可以是独立于前述处理器的存储装置。

作为一种计算机存储介质的存储器中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及列车监测程序。

基于上述硬件结构，提出本发明基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法实施例。

参照图3，图3为本发明基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法第一实施例的流程示意图。

在本实施例中，所述监测方法包括以下步骤：

S11：获取每一光纤光栅传感器在预设时间段内的多个中心波长信号；

S12：比较所述多个中心波长信号的信号值，获得突变中心波长信号；

S13：根据所述突变中心波长信号，确定对应的光纤光栅传感器的位置；

S14：根据对应的光纤光栅传感器的位置，获得列车的当前位置。

根据光纤光栅传感器的中心波长信号反馈，找到对应的轨道段，具体到光缆，从而完成列车的定位监测。

参照图4，图4为本发明基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法第二实施例的流程示意图。

在本实施例中，所述监测方法包括以下步骤：

S21：获取n个光纤光栅传感器在预设时间段内的对应的m个中心波长信号，其中，每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的中心波长信号的数量为a，所述m＝a*n；

S22：对比每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的a个中心波长信号，获得n个光纤光栅传感器对应的n个突变中心波长信号；

S23：选取其中两个突变中心波长信号作为选定突变中心波长信号，确定对应的两个光纤光栅传感器的位置；

S24：根据对应的两个光纤光栅传感器的位置得到位移参数，根据两个选定突变中心波长信号的时间间隔得到时间参数，通过计算获得列车的速度。

其中，m为光纤光栅传感器的总数量，a为每一个光纤光栅传感器在预设时间段内的总数量，列车的速度计算可以通过筛选多组突变中心波长信号对应的光纤光栅传感器，算平均值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，包括：

光纤传感装置，包括多个串联设置的光缆，每一所述光缆上设有多个串联设置的光纤光栅传感器，多个所述光缆用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置；

固定装置，包括多个卡扣座，多个所述卡扣座用于安装至轨道上且沿轨道线路方向间隔设置，每一所述卡扣座包括卡扣座本体和形成于所述卡扣座本体上方的夹持部，多个所述夹持部供多个所述光缆卡置；以及，

控制装置，与多个所述光纤光栅传感器通信连接。

2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述卡扣座还包括：

第一安装板，固定安装至所述卡扣座本体上；

第二安装板，沿所述卡扣座本体的长度方向活动安装至所述卡扣座本体上；以及，

对槽结构，包括两个槽口相对且沿所述光缆长度方向延伸的弧形槽，两个所述弧形槽分别位于所述第一安装板和所述第二安装板相对的端面上，两个所述弧形槽之间形成所述夹持部。

3.如权利要求2所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述卡扣座本体的上端面设有沿所述卡扣座本体长度方向延伸的安装槽；

所述固定装置还包括活动驱动组件，所述活动驱动组件包括：

旋钮，沿所述安装槽的宽度方向转动安装至所述卡扣座本体上，所述旋钮的一端伸入至所述安装槽内；

滚珠丝杠，设于所述安装槽内，且沿所述安装槽的长度方向延伸，所述滚珠丝杠的螺母向上突出于所述安装槽、且与所述第二安装板固定连接；以及，

齿轮组，包括相互啮合的两个锥齿轮，两个所述锥齿轮分别固定安装至所述旋钮伸入至所述安装槽的侧端和所述滚珠丝杠的丝杆远离所述第二安装板的端部。

4.如权利要求1所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述卡扣座本体形成有卡装槽，所述卡装槽用于卡接固定至轨道下端翼缘。

5.如权利要求4所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述卡扣座本体包括支撑板，所述支撑板具有由上至下依次设置的第一板段和第二板段，所述第一板段沿水平向由上至下倾斜设置，所述第二板段沿水平向延伸，所述第一板段和所述第二板段共同形成所述卡装槽。

6.如权利要求5所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述第二板段与所述第一板段相对的侧面设有多个沿水平向间隔设置、且高度不同的弹性凸筋，多个所述弹性凸筋的上端与所述第一板段之间的距离均相等。

7.如权利要求1所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述光纤传感装置还包括用于安装至列车上的脉冲光源、光分路器、环形器，所述脉冲光源发出的光线依次通过所述光分路器和所述环形器后进入所述光纤光栅传感器；

所述控制装置用于接收所述光纤光栅传感器反射的波长信号。

8.如权利要求1所述的基于光纤光栅的列车监测系统，其特征在于，所述控制装置包括：

信号采集电路，用于采集多个所述光纤光栅传感器的波长信号；

光电转换电路，用于将所述信号采集电路采集得到的波长信号转换为相应的电信号；以及，

数据处理电路，将所述光电转换电路得到的电信号进行数据计算。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法，其特征在于，其中，所述监测方法包括以下步骤：

获取每一光纤光栅传感器在预设时间段内的多个中心波长信号；

比较所述多个中心波长信号的信号值，获得突变中心波长信号；

根据所述突变中心波长信号，确定对应的光纤光栅传感器的位置；

根据对应的光纤光栅传感器的位置，获得列车的当前位置。

10.一种基于权利要求1-8中任一项所述的基于光纤光栅的列车监测系统的监测方法，其特征在于，其中，所述监测方法包括以下步骤：

获取n个光纤光栅传感器在预设时间段内的对应的m个中心波长信号，其中，每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的中心波长信号的数量为a，所述m＝a*n；

对比每一光纤光栅传感器在预设时间段对应的a个中心波长信号，获得n个光纤光栅传感器对应的n个突变中心波长信号；

选取其中两个突变中心波长信号作为选定突变中心波长信号，确定对应的两个光纤光栅传感器的位置；

根据对应的两个光纤光栅传感器的位置得到位移参数，根据两个选定突变中心波长信号的时间间隔得到时间参数，通过计算获得列车的速度。

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