CN204368189U - 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统 - Google Patents

基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN204368189U
CN204368189U CN201420804394.1U CN201420804394U CN204368189U CN 204368189 U CN204368189 U CN 204368189U CN 201420804394 U CN201420804394 U CN 201420804394U CN 204368189 U CN204368189 U CN 204368189U
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
grating sensor
foreign body
signal
circulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201420804394.1U
Other languages
English (en)
Inventor
张志勇
闫连山
邵理阳
潘炜
罗斌
邹喜华
黄微卫
罗源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
China Railway Corp
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201420804394.1U priority Critical patent/CN204368189U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN204368189U publication Critical patent/CN204368189U/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统。该实用新型设计包括光源，光开关，环形器，布拉格光栅传感器，光电探测器(PD)以及终端解调系统。布拉格光纤光栅传感器布置在铁路防护网固定支架上，保护传感器以免遭受破坏。PD探测器接收布拉格光栅反射/透射光信号，传至终端解调系统解调出各传感器中心波长的变化。光纤链路紧贴防护网，并固定在防护网上。可用于铁路防护网异物侵限实时监测和报警。

Description

基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统
技术领域
本实用新型涉及的是光纤传感领域，是基于布拉格光纤光栅传感器和光纤光栅解调系统而设计。布拉格光纤光栅传感器对振动的灵敏度很高，且光纤质量轻，价格便宜，十分适用于对铁路防护网的监测。
背景技术
铁路防护网异物监测主要是指通过在铁路沿线设置防护网，并在防护网上安装相应的传感器，以实现对山石或其他异物对铁路入侵的实时监测和有效预警，以降低异物入侵对铁路运输造成的生命和财产损失。
我国铁路部门在公路铁路并行段、公路(桥梁)跨铁路段等地点设置刚性防护网并在网上安装电网式异物侵限传感器，一旦有异物侵限事件发生，撞坏防护网，通过电网感应的方式即可向调度中心告警。但这种传统的电网传感技术存在易受电磁干扰和雷击、电信号远距离传输可靠性差、后期使用维护费用高、传输电缆断裂或停电会产生误报等技术难题。
基于光纤光栅传感的铁路防护网异物监测系统，其传感器采用光纤布拉格光栅传感器。与传统的电类传感器相比，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、防雷击、光信号传输距离远、可实现准分布式测量、可靠性高等优点。
实用新型内容
鉴于现有技术的以上不足，本实用新型的目的是提供基于布拉格光栅传感器的铁路防护网异物监测系统使之具有以下优点：第一，可以精确定位防护网被破坏的位置；第二，在防护网某处被破坏后系统仍然能够正常监测。
实现本实用新型目的具体手段是：
基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统，通过光学通路、硬件解调装置和上位机判断防护网是否受到异物侵限，光学通路包括：宽带光源101输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器102，即光耦合器器件联接基于布拉格光栅传感器的光纤传感器闭合测量链路，最后通过光电探测器将测量信号输入光纤光栅解调仪601,光纤光栅解调仪解调出各光栅中心波长的变化后将解调信号输入上位机701，在上位机实现解调信号波形的显示和分析，通过数据处理，对是否发生异物侵限事件做出判断，输出报警信号801。
其具体的光路系统可采用两种方式：
方案一具体光路构成为：输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器102后由光耦合器201将光信号分成两路,一路通过第一环形器401，使光纤中的反射光信号返回到第一环形器401，透射光信号到达第二环形器402；另一路反射信号返回第二环形器402，透射信号到达反射器401；当无异物侵限事件发生时，整个光纤链路900双向导通；第一探测器501和第二探测器502分别将第一环形器401和第二环形器402的测量信号输入光纤光栅解调仪601。
方案二具体光路构成为：输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器102后再通过环形器403、光开关701将整个光纤光栅传感器链路形成闭合环路。
采用如上的设计，本实用新型的有益之处体现为：
1、在传感器的布置上，所有布拉格光纤光栅传感器的中心波长按照短波长到长波长的顺序(或相反顺序)安装在防护网固定柱上。这种设计方法的好处在于如果防护网有一处发生异物侵限事件而断裂，系统可以准确确定断裂位置附近传感器的位置，从而对防护网断裂处进行快速定位。
2、布拉格光栅传感器在防护网上被很好地保护起来，因而在防护网某处遭到破坏后，仅光纤会发生断裂，而光栅传感器不易发生损坏。此时所有光栅传感器正常工作，系统给出当前异物侵限报警信号及其准确位置，同时还能对其他位置的异物侵限事件进行实时监测。即使该位置的光纤光栅传感器被破坏，其他位置的光栅传感器仍能正常工作，对其他位置的异物侵限事件进行实时监测。
附图说明：
图1(a)为方案一的原理设计图,图1(b)为其测量的光谱示意图。
图2为方案二的原理设计图和测量的光谱示意图。
图3为传感器安装示意图。
图4为防护网上光纤光栅传感器安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
图1(a)中，宽带光源101输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器102，由光耦合器201将光信号分成两路。一路通过第一环形器401，光纤中的反射光信号返回到第一环形器401，透射光信号到达第二环形器402；另一路反射信号返回第二环形器402，透射信号到达第一环形器401。当无异物侵限事件发生时，整个光纤链路900双向导通。
此时，PD1(501)和PD2(502)检测到反射信号和透射信号的光强的叠加值，即光源的光谱图，如图1(b)所示。光纤光栅传感器(901、901'、902、902'、903…)固定在防护网支架上，该位置与光栅传感器的中心波长相对应。
光信号传输可以使用铠装光缆或将光纤安放在特制的保护管道中。光纤沿防护网网孔布设，当防护网某处发生异物侵限事件，该点防护网遭到破坏，固定在该位置防护网上的传感光纤900发生断裂。
探测器501和502的测量信号输入光纤光栅解调仪601解调出各光栅中心波长的变化。解调信号输入上位机602，通过数据处理，对是否发生异物侵限事件做出判断，输出报警信号603。
光栅传感器可以其按布拉格波长由小到大(或由大到小)的顺序固定在铁路防护网上，也可以按任意顺序固定。系统根据光纤断裂后接收信号光谱图的变化来定位断裂处的位置。
如果发生异物侵限事件，PD1和PD2只能分别检测到对应数量光纤光栅传感器反射的回光信号。假设异物侵限事件发生，第4、5个光纤光栅传感器之间的防护网发生破损，该位置上安装的光纤将发 生断裂。假设共有8个光纤光栅传感器，则两个探测器分别只接收到4个光纤光栅传感器返回信号，上位机602通过数据分析给出报警信号及异物侵限的准确位置。接收信号光谱如图1(b)所示。
此时，若在另一处防护网也被破坏，系统也能够检测出其位置，并给出报警信号。
图2是方案二的结构示意图。宽带光源101输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器102，再通过环形器403。该方案利用光开关701将整个光纤光栅传感器链路形成一个闭合环路，该环路对应一个测量区域。光开关交替选通正反、向测量通道。光纤中的反射光信号返回到环形器403，并由探测器503将光信号转换为电信号。光纤光栅解调仪601解调出各光栅中心波长的变化。解调信号输入上位机602，通过数据处理，对是否发生异物侵限事件做出判断，输出报警信号603。
701可以选用多路光开关，假设701是8路光开关，则该系统可以测量4个区域。
当无异物侵限事件发生时，假设整个测量环路中放置8个传感光栅传感器，则两通道分别检测到信号的光谱如图3所示，所有光栅的反射光谱都能测量到。
当异物侵限事件发生时，防护网遭到破坏，固定在防护网上的光纤随之断裂，光纤光栅传感器闭合环路断开。此时，通道一和通道二只能检测相应数量传感器的反射信号。如图3所示，假设第3、4个光栅之间的防护网被破坏，连接这两个光栅传感器之间的光纤发生断裂，则正向测量通道仅接收到3个光栅返回光信号，而反向测量通道 能够接收到其他5个。由于传感器的中心波长按照一定的顺序布置在铁路防护网上，因此根据接收信号光谱的变化能快速确定光纤断裂的位置。
图4所示为防护网上光纤光栅传感器安装示意图，图中301表示的是防护网的固定支架，用于粘贴封装好的传感器，302表示防护网，303表示布拉格光纤传感器，304表示防护网底部固定结构。两个支架上安装的光纤光栅传感器之间用光纤900连接，光纤沿防护网的网孔固定在防护网302上。

Claims (5)

1.基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统,通过光学通路、硬件解调装置和上位机判断防护网是否受到异物侵限，光学通路包括：宽带光源(101)输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器(102)，即光耦合器器件联接基于布拉格光栅传感器的光纤传感器闭合测量链路，最后通过光电探测器将测量信号输入光纤光栅解调仪(601),光纤光栅解调仪解调出各光栅中心波长的变化后将解调信号输入上位机(701)，在上位机实现解调信号波形的显示和分析，通过数据处理，对是否发生异物侵限事件做出判断，输出报警信号(801)。
2.根据权利要求1所述之基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统，其特征在于，具体光路构成为：输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器(102)后由光耦合器(201)将光信号分成两路,一路通过第一环形器(401)，使光纤中的反射光信号返回到第一环形器(401)，透射光信号到达第二环形器(402)；另一路反射信号返回第二环形器(402)，透射信号到达第一环形器(401)；当无异物侵限事件发生时，整个光纤链路(900)双向导通；第一探测器(501)和第二探测器(502)分别将第一环形器(401)和第二环形器(402)的测量信号输入光纤光栅解调仪(601)。
3.根据权利要求1所述之基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统，其特征在于，具体光路构成为：输出光信号经过F-P腔可调谐滤波器(102)后再通过环形器(403)、光开关(701)将整个光纤光栅传感器链路形成闭合环路。
4.根据权利要求3所述之基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统，其特征在于，所述光开关为多路光开关，多路光开关联接相应多条路闭合环路。
5.根据权利要求1所述之基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统，其特征在于，光纤光栅传感器按布拉格波长由小到大或由大到小的顺序固定在铁路防护网上；系统根据光纤断裂后接收信号的光谱图来定位断裂处的位置。
CN201420804394.1U 2014-12-17 2014-12-17 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统 Expired - Fee Related CN204368189U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420804394.1U CN204368189U (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420804394.1U CN204368189U (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN204368189U true CN204368189U (zh) 2015-06-03

Family

ID=53324431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420804394.1U Expired - Fee Related CN204368189U (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN204368189U (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104627205A (zh) * 2014-12-17 2015-05-20 西南交通大学 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统
CN106287238A (zh) * 2016-08-09 2017-01-04 华北科技学院 一种天然气管道泄漏检测装置
CN108732614A (zh) * 2018-05-24 2018-11-02 华中科技大学 一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法
CN114475694A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 上海应用技术大学 一种基于网状传感器的铁路异物侵限检测与报警装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104627205A (zh) * 2014-12-17 2015-05-20 西南交通大学 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统
CN106287238A (zh) * 2016-08-09 2017-01-04 华北科技学院 一种天然气管道泄漏检测装置
CN108732614A (zh) * 2018-05-24 2018-11-02 华中科技大学 一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法
CN108732614B (zh) * 2018-05-24 2019-09-24 华中科技大学 一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法
CN114475694A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 上海应用技术大学 一种基于网状传感器的铁路异物侵限检测与报警装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104627205A (zh) 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统
CN204415435U (zh) 基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统
CN101592475B (zh) 全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器
CN204368189U (zh) 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统
CN103134432A (zh) 一种基于光纤传感的桥梁位移监测系统
CN103591971B (zh) 一种光纤光栅的定位方法
CN104565826A (zh) 管道光纤安全监测预警方法和系统
CN109541715B (zh) 基于分布式光纤传感的铁路异物入侵安全感知与识别系统
CN107817743A (zh) 一种桥梁安全在线监控系统
CN110619727A (zh) 基于光纤振动传感技术的地下电力电缆的防外力破坏预警系统
CN209325429U (zh) 一种基于光纤的油气管道泄露定位系统
CN204087417U (zh) 光纤感温火灾探测器系统
CN104458079A (zh) 一种分布式光纤传感杆塔健康监测方法
KR20090120032A (ko) 광섬유를 이용한 화재 정보 검출 장치
Nedoma et al. Non-destructive fiber-optic sensor system for the measurement of speed in road traffic
CN108732614B (zh) 一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法
CN111024283B (zh) 引下光缆的多参数光纤传感检测方法及系统
CN103076070A (zh) 一种电缆敷冰检测装置
CN102646308A (zh) 基于单光纤和单光纤光栅光缆周界安防系统
CN103177531B (zh) 铁路沿线泥石流灾害监测
CN102735272B (zh) 一种可寻障布里渊光时域分析仪
CN207300447U (zh) 基于光纤传感技术的桥梁安全监控设备
CN104361707A (zh) 光纤感温火灾探测器系统
CN2844873Y (zh) 一种基于分布式光纤的对电缆温度检测装置
Popov et al. Distributed fiber-optic sensors for location monitoring of rolling stock

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wang Pengxiang

Inventor after: Luo Yuan

Inventor after: Zhang Zhiyong

Inventor after: Yan Lianshan

Inventor after: Yu Jie

Inventor after: Shao Liyang

Inventor after: Pan Wei

Inventor after: Luo Bin

Inventor after: Zou Xihua

Inventor after: Huang Weiwei

Inventor before: Zhang Zhiyong

Inventor before: Yan Lianshan

Inventor before: Shao Liyang

Inventor before: Pan Wei

Inventor before: Luo Bin

Inventor before: Zou Xihua

Inventor before: Huang Weiwei

Inventor before: Luo Yuan

COR Change of bibliographic data
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151117

Address after: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10

Patentee after: CHINA RAILWAY CORPORATION

Patentee after: Southwest Jiaotong University

Address before: Department of science and technology, Southwest Jiao Tong University, 111 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu

Patentee before: Southwest Jiaotong University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150603

Termination date: 20151217

EXPY Termination of patent right or utility model