鐵路落石預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵路落石預(yù)警方法，包括如下步驟：提供隨鐵軌振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化的電信號(hào)；基于電信號(hào)獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息；和基于該波長(zhǎng)變化信息確定是否發(fā)出報(bào)警。
【專利說(shuō)明】鐵路落石預(yù)警方法
[0001]本申請(qǐng)為申請(qǐng)日為2009年11月30日、申請(qǐng)?zhí)枮?00910238682.9、發(fā)明名稱為“鐵
路落石預(yù)警系統(tǒng)及鐵路落石預(yù)警方法”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及利用光纖光柵的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)和鐵路落石預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對(duì)于鐵路沿線的邊坡而言，一旦發(fā)生崩塌落石，將對(duì)鐵路、在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、安全管理、運(yùn)營(yíng)效率以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響。消除或減小崩塌落石的各種誘發(fā)因素及其程度，在某種程度上可以起到防范作用，但是不能從根本上解決崩塌落石對(duì)沿線鐵路構(gòu)成的威脅。
[0004]因此，現(xiàn)實(shí)中存在對(duì)崩塌落石的落到鐵軌上的情況進(jìn)行預(yù)警的迫切需要。常用的方法有:
[0005]電測(cè)方法，采用應(yīng)變電阻，其精度低，抗干擾能力差，壽命短，現(xiàn)場(chǎng)需要用電源，信號(hào)難以遠(yuǎn)距離傳輸，不適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0006]GPS方法，采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)需要電源，特殊地域無(wú)法取得信號(hào)，特別是無(wú)法測(cè)得地質(zhì)內(nèi)部的應(yīng)力變化，所以無(wú)法對(duì)塌方進(jìn)行預(yù)報(bào)，如進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，則該系統(tǒng)造價(jià)昂貴。
[0007]圖像法，采用室外攝像法，比較直觀。但雨、霧和雪天難以識(shí)別，不能預(yù)報(bào)，且現(xiàn)場(chǎng)需要電源，設(shè)備容易被破壞。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，常用的測(cè)量振動(dòng)的傳感器包括加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器。但是，上述傳感器都基于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的原理。利用上述傳感器感測(cè)鐵軌或枕木的振動(dòng)時(shí)，由于鐵軌附近存在形成干擾源的高壓電源，因此，上述電傳感器在高磁場(chǎng)、高電場(chǎng)的環(huán)境下存在測(cè)量精度不高的問(wèn)題。
[0009]而光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小(標(biāo)準(zhǔn)裸光纖為125um)、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于上述問(wèn)題提出本發(fā)明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)，包括:光纖光柵振動(dòng)傳感部件，包括基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動(dòng)而振動(dòng)；和光纖光柵，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上，并適于基于端部的振動(dòng)而產(chǎn)生應(yīng)變；光纖光柵解調(diào)儀器，所述光纖光柵解調(diào)儀器將光源發(fā)出的光導(dǎo)引到所述光纖光柵，接收從光纖光柵反射回的光、并輸出反映該反射回的光由應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化的電信號(hào)；和分析報(bào)警裝置，所述分析報(bào)警裝置獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息從而確定是否發(fā)出鐵軌存在故障的報(bào)警，其中所述波長(zhǎng)變化信息至少包括光的波長(zhǎng)變化幅值。
[0012]有利地，所述系統(tǒng)還包括基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動(dòng)而振動(dòng)，其中所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上?；靠梢酝ㄟ^(guò)振動(dòng)放大臂連接到端部，進(jìn)而，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
[0013]有利地，所述光纖光柵振動(dòng)傳感部件為多個(gè)且沿鐵軌依次間隔開(kāi)布置。
[0014]進(jìn)一步地，一根光纜將從寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到每一個(gè)光纖光柵從而串聯(lián)光纖光柵，其中每一個(gè)光纖光柵反射該光中對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光，且所述對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍彼此不重疊；且所述光纖光柵解調(diào)儀器接收從各個(gè)光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長(zhǎng)的變化的電信號(hào)。
[0015]或者進(jìn)一步地，所述光纖光柵振動(dòng)傳感部件分為多組，每組分配一根光纜，所述多個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件組沿鐵軌依次間隔開(kāi)布置；每一根光纜將寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到相應(yīng)的一個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件組中的每一個(gè)光纖光柵從而串聯(lián)該組中的光纖光柵，其中每組中的每一個(gè)光纖光柵反射該光中對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光，且所述對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍彼此不重疊；且所述光纖光柵解調(diào)儀器接收從各個(gè)光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長(zhǎng)的變化的電信號(hào)。
[0016]有利地，所述光纖光柵振動(dòng)傳感部件安裝在鐵軌的下方。這也有助于保護(hù)光纖光柵。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測(cè)量0.0lum甚至更微小的位移，由于本身具備光纖光柵特性，即，在光纖光柵中可見(jiàn)光傳輸?shù)恼駝?dòng)信號(hào)不會(huì)受到鐵路周圍電磁場(chǎng)(例如由高壓線產(chǎn)生)的干擾，所以在高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下能夠保證信號(hào)不失真并能正常傳輸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了鐵路落石預(yù)警方法，包括:步驟1:提供隨鐵軌振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化的電信號(hào)；步驟3:基于所述電信號(hào)獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息，其中所述波長(zhǎng)變化信息至少包括光的波長(zhǎng)變化幅值；和步驟4:基于該波長(zhǎng)變化信息確定是否發(fā)出報(bào)警。
[0019]可選地，步驟I包括:提供基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動(dòng)而振動(dòng)，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上。進(jìn)一步地，基部通過(guò)振動(dòng)放大臂連接到端部，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
[0020]可選地，所述光纖光柵為單個(gè)，所述步驟4包括:在光的波長(zhǎng)變化幅值超過(guò)第一閾值、且排除火車通過(guò)的情況時(shí)，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警。其中，在至少以下情況之一，確定火車通過(guò):光的波長(zhǎng)變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過(guò)第一閾值；光的波長(zhǎng)變化幅值在達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過(guò)第一閾值。
[0021]或者可選地，所述光纖光柵為單個(gè)，所述步驟4包括:在光的波長(zhǎng)變化幅值瞬時(shí)超過(guò)第一閾值并快速衰減后，發(fā)出所述光纖光柵處的鐵軌附近出現(xiàn)故障的報(bào)警。
[0022]可選地，所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個(gè)光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值超過(guò)第一閾值、且排除火車通過(guò)的情況時(shí)，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警。其中，在至少以下情況之一，確定火車通過(guò):從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過(guò)第一閾值；從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值在達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過(guò)第一閾值；從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵前方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值后，從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值；在從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵后方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值。
[0023]或可選地，所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個(gè)光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值瞬時(shí)達(dá)到或超過(guò)第一閾值并且快速衰減后，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警。有利地，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報(bào)警的情況下，確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。其中步驟5可進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。基于步驟5可以確定鐵軌出現(xiàn)故障的大致地點(diǎn)。
[0024]有利地，所述步驟4還包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值沒(méi)有達(dá)到第一閾值的情況下，在從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值和從與所述一個(gè)光纖光柵相鄰的另一光纖光柵反射回的波長(zhǎng)變化幅值中的至少一個(gè)瞬時(shí)超過(guò)小于第一閾值的第二閾值并快速衰減時(shí)，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警。有利地，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報(bào)警的情況下，確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。其中，步驟5可以進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。基于步驟5可以確定鐵軌出現(xiàn)故障的大致地點(diǎn)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測(cè)量
0.0lum甚至更微小的位移，由于本身具備光纖光柵特性，即，在光纖光柵中可見(jiàn)光傳輸?shù)恼駝?dòng)信號(hào)不會(huì)受到鐵路周圍電磁場(chǎng)(例如由高壓線產(chǎn)生)的干擾，所以在高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下能夠保證信號(hào)不失真并能正常傳輸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光纖光柵振動(dòng)傳感部件的振動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖2顯示將光纖光柵應(yīng)變片固定到圖1所示的振動(dòng)結(jié)構(gòu)上的示意圖；
[0028]圖3顯示將圖2所示的光纖光柵振動(dòng)傳感部件安裝到鐵軌上的示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件的振動(dòng)結(jié)構(gòu)的變型的示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件的振動(dòng)結(jié)構(gòu)的又一變型的不意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)的示意圖；
[0032]圖7是本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0033]圖8是當(dāng)較大的石頭落到鐵軌上時(shí)利用本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)獲得的波形圖；和[0034]圖9是當(dāng)火車通過(guò)時(shí)利用本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)獲得的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。在說(shuō)明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部件。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。
[0036]本發(fā)明是基于光纖光柵的應(yīng)用。下面首先描述根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10。
[0037]圖1、圖2和圖3顯示本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10。具體地，圖1是本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件的振動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2顯示將光纖光柵應(yīng)變片固定到圖1所示的振動(dòng)結(jié)構(gòu)上的示意圖；圖3顯示將圖2所示的光纖光柵振動(dòng)傳感部件安裝到鐵軌上的示意圖。
[0038]如圖1和圖2所示，光纖光柵振動(dòng)傳感部件10包括:基部I和與基部I連接的自由的端部2，基部I剛性連接到鐵軌5上，從而端部2適于隨鐵軌5的振動(dòng)而振動(dòng)；和光纖光柵，光纖光柵的兩端分別連接在基部I和端部2上，并適于隨端部2的振動(dòng)而產(chǎn)生應(yīng)變。不過(guò)，光纖光柵可以固定在光纖光柵應(yīng)變片4上,而光纖光柵應(yīng)變片4的兩端4a、4b分別固定在基部I和端部2上。光纖光柵應(yīng)變片4可以通過(guò)電焊、粘附等方式固定在基部I和端部2上。
[0039]需要指出的是，雖然下面的描述是基于光纖光柵應(yīng)變片4的，但是，也可以適用于光纖光柵。
[0040]需要注意的是，這里的固定既可以表示直接固定也可以表示間接固定，只要端部2適于隨鐵軌5的振動(dòng)而振動(dòng)即可。如圖3所示，在本實(shí)施例中，基部I被直接地剛性固定在鐵軌5，用于檢測(cè)鐵軌5的振動(dòng)。但是，需要說(shuō)明的是，基部I也可以通過(guò)其它中間物被間接地固定到鐵軌5上?；縄也可以固定在枕木上。
[0041]為了便于說(shuō)明，如圖1所示，不妨定義X方向?yàn)楣饫w光柵振動(dòng)傳感部件10的橫向方向(或稱為寬度方向)，Y方向?yàn)楣饫w光柵振動(dòng)傳感部件10的縱向方向(或稱為長(zhǎng)度方向)，Z方向?yàn)楣饫w光柵振動(dòng)傳感部件的高度方向(或稱為厚度方向)。
[0042]如圖1-3中所示，光纖光柵振動(dòng)傳感部件10還可以包括振動(dòng)放大臂(或懸臂梁)3，基部I通過(guò)振動(dòng)放大臂3連接到端部2。
[0043]振動(dòng)放大臂3可以為等強(qiáng)度應(yīng)變梁。即振動(dòng)放大臂3沿縱向方向的變形是線性的，在此情況下，光纖光柵應(yīng)變片4中的光纖沿縱向方向產(chǎn)生線性變形?？梢詫⒄駝?dòng)放大臂3設(shè)計(jì)成大致三角形，即振動(dòng)放大臂3的寬度從基部I向端部2逐漸減小。當(dāng)然，也可以將振動(dòng)放大臂3設(shè)計(jì)成楔形，即振動(dòng)放大臂3的厚度從基部I向端部2逐漸減小。當(dāng)然，也可以使用任何公知技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)振動(dòng)放大臂3，使之具有等強(qiáng)度應(yīng)變梁的性質(zhì)。不過(guò)，振動(dòng)放大臂3也可以不是等強(qiáng)度應(yīng)變梁。
[0044]基部1、端部2和振動(dòng)放大臂3可以形成為一體件。但是，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不局限于此，基部1、端部2和振動(dòng)放大臂3也可以是以可拆卸的方式相互連接在一起的三個(gè)獨(dú)立構(gòu)件。
[0045]為了放大端部2的振動(dòng)，基部I的上表面Ia和/或所述端部2的上表面2a高出振動(dòng)放大臂3的上表面3a，且光纖光柵應(yīng)變片4的兩端4a、4b分別固定或貼附在基部I的上表面Ia和端部2的上表面2a上,如圖2所不。這樣,基于端部2振動(dòng)的放大,光纖光柵應(yīng)變片4的反應(yīng)將更加靈敏。
[0046]光纖光柵應(yīng)變片4可以與振動(dòng)放大臂3上、下平行地延伸，以便反映或檢測(cè)振動(dòng)放大臂3的應(yīng)變。
[0047]在本實(shí)施中，端部2可以開(kāi)設(shè)有朝內(nèi)的槽口 2c，從而使得基部1、端部2和振動(dòng)放大臂3形成的一體件的縱向截面具有呈“ I~~'^I”形的開(kāi)口，當(dāng)然，該一體件的縱向截面也可以具有呈“ ^ I ”形的開(kāi)口。
[0048]該一體件也可以具有不同的形式。如圖4中所示，端部2設(shè)計(jì)成實(shí)心質(zhì)量塊，而不存在朝內(nèi)的槽口 2c。從而使得基部1、端部2和振動(dòng)放大臂3形成的一體件的縱向截面具有矩形開(kāi)口。
[0049]端部2具有預(yù)定的質(zhì)量，從而構(gòu)成振動(dòng)質(zhì)量塊。請(qǐng)注意，振動(dòng)放大臂3的厚度通常較薄。如圖5中所示，在端部2上還可以附接有附加質(zhì)量塊6，用于調(diào)節(jié)端部2的總質(zhì)量。附加質(zhì)量塊6可通過(guò)螺釘連接在端部2上。
[0050]下面以圖1-3中為例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件的工作原理:當(dāng)鐵軌5振動(dòng)時(shí)，基部I振動(dòng)，端部2也隨之振動(dòng)，振動(dòng)放大臂3在作為質(zhì)量塊的端部2的作用下，產(chǎn)生受迫振動(dòng)，使振動(dòng)放大，從而振動(dòng)放大臂3能夠?qū)饫w光柵應(yīng)變片4產(chǎn)生一個(gè)較大的往復(fù)拉壓動(dòng)作，從而光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變，這使得通過(guò)光纖光柵的光的波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)光纜，將這種波長(zhǎng)變化反射回光纖光柵解調(diào)儀器，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，基于該電信號(hào)可以進(jìn)行分析。
[0051]本發(fā)明的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10有高的靈敏度。例如，傳統(tǒng)的電傳感器在加上放大器的情況下基本能測(cè)到10_6次方的數(shù)量級(jí)，而光纖光柵傳感部件最基本的波長(zhǎng)變化為10_9次方，是傳統(tǒng)的電傳感器的靈敏度的1000倍。光纖光柵振動(dòng)傳感部件10可以應(yīng)用到高磁場(chǎng)電場(chǎng)的工作環(huán)境下，這是電傳感器不能比擬的。另外，光纖光柵振動(dòng)傳感部件耐溫性好(工作溫度上限可達(dá)400°c -6000C )、復(fù)用能力強(qiáng)。
[0052]基于上述原理，本發(fā)明提出一種鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)100，如圖6中所示，該系統(tǒng)100包括:上述的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10 ;光纖光柵解調(diào)儀器20，光纖光柵解調(diào)儀器20將光源發(fā)出的光導(dǎo)引到光纖光柵、接收從光纖光柵反射回的光、并輸出反映該反射回的光由應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化的電信號(hào)；和分析報(bào)警裝置30，分析報(bào)警裝置30獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息從而確定是否發(fā)出鐵軌5存在故障的報(bào)警，其中所述波長(zhǎng)變化信息至少包括光的波長(zhǎng)變化幅值。分析報(bào)警裝置30可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成。
[0053] 系統(tǒng)100可以僅僅包括一個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件10，也可以包括多個(gè)沿鐵軌5依次間隔開(kāi)(例如分隔開(kāi)50米)布置的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10。
[0054]在設(shè)置多個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件10的情況下,如圖7中所75,可以利用一根光纜21將從寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到每一個(gè)光纖光柵從而串聯(lián)光纖光柵，其中每一個(gè)光纖光柵反射該光中對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光，且所述對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍彼此不重疊；且光纖光柵解調(diào)儀器20接收從各個(gè)光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長(zhǎng)的變化的電信號(hào)。
[0055]能串聯(lián)的光纖光柵振動(dòng)傳感部件10的數(shù)量取決于光纖光柵解調(diào)儀器20的掃描波長(zhǎng)范圍、通道數(shù)量、及被測(cè)振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，一般一個(gè)通道能串聯(lián)20個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件10,即一根光纜就可串聯(lián)20個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件10。而傳統(tǒng)電的傳感器就需要有相應(yīng)的20根電纜。而且，光纜或光纖傳輸距離遠(yuǎn)(光纖光柵振動(dòng)傳感部件到光纖光柵解調(diào)儀器可達(dá)幾公里)，這樣，在材料成本，工程施工上本發(fā)明都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0056]在設(shè)置多個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件10的情況下，光纖光柵振動(dòng)傳感部件10也可以分為多組，每組分配一根光纜21，多個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件組沿鐵軌5依次間隔開(kāi)布置；每一根光纜21將寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到相應(yīng)的一個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感部件組中的每一個(gè)光纖光柵從而串聯(lián)該組中的光纖光柵，其中每組中的每一個(gè)光纖光柵反射該光中對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光，且所述對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍彼此不重疊；且光纖光柵解調(diào)儀器20接收從各個(gè)光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長(zhǎng)的變化的電信號(hào)。例如，光纖光柵振動(dòng)傳感部件10為60個(gè)，且被分為多組，例如3組，每組20個(gè)，光纜為多根，例如3根。需要注意的是光纖光柵振動(dòng)傳感部件10的個(gè)數(shù)和分組數(shù)不限于此。
[0057]光纖光柵振動(dòng)傳感部件10可以安裝在鐵軌5或枕木的下方，也可以安裝在其它位置。
[0058]因?yàn)橐粋€(gè)光纖光柵與一個(gè)光纜內(nèi)某段波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)，所以基于該段波長(zhǎng)的光或該段波長(zhǎng)的光的反射光可以確定與該光纜稱合或連接的光纖光柵(光纖光柵振動(dòng)傳感部件)，從而在出現(xiàn)例如某波段反射回的光的波長(zhǎng)變化瞬時(shí)超過(guò)第一閾值時(shí)，可以確定相應(yīng)的光纖光柵(光纖光柵振動(dòng)傳感部件)的位置。
[0059]本發(fā)明人也提出了一種鐵路落石預(yù)警方法，該方法包括:步驟1:提供隨鐵軌5振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器20獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化的電信號(hào)；步驟3:基于所述電信號(hào)獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息，其中所述波長(zhǎng)變化信息至少包括光的波長(zhǎng)變化幅值；和步驟4:基于該波長(zhǎng)變化信息確定是否發(fā)出報(bào)警。
[0060]其中，步驟I包括:提供基部I和與基部I連接的自由的端部2，基部I剛性連接到鐵軌5或枕木上，從而端部2適于隨鐵軌5或枕木的振動(dòng)而振動(dòng)，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上?；縄可以通過(guò)振動(dòng)放大臂3連接到端部2，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部I和端部2上。
[0061]在光纖光柵為單個(gè)的情況下，所述步驟4包括:在光的波長(zhǎng)變化幅值超過(guò)第一閾值、且排除火車通過(guò)的情況時(shí)，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報(bào)警。其中:在至少以下情況之一，確定火車通過(guò):光的波長(zhǎng)變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過(guò)第一閾值；光的波長(zhǎng)變化幅值在達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過(guò)第一閾值。附圖9中示出了上面提到的兩種情況。
[0062]或者，在光纖光柵為單個(gè)的情況下，所述步驟4包括:在光的波長(zhǎng)變化幅值瞬時(shí)超過(guò)第一閾值并快速衰減后，發(fā)出所述光纖光柵處的鐵軌5附近出現(xiàn)故障的報(bào)警。附圖8示出了這種情況。
[0063]在所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個(gè)光纖光柵的情況下，所述步驟4包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值超過(guò)第一閾值、且排除火車通過(guò)的情況時(shí)，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報(bào)警。其中:在至少以下情況之一，確定火車通過(guò):從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過(guò)第一閾值；從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值在達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過(guò)第一閾值；從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵前方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值后，從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值；在從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵后方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值。
[0064]或者,在所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個(gè)光纖光柵的情況下,所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個(gè)光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值瞬時(shí)達(dá)到或超過(guò)第一閾值并且快速衰減后，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報(bào)警。
[0065]為確定發(fā)生故障地點(diǎn)，在包括沿鐵軌5依次布置的多個(gè)光纖光柵時(shí),所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報(bào)警的情況下，確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。進(jìn)一步地，步驟5還包括:確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
[0066]在落石落在兩個(gè)光纖光柵之間時(shí)，從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值可能沒(méi)有達(dá)到第一閾值，此時(shí)所述步驟4還包括:在從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值和從與所述一個(gè)光纖光柵相鄰的另一光纖光柵反射回的波長(zhǎng)變化幅值中的至少一個(gè)瞬時(shí)達(dá)到或超過(guò)小于第一閾值的第二閾值并快速衰減時(shí)，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警。此時(shí)，為確定發(fā)生故障地點(diǎn)，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報(bào)警的情況下，確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。為進(jìn)一步確定故障地點(diǎn)，步驟5還可以包括:確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
[0067]需要注意的是，上述第一閾值和第二閾值可以基于鐵軌下方的地質(zhì)構(gòu)造，例如是巖石還是沙土，鐵軌上方可能的落石的密度、硬度、體積、下落高度，光纖光柵或光纖光柵振動(dòng)傳感部件的安裝位置、安裝方式，枕木的材料等等確定。
[0068]另外，可以在野外設(shè)置太陽(yáng)能電池或大容量蓄電池為光纖光柵解調(diào)儀器20提供電力。
[0069]本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)和鐵路落石預(yù)警方法的報(bào)警的準(zhǔn)確度或?qū)﹁F軌振動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度可以通過(guò)提高光纖光柵解調(diào)儀器20的主頻，例如1000Hz，2000Hz或更聞。
[0070]對(duì)于上面提到的瞬時(shí)增加中的“瞬時(shí)”，表示相對(duì)于光纖光柵解調(diào)儀器20的主頻，時(shí)間非常短，例如，對(duì)于1000Hz的主頻，瞬時(shí)可以表示0.001-0.005秒或其它類似數(shù)量級(jí)的時(shí)間，具體的時(shí)間同樣可以基于鐵軌下方的地質(zhì)構(gòu)造，例如是巖石還是沙土，鐵軌上方可能的落石的密度、硬度、體積、下落高度，光纖光柵或光纖光柵振動(dòng)傳感部件的安裝位置、安裝方式，枕木的材料等等確定。而上面提到的逐漸增加中的“逐漸”，表示相對(duì)于“瞬時(shí)”而言，要慢得多，盡管在實(shí)際中，可能僅僅是例如0.1秒的時(shí)間，具體的時(shí)間與火車車速、火車載重、火車類型等有關(guān)。上面提到的預(yù)定時(shí)間段可選地，表示1-10秒的時(shí)間。
[0071]在本發(fā)明中，報(bào)警可以采用如下方式:現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警。在裝有預(yù)警系統(tǒng)的鐵路兩端的車站均設(shè)有音響報(bào)警器和報(bào)警燈，用于提醒火車司機(jī)和相關(guān)人員；監(jiān)控室報(bào)警，用于引起監(jiān)控室值班人員的注意；遠(yuǎn)程報(bào)警，主要利用手機(jī)GSM短信技術(shù)，自動(dòng)將險(xiǎn)情發(fā)送給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)以及鐵路巡檢人員的手機(jī)上，以便第一時(shí)間采取相關(guān)措施。當(dāng)然可根據(jù)用戶需求加設(shè)其他報(bào)警方式。
[0072]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵路落石預(yù)警方法，包括: 步驟1:提供隨鐵軌振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵； 步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化的電信號(hào); 步驟3:基于所述電信號(hào)獲取從光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化信息，其中所述波長(zhǎng)變化信息至少包括光的波長(zhǎng)變化幅值；和 步驟4:基于該波長(zhǎng)變化信息確定是否發(fā)出報(bào)警， 其中， 所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個(gè)光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值超過(guò)第一閾值、且排除火車通過(guò)的情況時(shí)，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報(bào)警；且 在至少以下情況之一，確定火車通過(guò): 從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過(guò)第一閾值； 從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值在達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過(guò)第一閾值； 從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵前方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值后，從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值； 在從所述一個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值達(dá)到或超過(guò)第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個(gè)光纖光柵后方的多個(gè)光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值依次達(dá)到或超過(guò)第一閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 步驟I包括:提供基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動(dòng)而振動(dòng)，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 基部通過(guò)振動(dòng)放大臂連接到端部，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于，所述方法還包括: 步驟5:在發(fā)出報(bào)警的情況下，確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 步驟5進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長(zhǎng)變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103465935SQ201210568266
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2009年11月30日
【發(fā)明者】陳志強(qiáng), 徐惠康, 溫海寧, 朱瑞龍, 錢鴻治, 舒華武 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司