一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息采集及預警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明技術(shù)屬于鐵路運輸安全監(jiān)測領(lǐng)域，設及一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊 坡滑坡信息采集及預警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國鐵路運輸系統(tǒng)快速發(fā)展，高速鐵路里程數(shù)迅速增加，列車運行速度也 越來越快，對行車的安全要求越來越高，保障列車安全運行的壓力也越來越大。邊坡是鐵路 工程建設中最常見的工程形式。作為全球性=大地質(zhì)災害之一的邊坡變形失穩(wěn)破壞而造成 的滑坡，W及由滑坡引起的山體跨塌和暴雨形成的泥石流常給國家建設和人民生命財產(chǎn)造 成嚴重損害。隨著我國近年來對鐵路等交通基礎(chǔ)設施建設力度和投資規(guī)模的不斷加大，鐵 路沿線開挖了大量工程邊坡，給鐵路運輸和人民的生命財產(chǎn)帶來了很大的安全隱患。因此， 為了防患于未然，必須對邊坡變形進行實時監(jiān)測，進而實現(xiàn)對邊坡滑坡危害的早期預警。
[0003] 傳統(tǒng)的滑坡監(jiān)測方法是使用電類傳感器，但是容易受到環(huán)境的干擾，并且 需要人工到現(xiàn)場定期檢查。隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)（Global 化sitioningSystem,GP巧法、近景攝影測量法、時間域反射測試技術(shù)（TimeDomain Reflectometers，TDR)法也已經(jīng)用于鐵路邊坡變形及滑坡的監(jiān)測之中，但是該些傳感器也 存在其局限性，例如容易受到天氣的影響，或者相關(guān)設備的昂貴，不利于大規(guī)模的推廣。因 此，目前針對鐵路邊坡滑坡的監(jiān)測受到多方面因素的制約，需要提出一套完整的鐵路邊坡 滑坡監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004] 滑坡監(jiān)測通常是將室外現(xiàn)場觀察、實驗室實驗和理論分析結(jié)合。存在的問題是：數(shù) 據(jù)的采集需要人工定期到現(xiàn)場進行，使得滑坡監(jiān)測缺乏實時性。在很多情況下，不穩(wěn)定邊坡 處于邊遠地區(qū)，人員很難到達，尤其是在滑坡的臨發(fā)階段，人員現(xiàn)場監(jiān)測可能存在危險。
[0005] 目前，光纖傳感已經(jīng)廣泛的應用于工程的監(jiān)控之中，與一般的傳感器相比，其有W 下優(yōu)點：可靠性高、壽命長、能進行長期安全監(jiān)測，遠距離無失真?zhèn)鬏?，易于實現(xiàn)分布式自動 化在線監(jiān)測，響應時間快、精度高、靈敏度高、分辨率高，結(jié)構(gòu)簡單、易于施工布設等。光纖傳 感器適用于惡劣環(huán)境，廣泛應用于石油化工、冶金電力、煤礦、建筑、交通、地質(zhì)等行業(yè)。
[0006] 但是，目前國內(nèi)外研究光纖傳感多用于實驗室實驗，目前還沒有針對鐵路邊坡滑 坡監(jiān)測和預警進行設計并實現(xiàn)的案例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息采集及預警 系統(tǒng)，能夠克服傳統(tǒng)測量方法中存在的不足，并且在實際工程應用中能夠高效而又經(jīng)濟的 實現(xiàn)邊坡的監(jiān)測。
[000引一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息采集系統(tǒng)，包括線性連續(xù)監(jiān)測序列 及控制柜；
[0009] 所述控制柜與所述線性連續(xù)監(jiān)測序列通信相連；
[0010] 所述線性連續(xù)監(jiān)測序列由埋設在邊坡的光纖傳感器組成，所述光纖傳感器WM字 型埋設在鐵路一側(cè)的邊坡結(jié)構(gòu)中；
[0011] 所述控制柜包括能夠產(chǎn)生累浦激光脈沖的光路模塊、對光路進行控制的電路模塊 W及向監(jiān)控室發(fā)送數(shù)據(jù)的通信模塊。
[0012] 所述光纖傳感器為單模石英光纖。
[0013]【單模石英光纖能夠采集到任意一點的應力變化情況?！?br>[0014] 所述單模石英光纖埋設在鐵路邊坡表面W下5-20cm處。
[0015] 所述光路模塊包括依次相連的激光發(fā)射裝置、脈沖調(diào)制裝置、光纖放大器及光傳 感模塊。
[0016]【所述激光發(fā)射裝置，用于生成單一頻率的激光；
[0017] 所述脈沖調(diào)制裝置，用于激光脈沖的調(diào)制；
[0018] 所述光纖放大器，用于對光信號的放大；
[0019] 所述光傳感模塊，用于對傳感光路進行控制，并且對散射光提供返回通路，W進行 相干檢測；
[0020] 光傳感模塊能夠?qū)Σ祭餃Y散射信號的能量進行測量，并且進行相干處理，得到布 里淵頻移量的變化信號?！?br>[0021] 【激光在光線中存在布里淵散射現(xiàn)象，當受到外部因素，例如溫度，應力等變化時， 背向布里淵散射光的頻率會發(fā)生變化，其所述的變化量與溫度和應力之間存在一定的相關(guān) 性?！?br>[0022] 所述單模石英光纖通過光環(huán)行器與脈沖激光發(fā)射裝置連接，光環(huán)行器的另一端與 光傳感模塊連接。
[0023]【所述光環(huán)形器為S端口T形光環(huán)形器；】
[0024] 當光波在光纖中傳播是，大部分光波是向前傳導的，由于介質(zhì)中存在該不均勻性， 會使光波的傳播發(fā)生變化，有一小部分能量會偏離原來的方向并向其他方向彌散開來，該 就是光散射。其中布里淵散射是其中一種主要的光散射，布里淵的散射光頻移的大小受到 外界環(huán)境因素的影響。工程中的實踐證明，當光信號在1550nm光波段時，在光纖中傳輸?shù)?損耗比其他光波段小得多，因此傳輸?shù)木嚯x更長，因此分布式光纖傳感技術(shù)中選擇激光器 的工作波長在1550nm附近。對于普通單模石英光纖在常溫下，布里淵背向散射頻移量與應 變關(guān)系如下：
[002引Vb ( e，T0) = Vb化T0) (1+4. 480(1)
[0026]其中，Vb(0,T。）是在溫度為T。時，未施加應力的布里淵頻移量，Vb(e，T。）為溫度為 T。時，應力為e的布里淵頻移量，e為應力的大小。
[0027] 布里淵頻移的變化量為：
[002引Avb( 0 = 4. 48vb0)，T。）e似
[0029] 通過布里淵頻移的變化量就可W反映光纖經(jīng)過的點的周圍的應力的變化情況，通 過應力的變化情況確定邊坡的內(nèi)在特性。
[0030] 所述電路模塊包括：
[0031]時序控制電路，對光路模塊進行時序的控制，調(diào)整脈沖光的脈沖頻率；
[0032]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于能將采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量發(fā)送給處理器單元；
[0033] 處理器單元，用于對采集信號的接收、處理W及對數(shù)據(jù)的存儲和向外發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0034] 所述通信模塊為無線通信模塊。
[0035] 一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息預警系統(tǒng)，利用所述的一種基于分 布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息采集系統(tǒng)，將采集的數(shù)據(jù)傳送至遠程服務器，并依據(jù)存 儲在服務器中的散射光強度、光纖傳感器的測量總長度與對應的測量位置關(guān)系，布里淵頻 移量的大小與應力大小關(guān)系，W及應力大小與邊坡滑坡情況，確定采集數(shù)據(jù)的完整性和當 前的邊坡滑坡情況，當邊坡滑坡情況超過設定闊值時，觸發(fā)預警模塊進行預警；
[0036] 通過接收到的光強度來來確定測量的長度，通過長度可W確定對應的位置，通過 最大的測量位置與光纖測量的總長度做比較來確定光纖是否斷裂；
[0037] 通過埋設在邊坡的光纖傳感器得到的布里淵頻移量與參考的光纖的頻移量比較， 得到由應力變化帶來的頻移量的偏移變化的大小，從而確定對應的光纖傳感所處位置的應 力的大??；
[003引通過應力大小確定對應的邊坡滑坡情況。
[0039] 還包括與服務器相連的遠程終端，所述服務器通過無線通信將采集數(shù)據(jù)和預警數(shù) 據(jù)發(fā)送到遠程終端。
[0040] 有益效果
[0041] 本發(fā)明提供了一種基于分布式光纖傳感的鐵路邊坡滑坡信息采集及預警系統(tǒng)，所 述采集系統(tǒng)包括線性連續(xù)監(jiān)測序列及控制柜；所述線性連續(xù)監(jiān)測序列由埋設在邊坡的光纖