專利名稱：基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統的制作方法
基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統技術領域
本發明屬于高速鐵路安全監測技術領域，具體涉及一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統。
背景技術：
我國的高速鐵路建設始于1999年興建的秦沈客運專線。經過10多年的高速鐵路建設和對既有鐵路的高速化改造，我國目前已經擁有全世界最大規模和最高運營速度的高速鐵路網，京津城際、武廣高鐵、鄭西高鐵、滬寧城際、滬杭城際、京滬高鐵等先后建成通車。 2011年7月23日發生的溫州動車追尾事故告訴我們，任何時候高鐵安全總是第一位的。
我國是山地大國，崩塌、滾石等自然災害較多，給鐵路運輸帶來的損失居高不下。 當滾石或重物侵入鐵路限界后，由于列車司機目視距離有限，特別是夜晚，不能及時發現險情，加之車速快，容易發生嚴重的列車脫軌事故，造成巨大災難。因此，鐵路沿線滾石自動監測與預警技術愈發受到重視。異物侵限報警技術作為鐵路安全運行的一項重要保障，國內外的研究人員進行了大量的探索性的研究工作。目前來說，較為成熟的技術主要有兩種非接觸式和接觸式檢測方法。
1、非接觸式檢測方法
非接觸式檢測技術是新興的異物侵限檢測技術，各國都在大力發展，包括紅外線光幕法、GPS方法、圖像法。
(1)紅外線光幕法。為保證行車安全，西班牙的高速鐵路在隧道口等容易發生異物侵限(如落石)的路段，安裝了基于紅外線光幕的落物檢測系統，其中紅外檢測系統是隧道落物檢測報警系統的重要組成部分，分為紅外光幕發生器和紅外光幕接收器，一旦落石落入隧道的安全限界以內就會阻擋紅外光幕接收器接收紅外線，從而激發報警程序，這種方法可以檢測尺寸超過0. 5mX0. 5mX0. 5m的異物。該方法存在雨、霧和雪天難以識別，不能預報，現場需要電源，設備容易被破壞等缺點。
(2)GPS方法。采用衛星定位系統，其現場設備需維護，現場需要電源，特殊地域無法取得信號，無法測得地質內部的應力變化，無法對塌方進行預報，如進行多點監測，并且該系統造價昂貴。
(3)圖像法。采用室外攝像法，通過監控裝置將現場圖像實時傳輸到司機室的監視器上，司機在不離開駕駛位的情況下能隨時觀察機車前面路況，比較直觀。但雨、霧和雪天難以識別，不能預報，現場也需要電源，設備容易被破壞。
2、接觸式方法
防護網等接觸式異物侵限檢測技術在我國有著較多的應用。防護網式異物侵限監控系統主要由支架、電網傳感器、現場控制器和傳輸線纜等組成。正常工作時，電網完好無損；當橋上有墜物(如石塊等)侵入鐵路限界時，電網斷線開始報警。電網傳感器用來監測并阻攔落物，當有物體落到監測電網上時會引起電網斷線，安裝于現場的控制器發出報警信號，同時報警信息經過繼電組合后進入列控中心，若該區域下方的軌道電路表示為占用或故障狀態，監控單元主機將紅色信號傳送至調度中心，調度人員采取應對措施。
接觸式防護網技術的優點主要是在檢測異物侵限的同時還能起到攔阻落物掉到鐵軌上的功能，其缺點是需要大量安裝，需要在沿橋梁兩側加裝立柱，從而增加橋梁建設工程施工難度；由于探測電網三角分布間隔較大，只能檢測尺寸大的落物，對于鋼筋等小物體則不容易檢測到。對于京滬高速鐵路施工現場來說，由于在橋梁施工過程中落物出現的范圍遠遠大于橋梁本身，所以1. 5mXl. 5m的探測距離遠遠不能滿足京滬高鐵施工過程中并行與跨越既有線異物侵限檢測的需求。同時在鐵路暫停運輸的空窗期，是允許侵限施工作業的，而防護網這時將會妨礙施工作業。所以防護網技術適用于鐵路運營期，并不適用于建設施工時期的鐵路限界安全檢測。
此外，光纖光柵傳感器是近幾年興起的檢測技術，將光纖光柵應力傳感器鋪設在隧道口或容易發生山體滑坡的鐵路路段，通過對反射光的檢測來判斷是否有落石落入安全限界以內對行車安全產生威脅。光纖光柵傳感器雖然具有體積小，與光纖兼容、精度高、壽命長、高可靠性優點，測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測器老化等因素影響，極易埋入到待測物體內部，實現對物體的高精度、無干擾的實時監測。也可實現數字化傳感，尤其是在鐵路無人區、無電區以及惡劣的環境下可長期穩定工作。但是這種應力傳感網式檢測裝置不能檢測到懸空在鐵路安全限界以內的異物，比如施工吊車懸臂，新建橋梁保護架等，所以只適用于檢測地面落物積石等。而且由于光纖光柵價應變的靈敏度過高，除了應力以外，溫度對光柵的波長漂移也影響很大，容易引起誤報，故很難在工程領域上進行運用。
隨著公跨鐵(公路跨過鐵路)的增多，如果公路上行駛的車輛因失控或者大型貨物越過欄桿(防撞墻)和防護網(防拋網)而侵入高速鐵路限界，就會導致事故。
我國鐵路部門在公路鐵路并行段、公(橋梁)跨鐵段等設置剛性防護網并在網上安裝電網傳感器，一旦滾石撞壞防護網，通過電網感應的方式即可向調度中心告警。但是這種傳統的電網傳感技術存在易受鐵道上的接觸網的強電流和雷電的電磁干擾，現場需要電源，電信號遠距離傳輸可靠性差，后期使用維護費用高，傳輸電纜斷裂或停電會產生誤報等問題。因此在高速鐵路中墜物的自動監測與預警技術的研制迫在眉睫。發明內容
本發明的目的是提供一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，能在異物砸破公跨鐵防護欄的時候報警，其在公跨鐵處不需要電源，成本低，不易誤報。
本發明所采用的技術方案是，一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，包括控制與處理單元以及至少一組檢測系統，檢測系統包括驅動電路、光源、光纖、光電檢測器以及放大電路，控制與處理單元與驅動電路、光源、光纖、光電檢測器以及放大電路依次串聯并構成回路，控制與處理單元上還連接有報警裝置和通訊裝置；光纖包括纏繞在公跨鐵防護欄上的檢測光纖，檢測光纖的兩端均通過傳輸光纖分別與光源和光電檢測器相連接。
傳輸光纖和檢測光纖使用同一光纜中的光纖。
傳輸光纖使用光纜中的光纖，所述檢測光纖使用單芯光纖。
進一步地，檢測光纖的兩端通過光纖活動連接器與傳輸光纖相連接。
光源為半導體激光器或發光二級管。
光電檢測器為PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
優選地，檢測系統的數量為兩組。
本發明基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統的優點是成本低，易實現， 不易誤報；與我國現有的在防護網上安裝電的傳感器相比，在公跨鐵處不需要電源，不受鐵道上面接觸網的強電流和雷電干擾。
圖1是本發明的系統框圖2是本發明中的第一種光纖安裝位置示意圖3是本發明中的第二種光纖安裝位置示意其中，1.控制與處理單元，2.報警裝置，3.第一檢測系統，4.第一光纖，5.第二光纖，6.第二檢測系統，7.通訊裝置，8.光纜，9.第一檢測光纖，10.第二檢測光纖，11.公跨鐵防護欄，12.公路，13.鐵路，14.站房，15.光纖活動連接器。
具體實施方式
在建設公跨鐵(即公路12與鐵路13的交匯處)過程中，會根據預測的塌方范圍及落物軌跡，設置公跨鐵防護網11，主動防御落物。
如圖1所示，本發明基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，包括控制與處理單元1。控制與處理單元1上連接有報警裝置2和通訊裝置7。
為了提高本發明工作可靠性，本實施里使用兩組檢測系統，即第一檢測系統3和第二檢測系統6。第一檢測系統3包括第一驅動電路、第一光源、第一光纖4、用于將光信號轉換為電信號的第一光電檢測器以及第一放大電路，控制與處理單元1與第一驅動電路、 第一光源、第一光纖4、第一光電檢測器以及第一放大電路依次串聯并構成回路。第一光纖 4包括纏繞在公跨鐵防護欄11上的第一檢測光纖9，第一檢測光纖9的兩端均通過第一傳輸光纖分別與第一光源和第一光電檢測器相連接。
第二檢測系統6包括第二驅動電路、第二光源、第二光纖5、第二光電檢測器以及第二放大電路，控制與處理單元1與第二驅動電路、第二光源、第二光纖5、第二光電檢測器以及第二放大電路依次串聯并構成回路。第二光纖5包括纏繞在公跨鐵防護欄11上的第二檢測光纖10，第二檢測光纖10的兩端均通過第二傳輸光纖分別與第二光源和第二光電檢測器相連接。
如圖2所示，第一傳輸光纖、第一檢測光纖9、第二傳輸光纖以及第二檢測光纖10 均使用光纜8中的光纖。光纜8為通信光纜或其它光纜，里面含有幾十甚至上百根光纖，每個公跨鐵使用兩根光纖作為檢測光纖纏繞在對應的防護欄上，剩下的光纖留作高速公路其他的公跨鐵防護欄使用。
如圖3所示，考慮到強度要求，第一檢測光纖9和第二檢測光纖10也能使用定制單芯光纜，第一檢測光纖9和第二檢測光纖10分別通過光纖活動連接器15與第一傳輸光纖和第二傳輸光纖相連接。第一傳輸光纖和第二傳輸光纖均使用光纜8中的光纖。
本發明在使用時，將控制與處理單元1、第一驅動電路、第一光源、第一光電檢測器、第一放大電路、第二驅動電路、第二光源、第二光電檢測器以及第二放大電路均安裝在站房14內。第一光源和第二光源為半導體激光器或發光二級管。第一光電檢測器和第二光電檢測器使用PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
本發明在公跨鐵防護網11上纏繞第一檢測光纖9和第二檢測光纖10，在第一傳輸光纖和第二傳輸光纖一端對應接入第一光源和第二光源，并在另一端對應接入第一光電檢測器和第二光電檢測器。當較小的落物落到公跨鐵防護網11上時，不會導致公跨鐵防護網 11損壞，公跨鐵防護網11起到防護作用，第一檢測光纖9和第二檢測光纖10沒有斷裂；當落物較大時，會使公跨鐵防護網11損壞，并砸斷第一檢測光纖9或/和第二檢測光纖10，相應的光纖回路斷開，在第一光電檢測器或/和第二光電檢測器接收不到光信號時，控制與處理單元立即產生報警信號通過報警裝置報警，并通過通訊裝置7上報中心系統，同時通過綜合調度系統，將報警信息提供給綜合維修調度子系統、列控系統，由綜合維修調度子系統發布巡查命令，由列控系統指揮列車立即停車，同時通知相關人員進行搶修。
本發明具有成本低，易實現，不易誤報，在公跨鐵處不需要電源，不受鐵道上的接觸網的強電流和雷電干擾，以及實用性能好的優點。
權利要求
1.一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，包括控制與處理單元以及至少一組檢測系統，所述檢測系統包括驅動電路、光源、光纖、光電檢測器以及放大電路，所述控制與處理單元與驅動電路、光源、光纖、光電檢測器以及放大電路依次串聯并構成回路，所述控制與處理單元上還連接有報警裝置和通訊裝置；所述光纖包括纏繞在公跨鐵防護欄上的檢測光纖，所述檢測光纖的兩端均通過傳輸光纖分別與光源和光電檢測器相連接。
2.按照權利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述傳輸光纖和檢測光纖使用同一光纜中的光纖。
3.按照權利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述傳輸光纖使用光纜中的光纖，所述檢測光纖使用單芯光纖。
4.按照權利要求3所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述檢測光纖的兩端通過光纖活動連接器與傳輸光纖相連接。
5.按照權利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述光源為半導體激光器或發光二級管。
6.按照權利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述光電檢測器為PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
7.按照權利要求1、2、3、4、5或6所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，其特征在于，所述檢測系統的數量為兩組。
全文摘要
本發明公開了一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監測系統，包括控制與處理單元以及至少一組檢測系統，檢測系統包括驅動電路、激光器、光纖、光電檢測器以及放大電路，控制與處理單元與驅動電路、激光器、光纖、光電檢測器以及放大電路依次串聯并構成回路，控制與處理單元上還連接有報警裝置和通訊裝置；光纖包括纏繞在公跨鐵防護欄上的檢測光纖，檢測光纖的兩端均通過傳輸光纖分別與激光器和光電檢測器相連接。本發明能在異物砸破公跨鐵防護欄的時候報警，其在公跨鐵處不需要電源，成本低，不易誤報。
文檔編號B61L23/00GK102514594SQ20111040690
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者華燈鑫, 汪麗, 王誠, 胡遼林 申請人:西安理工大學