一種用于鐵路周界安全防護的設備及系統的制作方法

本發明涉及鐵路周界安全防護技術領域，具體而言，涉及一種用于鐵路周界安全防護的設備及系統。

背景技術：

目前，在鐵路周界安全防護過程中，主要通過如下兩種方式進行鐵路周界安全防護的監測，一種方式為：安排專門的工作人員定期前去鐵路周界防護防區現場巡視是否存在外界入侵；另一種方式為：在待監測鐵路周界防護防區內安裝多個攝像裝置，通過該攝像裝置采集防護防區內的視頻信息，然后，由專門的工作人員針對該視頻信息進行分析來確定鐵路兩側防護防區內是否有外界入侵。

在實現本發明的過程中，發明人發現相關技術中至少存在以下問題：無論采用人工巡視的方式，還是采用人工視頻分析的方式來進行鐵路兩側護欄的安全防護監測，均存在人力成本高、工作效率低、監測結果實時性差的問題，從而導致整個監測過程無法達到預期效果。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種用于鐵路周界安全防護的設備及系統，以解決人力成本高、工作效率低、監測結果實時性差的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種用于鐵路周界安全防護的設備，該設備包括：激光發射器件、光耦合器件、光纖檢測模塊和光電探測器；

所述激光發射器件、所述光耦合器件、所述光纖檢測模塊依次連接，所述光纖檢測模塊設置于鐵路周界的待監測防護防區內，所述光電探測器與所述光耦合器件相連接；

所述激光發射器件，用于發射傳輸至所述光耦合器件的預設頻率的激光光束；

所述光耦合器件，用于將所述激光光束傳輸至所述光纖檢測模塊，以及輸出所述光纖檢測模塊傳輸的干涉光；

所述光纖檢測模塊，用于將所述激光光束分為多束入射光，并輸出各所述入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，所述干涉光為多束所述入射光在光纖中傳播預設幾何路程后被反射且沿原路返回的多束反射光在所述入射光的發射點處干涉形成的；

所述光電探測器，用于采集所述光耦合器件輸出的所述干涉光，并生成與所述干涉光對應的檢測電信號，并將所述檢測電信號傳輸至主控制器，以使所述主控制器根據所述檢測電信號確定所述待監測防護防區是否存在外界入侵。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述光纖檢測模塊包括：依次連接的傳感前端、傳感光纖組和傳感后端，所述傳感前端與所述光耦合器件相連接；

所述傳感前端，用于將所述激光光束分為至少兩束入射光，將所述至少兩束入射光均傳輸至所述傳感光纖組，以及輸出傳輸至所述光耦合器件的各所述入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光；

所述傳感光纖組，用于將所述至少兩束入射光傳輸至所述傳感后端，以及將所述傳感后端返回的各所述入射光對應的反射光傳輸至所述傳感前端；

所述傳感后端，用于輸出各所述入射光對應的反射光，并將所述反射光傳輸至所述傳感光纖組。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述設備還包括：光隔離器件，所述光隔離器件設置于所述激光發射器件和所述光耦合器件之間；

所述光隔離器件，用于隔離所述光耦合器件反向輸出的所述干涉光，并正向傳輸所述激光發射器件發射的所述激光光束。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述設備還包括：分光器，所述分光器設置于所述光隔離器件和所述光耦合器件之間，所述光耦合器件、所述光纖檢測模塊、所述光電探測器均為多個且一一對應，每個所述光耦合器件與所述分光器的一個激光輸出口相連接；

所述分光器，用于對所述光隔離器件傳輸的所述激光光束進行分光處理，得到多束激光光束，并將每束該激光光束通過所述激光輸出口傳輸至一所述光耦合器件。

結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述設備還包括：光功率放大器，所述光功率放大器設置于所述光隔離器件和所述分光器之間；

所述光功率放大器，用于對所述光隔離器件傳輸的所述激光光束進行放大處理，并將放大后的激光光束傳輸至所述分光器。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述傳感前端包括：分光耦合器，所述分光耦合器通過通信光纖與所述光耦合器件相連接；

所述通信光纖，用于將所述光耦合器件輸出的所述激光光束傳輸至所述分光耦合器，以及將所述分光耦合器輸出的所述干涉光傳輸至所述光耦合器件。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述傳感光纖組包括：第一傳感光纖和第二傳感光纖，所述傳感后端包括：第一反射鏡和第二反射鏡；

所述傳感前端，具體用于將所述激光光束分為傳輸至所述第一傳感光纖的第一入射光和傳輸至所述第二傳感光纖的第二入射光，以及輸出所述第一反射鏡返回的第一反射光與所述第二反射鏡返回的所述第二反射光之間干涉形成的干涉光；

所述第一傳感光纖，用于將所述第一入射光傳輸至所述第一反射鏡，并將所述第一反射鏡返回的所述第一入射光對應的第一反射光傳輸至所述傳感前端；

所述第二傳感光纖，用于將所述第二入射光傳輸至所述第二反射鏡，并將所述第二反射鏡返回的所述第二入射光對應的第二反射光傳輸至所述傳感前端。

結合第一方面的第六種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述第一傳感光纖的長度與所述第二傳感光纖的長度不相等，且所述第一傳感光纖的長度與所述第二傳感光纖的長度之間的長度差值小于預設閾值。

結合第一方面的第六種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述第一傳感光纖和所述第二傳感光纖的外層材料均為高反射率材料。

第二方面，本發明實施例還提供了一種用于鐵路周界安全防護的系統，該系統包括：主控制器、如第一方面至第一方面的第八種可能實施方式中任一項所述的設備；

所述主控制器與所述設備之間信號連接，用于接收所述設備傳輸的檢測電信號；

根據所述檢測電信號確定鐵路周界的待監測防護防區是否存在入侵行為；

如果存在，則生成相應的報警信號，和/或向相應的管理終端發送報警提示信息。

在本發明實施例提供的用于鐵路周界安全防護的設備及系統中，該設備包括：依次連接的激光發射器件、光耦合器件和光纖檢測模塊、以及與光耦合器件相連接的光電探測器。通過在待監測防護防區內設置光纖檢測模塊，且激光發射器件發射出的激光光束通過光耦合器件傳輸至光纖檢測模塊，該光纖檢測模塊將激光光束分為多束入射光，并輸出各入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，由于當存在外界入侵時，將引起光纖檢測模塊輸出的干涉光的特性發生變化，因此，由主控制器自動判斷干涉光的特性是否發生變化，從而確定防護防區內是否存在外界入侵，這樣無需工作人員定期巡視，大大降低了人工成本，提高了檢測效率，同時還保證了監測結果的實時性。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發明實施例所提供的用于鐵路周界安全防護的設備的第一種結構示意圖；

圖2示出了本發明實施例所提供的用于鐵路周界安全防護的設備的第二種結構示意圖；

圖3示出了本發明實施例所提供的用于鐵路周界安全防護的設備的第三種結構示意圖；

圖4示出了本發明實施例所提供的用于鐵路周界安全防護的設備的第四種結構示意圖；

圖5示出了本發明實施例所提供的用于鐵路周界安全防護的設備的第五種結構示意圖；

圖6示出了本發明實施例所提供的一種用于鐵路周界安全防護的系統的結構示意圖；

圖7a示出了本發明實施例所提供的傳感光纖未受到外界入侵的激光傳播光路和干涉光的解調相位示意圖；

圖7b示出了本發明實施例所提供的傳感光纖受到外界入侵的激光傳播光路和干涉光的解調相位示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

考慮到相關技術中無論采用人工巡視的方式，還是采用人工視頻分析的方式來進行鐵路兩側護欄的安全防護監測，均存在人力成本高、工作效率低、監測結果實時性差的問題，從而導致整個監測過程無法達到預期效果。基于此，本發明實施例提供了一種用于鐵路周界安全防護的設備及系統，下面通過實施例進行描述。

如圖1所示的用于鐵路周界安全防護的設備的結構示意圖，該設備包括：激光發射器件101、光耦合器件102、光纖檢測模塊103和光電探測器104；

上述激光發射器件101、上述光耦合器件102、上述光纖檢測模塊103依次連接，上述光纖檢測模塊103設置于鐵路周界的待監測防護防區內，上述光電探測器104與上述光耦合器件102相連接；

上述激光發射器件101，用于發射傳輸至上述光耦合器件102的預設頻率的激光光束；

上述光耦合器件102，用于將上述激光光束傳輸至上述光纖檢測模塊103，以及輸出上述光纖檢測模塊103傳輸的干涉光；

上述光纖檢測模塊103，用于將上述激光光束分為多束入射光，并輸出各入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，其中，該干涉光為多束入射光在光纖中傳播預設幾何路程后被反射且沿原路返回的多束反射光在入射光的發射點處干涉形成的；

上述光電探測器104，用于采集上述光耦合器件102輸出的干涉光，并生成與該干涉光對應的檢測電信號，并將該檢測電信號傳輸至主控制器，以使該主控制器根據該檢測電信號確定待監測防護防區是否存在外界入侵。

在本發明提供的實施例中，通過在待監測防護防區內設置光纖檢測模塊103，且激光發射器件101發射出的激光光束通過光耦合器件102傳輸至光纖檢測模塊103，該光纖檢測模塊103將激光光束分為多束入射光，并輸出各入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，由于當存在外界入侵時，將引起光纖檢測模塊103輸出的干涉光的特性發生變化，因此，由主控制器自動判斷干涉光的特性是否發生變化，從而確定防護防區內是否存在外界入侵，這樣無需工作人員定期巡視，大大降低了人工成本，提高了檢測效率，同時還保證了監測結果的實時性。

其中，如圖2所示，上述光纖檢測模塊103包括：依次連接的傳感前端1031、傳感光纖組1032和傳感后端1033，該傳感前端1031與上述光耦合器件102相連接；

上述傳感前端1031，用于將上述激光光束分為至少兩束入射光，將至少兩束入射光均傳輸至上述傳感光纖組1032，以及輸出傳輸至上述光耦合器件102的各上述入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，其中，該傳感光纖組1032包含并排設置的多根傳感光纖；

上述傳感光纖組1032，用于將上述至少兩束入射光傳輸至上述傳感后端1033，以及將上述傳感后端1033返回的各入射光對應的反射光傳輸至上述傳感前端1031；

上述傳感后端1033，用于輸出各入射光對應的反射光，并將該反射光傳輸至上述傳感光纖組1032。

具體的，由傳感前端1031將光耦合器件102傳輸的激光光束分為分別傳輸至傳感光纖組1032內多根傳感光纖的入射光，每束入射光在相應的傳感光纖中全反射傳播至傳感后端1033，傳感后端1033分別對各入射光反射后形成反射光，該反射光沿其對應的入射光的傳播方向原光路反向傳播，在傳感光纖中全反射傳播至傳感前端1031，在傳感前端1031處多束反射回的反射光之間干涉，形成干涉光，最后，由傳感前端1031輸出該干涉光，以將該干涉光傳輸至光耦合器件102，再由光耦合器件102輸出該干涉光，以將該干涉光傳輸至光電探測器104。

進一步的，考慮到光耦合器件102輸出的干涉光的傳播方向為沿激光光束傳輸方向的反向傳播，這樣該干涉光很可能對激光發射器件101造成干擾，基于此，如圖3所示，上述設備還包括：光隔離器件105，該光隔離器件105設置于上述激光發射器件101和上述光耦合器件102之間；

上述光隔離器件105，用于隔離上述光耦合器件102反向輸出的干涉光，并正向傳輸上述激光發射器件101發射的激光光束。

其中，由于光隔離器件105是一種只允許光束沿一個方向通過而在相反方向阻擋光束通過的光無源器件。它通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器105很好的隔離。該光隔離器件105被使用在光路中用來避免光路中的回波對光源，泵浦源以及其他發光器件造成的干擾和損害。

進一步的，考慮到存在多個待監測的防護防區需要同時監測的情況下，由于如果為每個防護防區配備一個激光發射器件101，這樣將增加監測成本，為了解決因激光發射器件101的成本而導致監測成本增加的問題，能夠通過將一激光反射器件發射出的激光光束分光處理，得到多束激光光束，每束激光光束分別作為不同防護防區的檢測激光，基于此，如圖4所示，上述設備還包括：分光器106，該分光器106設置于上述光隔離器件105和上述光耦合器件102之間，上述光耦合器件102、上述光纖檢測模塊103、上述光電探測器104均為多個且一一對應，每個光耦合器件102與分光器106的一個激光輸出口相連接；

上述分光器106，用于對上述光隔離器件105傳輸的激光光束進行分光處理，得到多束激光光束，并將每束該激光光束通過上述激光輸出口傳輸至一上述光耦合器件102。

其中，多個光纖檢測模塊103可以分別設置在不同的防護防區內，采集各防護防區內的干涉光變化情況。

進一步的，考慮到光電探測器104接收到的光信號達到其自身的靈敏度時，這樣光電探測器104才能準確地對光信號進行識別，并轉換為對應的電信號，為了提高光電探測器104的識別準確度，基于此，如圖5所示，上述設備還包括：光功率放大器107，該光功率放大器107設置于上述光隔離器件105和上述分光器106之間；

上述光功率放大器107，用于對上述光隔離器件105傳輸的激光光束進行放大處理，并將放大后的激光光束傳輸至上述分光器106。

其中，在對激光發射器件101發射出的激光光束進行分光處理前，先對該激光光束進行放大處理，這樣能夠使得最終傳輸至光電探測器104的干涉光的光功率不低于光電探測器104的靈敏度下限，進而保證光電探測器104的對光信號的識別準確度。

其中，在圖5中，上述傳感前端1031包括：分光耦合器10311，該分光耦合器10311通過通信光纖與上述光耦合器件102相連接；

上述通信光纖，用于將上述光耦合器件102輸出的激光光束傳輸至上述分光耦合器10311，以及將上述分光耦合器10311輸出的干涉光傳輸至上述光耦合器件102。

其中，當傳感光纖組1032中包含兩根傳感光纖時，上述傳感光纖組1032包括：第一傳感光纖10321和第二傳感光纖10322，對應的，上述傳感后端1033包括：第一反射鏡10331和第二反射鏡10332；

上述傳感前端1031，具體用于將上述激光光束分為傳輸至上述第一傳感光纖10321的第一入射光和傳輸至上述第二傳感光纖10322的第二入射光，以及輸出上述第一反射鏡10331返回的第一反射光與上述第二反射鏡10332返回的上述第二反射光之間干涉形成的干涉光；

上述第一傳感光纖10321，用于將上述第一入射光傳輸至上述第一反射鏡10331，并將上述第一反射鏡10331返回的第一入射光對應的第一反射光傳輸至上述傳感前端1031；

上述第二傳感光纖10322，用于將上述第二入射光傳輸至上述第二反射鏡10332，并將上述第二反射鏡10332返回的第二入射光對應的第二反射光傳輸至上述傳感前端1031。

進一步的，考慮到當在傳感光纖組1032中多根傳感光纖收到外界作用力相同的情況下，因第一傳感光纖10321中傳播的第一反射光的光程變化和第二傳感光纖10322中傳播的第二反射光的光程變化相同，此時可能導致第一反射光與第二反射光干涉形成的干涉光的特性不變，進而無法準確地識別出外界入侵行為，為了避免這種情況，基于此，上述第一傳感光纖10321的長度與上述第二傳感光纖10322的長度不相等，且上述第一傳感光纖10321的長度與上述第二傳感光纖10322的長度之間的長度差值小于預設閾值。

進一步的，為了保證入射光光束在第一傳感光纖10321和第二傳感光纖10322中能夠以全反射方式進行傳輸，基于此，上述第一傳感光纖10321和上述第二傳感光纖10322的外層材料均為高反射率材料。

其中，采用上述設備進行防護防區的監測，具有如下效果：

(1)采用光纖傳感進行鐵路周界安全防護，具有靈敏度高、實時性好、檢測準確率高的特點，且可實現全天候不間斷監測；

(2)采用光纖傳感進行鐵路周界安全防護，具有防爆、防漏電、防雷擊、防電磁干擾的特點，且能夠消除對環境的影響；

(3)光纖傳感系統易于實現分布式測量，同時安裝工藝簡單，適合鐵路周界安全防護的場景。

在本發明提供的用于鐵路周界安全防護的設備中，該設備包括：依次連接的激光發射器件101、光耦合器件102和光纖檢測模塊103、以及與光耦合器件102相連接的光電探測器104。通過在待監測防護防區內設置光纖檢測模塊103，且激光發射器件101發射出的激光光束通過光耦合器件102傳輸至光纖檢測模塊103，該光纖檢測模塊103將激光光束分為多束入射光，并輸出各入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，由于當存在外界入侵時，將引起光纖檢測模塊103輸出的干涉光的特性發生變化，因此，由主控制器自動判斷干涉光的特性是否發生變化，從而確定防護防區內是否存在外界入侵，這樣無需工作人員定期巡視，大大降低了人工成本，提高了檢測效率，同時還保證了監測結果的實時性。

本發明實施例還提供一種用于鐵路周界安全防護的系統，如圖6所示，該系統包括：主控制器20、如圖1至圖5所示的用于鐵路周界安全防護的設備10；

上述主控制器20與上述用于鐵路周界安全防護的設備10之間信號連接，用于接收用于鐵路周界安全防護的設備10傳輸的檢測電信號；

根據上述檢測電信號確定鐵路周界的待監測防護防區是否存在入侵行為，具體的，對檢測電信號進行解調處理，得到干涉光的解調相位，判斷在不同時刻干涉光的解調相位是否發生變化，如果發生變化，則確定存在入侵行為；

如果存在入侵行為，則生成相應的報警信號，和/或向相應的管理終端發送報警提示信息。

如圖7a所示，給出了傳感光纖未受到外界入侵的激光傳播光路和干涉光的解調相位示意圖，其中，由于傳感光纖未受到外界入侵，入射光在傳感光纖中均勻全反射傳播，入射光在傳感光纖中任意一點的入射角保持不變，且該入射光對應的反射光沿原路返回并在傳感光纖中傳播過程中入射角也保持不變，此時，第一反射光與第二反射光達到傳感前端1031時兩束入射光之間的光程差保持不變，從而在傳感前端1031中第一反射光與第二反射光干涉形成的干涉光的光功率保持不變，進而根據該干涉光的光功率解調出的相位保持不變。

如圖7b所示，給出了傳感光纖受到外界入侵的激光傳播光路和干涉光的解調相位示意圖，其中，由于傳感光纖受到外界入侵，入射光在傳感光纖中全反射傳播過程總，入射光在傳感光纖中外界入侵點的入射角發生變化，且該入射光對應的反射光沿原路返回并在傳感光纖中傳播過程中入射角也發生變化，此時，第一反射光與第二反射光達到傳感前端1031時兩束入射光之間的光程差發生變化，從而在傳感前端1031中第一反射光與第二反射光干涉形成的干涉光的光功率發生變化，進而根據該干涉光的光功率解調出的相位發生變化，當外界入侵消失后，根據第一反射光與第二反射光干涉形成的干涉光的光功率解調出的相位將恢復至外界入侵前的狀態。

在本發明實施例提供的用于鐵路周界安全防護的系統中，該系統包括：主控制器20和用于鐵路周界安全防護的設備10，該設備包括：依次連接的激光發射器件101、光耦合器件102和光纖檢測模塊103、以及與光耦合器件102相連接的光電探測器104。通過在待監測防護防區內設置光纖檢測模塊103，且激光發射器件101發射出的激光光束通過光耦合器件102傳輸至光纖檢測模塊103，該光纖檢測模塊103將激光光束分為多束入射光，并輸出各入射光對應的反射光之間干涉形成的干涉光，由于當存在外界入侵時，將引起光纖檢測模塊103輸出的干涉光的特性發生變化，因此，由主控制器20自動判斷干涉光的特性是否發生變化，從而確定防護防區內是否存在外界入侵，這樣無需工作人員定期巡視，大大降低了人工成本，提高了檢測效率，同時還保證了監測結果的實時性。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍。都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。