專利名稱：基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于高速鐵路安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)的高速鐵路建設(shè)始于1999年興建的秦沈客運(yùn)專線。經(jīng)過(guò)10多年的高速鐵路建設(shè)和對(duì)既有鐵路的高速化改造，我國(guó)目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模和最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，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(fā)生的溫州動(dòng)車追尾事故告訴我們，任何時(shí)候高鐵安全總是第一位的。
我國(guó)是山地大國(guó)，崩塌、滾石等自然災(zāi)害較多，給鐵路運(yùn)輸帶來(lái)的損失居高不下。 當(dāng)滾石或重物侵入鐵路限界后，由于列車司機(jī)目視距離有限，特別是夜晚，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，加之車速快，容易發(fā)生嚴(yán)重的列車脫軌事故，造成巨大災(zāi)難。因此，鐵路沿線滾石自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)愈發(fā)受到重視。異物侵限報(bào)警技術(shù)作為鐵路安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要保障，國(guó)內(nèi)外的研究人員進(jìn)行了大量的探索性的研究工作。目前來(lái)說(shuō)，較為成熟的技術(shù)主要有兩種非接觸式和接觸式檢測(cè)方法。
1、非接觸式檢測(cè)方法
非接觸式檢測(cè)技術(shù)是新興的異物侵限檢測(cè)技術(shù)，各國(guó)都在大力發(fā)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(fā)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(cè)系統(tǒng)，其中紅外檢測(cè)系統(tǒng)是隧道落物檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，分為紅外光幕發(fā)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(nèi)就會(huì)阻擋紅外光幕接收器接收紅外線，從而激發(fā)報(bào)警程序，這種方法可以檢測(cè)尺寸超過(guò)0. 5mX0. 5mX0. 5m的異物。該方法存在雨、霧和雪天難以識(shí)別，不能預(yù)報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)需要電源，設(shè)備容易被破壞等缺點(diǎn)。
(2)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)，無(wú)法測(cè)得地質(zhì)內(nèi)部的應(yīng)力變化，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)，并且該系統(tǒng)造價(jià)昂貴。
(3)圖像法。采用室外攝像法，通過(guò)監(jiān)控裝置將現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)剿緳C(jī)室的監(jiān)視器上，司機(jī)在不離開駕駛位的情況下能隨時(shí)觀察機(jī)車前面路況，比較直觀。但雨、霧和雪天難以識(shí)別，不能預(yù)報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)也需要電源，設(shè)備容易被破壞。
2、接觸式方法
防護(hù)網(wǎng)等接觸式異物侵限檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)有著較多的應(yīng)用。防護(hù)網(wǎng)式異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)主要由支架、電網(wǎng)傳感器、現(xiàn)場(chǎng)控制器和傳輸線纜等組成。正常工作時(shí)，電網(wǎng)完好無(wú)損；當(dāng)橋上有墜物(如石塊等)侵入鐵路限界時(shí)，電網(wǎng)斷線開始報(bào)警。電網(wǎng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)并阻攔落物，當(dāng)有物體落到監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)斷線，安裝于現(xiàn)場(chǎng)的控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)報(bào)警信息經(jīng)過(guò)繼電組合后進(jìn)入列控中心，若該區(qū)域下方的軌道電路表示為占用或故障狀態(tài)，監(jiān)控單元主機(jī)將紅色信號(hào)傳送至調(diào)度中心，調(diào)度人員采取應(yīng)對(duì)措施。
接觸式防護(hù)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要是在檢測(cè)異物侵限的同時(shí)還能起到攔阻落物掉到鐵軌上的功能，其缺點(diǎn)是需要大量安裝，需要在沿橋梁兩側(cè)加裝立柱，從而增加橋梁建設(shè)工程施工難度；由于探測(cè)電網(wǎng)三角分布間隔較大，只能檢測(cè)尺寸大的落物，對(duì)于鋼筋等小物體則不容易檢測(cè)到。對(duì)于京滬高速鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于在橋梁施工過(guò)程中落物出現(xiàn)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橋梁本身，所以1. 5mXl. 5m的探測(cè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足京滬高鐵施工過(guò)程中并行與跨越既有線異物侵限檢測(cè)的需求。同時(shí)在鐵路暫停運(yùn)輸?shù)目沾捌冢窃试S侵限施工作業(yè)的，而防護(hù)網(wǎng)這時(shí)將會(huì)妨礙施工作業(yè)。所以防護(hù)網(wǎng)技術(shù)適用于鐵路運(yùn)營(yíng)期，并不適用于建設(shè)施工時(shí)期的鐵路限界安全檢測(cè)。
此外，光纖光柵傳感器是近幾年興起的檢測(cè)技術(shù)，將光纖光柵應(yīng)力傳感器鋪設(shè)在隧道口或容易發(fā)生山體滑坡的鐵路路段，通過(guò)對(duì)反射光的檢測(cè)來(lái)判斷是否有落石落入安全限界以內(nèi)對(duì)行車安全產(chǎn)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(zhǎng)、高可靠性優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等因素影響，極易埋入到待測(cè)物體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的高精度、無(wú)干擾的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。也可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳感，尤其是在鐵路無(wú)人區(qū)、無(wú)電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。但是這種應(yīng)力傳感網(wǎng)式檢測(cè)裝置不能檢測(cè)到懸空在鐵路安全限界以內(nèi)的異物，比如施工吊車懸臂，新建橋梁保護(hù)架等，所以只適用于檢測(cè)地面落物積石等。而且由于光纖光柵價(jià)應(yīng)變的靈敏度過(guò)高，除了應(yīng)力以外，溫度對(duì)光柵的波長(zhǎng)漂移也影響很大，容易引起誤報(bào)，故很難在工程領(lǐng)域上進(jìn)行運(yùn)用。
隨著公跨鐵(公路跨過(guò)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(guò)欄桿(防撞墻)和防護(hù)網(wǎng)(防拋網(wǎng))而侵入高速鐵路限界，就會(huì)導(dǎo)致事故。
我國(guó)鐵路部門在公路鐵路并行段、公(橋梁)跨鐵段等設(shè)置剛性防護(hù)網(wǎng)并在網(wǎng)上安裝電網(wǎng)傳感器，一旦滾石撞壞防護(hù)網(wǎng)，通過(guò)電網(wǎng)感應(yīng)的方式即可向調(diào)度中心告警。但是這種傳統(tǒng)的電網(wǎng)傳感技術(shù)存在易受鐵道上的接觸網(wǎng)的強(qiáng)電流和雷電的電磁干擾，現(xiàn)場(chǎng)需要電源，電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸可靠性差，后期使用維護(hù)費(fèi)用高，傳輸電纜斷裂或停電會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)等問(wèn)題。因此在高速鐵路中墜物的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的研制迫在眉睫。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能在異物砸破公跨鐵防護(hù)欄的時(shí)候報(bào)警，其在公跨鐵處不需要電源，成本低，不易誤報(bào)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括控制與處理單元以及至少一組檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電路、光源、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路，控制與處理單元與驅(qū)動(dòng)電路、光源、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路依次串聯(lián)并構(gòu)成回路，控制與處理單元上還連接有報(bào)警裝置和通訊裝置；光纖包括纏繞在公跨鐵防護(hù)欄上的檢測(cè)光纖，檢測(cè)光纖的兩端均通過(guò)傳輸光纖分別與光源和光電檢測(cè)器相連接。
傳輸光纖和檢測(cè)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(cè)光纖使用單芯光纖。
進(jìn)一步地，檢測(cè)光纖的兩端通過(guò)光纖活動(dòng)連接器與傳輸光纖相連接。
光源為半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二級(jí)管。
光電檢測(cè)器為PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
優(yōu)選地，檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)量為兩組。
本發(fā)明基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，易實(shí)現(xiàn)， 不易誤報(bào)；與我國(guó)現(xiàn)有的在防護(hù)網(wǎng)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(wǎng)的強(qiáng)電流和雷電干擾。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖2是本發(fā)明中的第一種光纖安裝位置示意圖3是本發(fā)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(bào)警裝置，3.第一檢測(cè)系統(tǒng)，4.第一光纖，5.第二光纖，6.第二檢測(cè)系統(tǒng)，7.通訊裝置，8.光纜，9.第一檢測(cè)光纖，10.第二檢測(cè)光纖，11.公跨鐵防護(hù)欄，12.公路，13.鐵路，14.站房，15.光纖活動(dòng)連接器。
具體實(shí)施方式
在建設(shè)公跨鐵(即公路12與鐵路13的交匯處)過(guò)程中，會(huì)根據(jù)預(yù)測(cè)的塌方范圍及落物軌跡，設(shè)置公跨鐵防護(hù)網(wǎng)11，主動(dòng)防御落物。
如圖1所示，本發(fā)明基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括控制與處理單元1?？刂婆c處理單元1上連接有報(bào)警裝置2和通訊裝置7。
為了提高本發(fā)明工作可靠性，本實(shí)施里使用兩組檢測(cè)系統(tǒng)，即第一檢測(cè)系統(tǒng)3和第二檢測(cè)系統(tǒng)6。第一檢測(cè)系統(tǒng)3包括第一驅(qū)動(dòng)電路、第一光源、第一光纖4、用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的第一光電檢測(cè)器以及第一放大電路，控制與處理單元1與第一驅(qū)動(dòng)電路、 第一光源、第一光纖4、第一光電檢測(cè)器以及第一放大電路依次串聯(lián)并構(gòu)成回路。第一光纖 4包括纏繞在公跨鐵防護(hù)欄11上的第一檢測(cè)光纖9，第一檢測(cè)光纖9的兩端均通過(guò)第一傳輸光纖分別與第一光源和第一光電檢測(cè)器相連接。
第二檢測(cè)系統(tǒng)6包括第二驅(qū)動(dòng)電路、第二光源、第二光纖5、第二光電檢測(cè)器以及第二放大電路，控制與處理單元1與第二驅(qū)動(dòng)電路、第二光源、第二光纖5、第二光電檢測(cè)器以及第二放大電路依次串聯(lián)并構(gòu)成回路。第二光纖5包括纏繞在公跨鐵防護(hù)欄11上的第二檢測(cè)光纖10，第二檢測(cè)光纖10的兩端均通過(guò)第二傳輸光纖分別與第二光源和第二光電檢測(cè)器相連接。
如圖2所示，第一傳輸光纖、第一檢測(cè)光纖9、第二傳輸光纖以及第二檢測(cè)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(gè)公跨鐵使用兩根光纖作為檢測(cè)光纖纏繞在對(duì)應(yīng)的防護(hù)欄上，剩下的光纖留作高速公路其他的公跨鐵防護(hù)欄使用。
如圖3所示，考慮到強(qiáng)度要求，第一檢測(cè)光纖9和第二檢測(cè)光纖10也能使用定制單芯光纜，第一檢測(cè)光纖9和第二檢測(cè)光纖10分別通過(guò)光纖活動(dòng)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(fā)明在使用時(shí)，將控制與處理單元1、第一驅(qū)動(dòng)電路、第一光源、第一光電檢測(cè)器、第一放大電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第二光源、第二光電檢測(cè)器以及第二放大電路均安裝在站房14內(nèi)。第一光源和第二光源為半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二級(jí)管。第一光電檢測(cè)器和第二光電檢測(cè)器使用PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
本發(fā)明在公跨鐵防護(hù)網(wǎng)11上纏繞第一檢測(cè)光纖9和第二檢測(cè)光纖10，在第一傳輸光纖和第二傳輸光纖一端對(duì)應(yīng)接入第一光源和第二光源，并在另一端對(duì)應(yīng)接入第一光電檢測(cè)器和第二光電檢測(cè)器。當(dāng)較小的落物落到公跨鐵防護(hù)網(wǎng)11上時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致公跨鐵防護(hù)網(wǎng) 11損壞，公跨鐵防護(hù)網(wǎng)11起到防護(hù)作用，第一檢測(cè)光纖9和第二檢測(cè)光纖10沒有斷裂；當(dāng)落物較大時(shí)，會(huì)使公跨鐵防護(hù)網(wǎng)11損壞，并砸斷第一檢測(cè)光纖9或/和第二檢測(cè)光纖10，相應(yīng)的光纖回路斷開，在第一光電檢測(cè)器或/和第二光電檢測(cè)器接收不到光信號(hào)時(shí)，控制與處理單元立即產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)通過(guò)報(bào)警裝置報(bào)警，并通過(guò)通訊裝置7上報(bào)中心系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)綜合調(diào)度系統(tǒng)，將報(bào)警信息提供給綜合維修調(diào)度子系統(tǒng)、列控系統(tǒng)，由綜合維修調(diào)度子系統(tǒng)發(fā)布巡查命令，由列控系統(tǒng)指揮列車立即停車，同時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行搶修。
本發(fā)明具有成本低，易實(shí)現(xiàn)，不易誤報(bào)，在公跨鐵處不需要電源，不受鐵道上的接觸網(wǎng)的強(qiáng)電流和雷電干擾，以及實(shí)用性能好的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括控制與處理單元以及至少一組檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電路、光源、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路，所述控制與處理單元與驅(qū)動(dòng)電路、光源、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路依次串聯(lián)并構(gòu)成回路，所述控制與處理單元上還連接有報(bào)警裝置和通訊裝置；所述光纖包括纏繞在公跨鐵防護(hù)欄上的檢測(cè)光纖，所述檢測(cè)光纖的兩端均通過(guò)傳輸光纖分別與光源和光電檢測(cè)器相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸光纖和檢測(cè)光纖使用同一光纜中的光纖。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸光纖使用光纜中的光纖，所述檢測(cè)光纖使用單芯光纖。
4.按照權(quán)利要求3所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)光纖的兩端通過(guò)光纖活動(dòng)連接器與傳輸光纖相連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二級(jí)管。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電檢測(cè)器為PIN光電二極管或雪崩光電二極管。
7.按照權(quán)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)量為兩組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括控制與處理單元以及至少一組檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電路、激光器、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路，控制與處理單元與驅(qū)動(dòng)電路、激光器、光纖、光電檢測(cè)器以及放大電路依次串聯(lián)并構(gòu)成回路，控制與處理單元上還連接有報(bào)警裝置和通訊裝置；光纖包括纏繞在公跨鐵防護(hù)欄上的檢測(cè)光纖，檢測(cè)光纖的兩端均通過(guò)傳輸光纖分別與激光器和光電檢測(cè)器相連接。本發(fā)明能在異物砸破公跨鐵防護(hù)欄的時(shí)候報(bào)警，其在公跨鐵處不需要電源，成本低，不易誤報(bào)。
文檔編號(hào)B61L23/00GK102514594SQ20111040690
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者華燈鑫, 汪麗, 王誠(chéng), 胡遼林 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)