CN110562293B - 基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 - Google Patents
基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110562293B CN110562293B CN201910911073.9A CN201910911073A CN110562293B CN 110562293 B CN110562293 B CN 110562293B CN 201910911073 A CN201910911073 A CN 201910911073A CN 110562293 B CN110562293 B CN 110562293B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber grating
- grating sensor
- reflected light
- strain
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 251
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 30
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 208000025274 Lightning injury Diseases 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
- B61L1/163—Detection devices
- B61L1/166—Optical
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，它包括光纤光栅传感器组和解调仪，光纤光栅传感器组包括第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器，第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器分别与各自对应的应变片粘接，三个应变片再粘接在轨腰上，且第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器位于同一条直线上；所述解调仪采用2x2取2冗余结构；本发明能够有效提升列车计轴功能的准确性和可靠性，并可实现列车行驶方向判断，***自检等功能。
Description
技术领域
本发明涉及轨道运输安全监测技术领域，具体地指一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法。
背景技术
经过多年发展，不论是应用领域还是覆盖面积，铁路运输技术均具有极大影响力。故对轨道运输的安全性提出了更为严格的要求。如今轨道计轴的方式主要有两种，即电类、磁类计轴方案和光纤光栅计轴方案。
轨道电路主要由车轴与轨道形成电气回路，是由导体、钢轨绝缘体、送电设备、受电设备及限流电阻构成的设备，用于判断待测区间是否存在列车占用。电磁计轴器实现计轴，需要在轨道两侧分别设置发射线圈和感应线圈，使计轴点处于磁场中。当列车通过计轴点时，导致感应线圈上的感应电动势相对于无车轮时的感应电动势发生变化，以此判断有列车经过，实现计轴，进而实现监测轨道占用的功能。
综上所述，轨道电路及电磁计轴器的实现均须有设备在室外布置，且高度依赖于其优良的电传输特性。
在“雷击对轨道电路的影响分析”(中图分类号：U284.2)文章中，提出特别是在雷雨季节，很容易遭到雷电的侵害，致使设备损坏，给交通运输带来极大的影响，致使列车无法安全的运行，严重时可造成重大事故。在“电磁感应式计轴设备的常见干扰源与抗干扰方法研究”(中图分类号：U284.47)文章中，提出国铁大部分计轴设备干扰故障是由雷害、电涌、过电压等电磁干扰造成的。虽然国内引进计轴技术已10年有余,并且在多个铁路局大面积应用,但电磁干扰问题仍未有效解决。
光纤光栅传感技术自诞生起，因具有电绝缘性、抗电磁干扰、耐腐蚀，化学稳定性强、距离长等特点，其被广泛用于强电磁干扰及湿度多变的环境中。且基于光纤光栅开发的计轴产品，无需将电磁敏感设备置于室外环境，可以避免上述电类设备面临的问题，使得产品不再疲于应对应用场景的电磁干扰等影响。
实用新型专利CN200920088856.3公布了一种基于两只独立光纤光栅传感器的列车计轴及判向方案。当列车以先后次序碾压在两只光纤光栅传感器上时，两传感器的波长飘移值在相邻时刻各产生一个脉冲，以脉冲来临次序判断列车行驶方向。该方案缺点在于，只能通过排序两只光纤光栅测得的第一个脉冲，以此判断行车方向。若第一个脉冲来临次序判断有误，可能导致***得出错误的行车方向，严重影响轨道运输安全。发明专利CN201610956103.4将两只光纤光栅粘贴在应变片的两面，再将应变片整体固定于铁轨底部，当有列车来临时，两只光纤光栅的波长变化等大反向，可以起到增敏的效果。且因两只光纤光栅处于同一温度环境，可以相互补偿消除温度影响。该方法整体采用机械结构，以弹簧作为应变传输主要器件之一，易随轨道振动发生位移，产生噪声。且轨道易出现高频振动，长期用于该场景下的机械结构易出现老化，威胁轨道运输安全。
上述既有专利描述的光路及电路部分，均为单路数据传输与处理，安全性能局限。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法，本发明能够有效提升轨道交通计轴功能的安全性，并可实现列车行驶方向判断、***自检等功能。
为实现此目的，本发明所设计的一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：它包括光纤光栅传感器组和解调仪，光纤光栅传感器组包括第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器，第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器分别与各自对应的应变片粘接，三个应变片再粘接在轨腰上，且第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器位于同一条直线上；
所述解调仪包括光源控制板、ASE光源(放大自发辐射光源)、一分二耦合器A、宽带滤波器、第一光电转换器、一分三耦合器、光环形器、一分二耦合器B、第一线性滤波器、第二光电转换器、主控制板和一分二耦合器C；
光源控制板用于控制ASE光源输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器传输给第一光电转换器转换为电信号，并由光源控制板进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器、光环形器分别传输给第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器；
第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化；
第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器输出的三束反射光分别依次通过光环形器、一分二耦合器B和一分二耦合器C后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第二光电转换器将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器，第二光电转换器将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴。
一种利用上述***的轨道交通计轴方法，它包括如下步骤：
步骤1：光源控制板控制ASE光源输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器传输给第一光电转换器转换为电信号，并由光源控制板进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器、光环形器分别传输给第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器；
步骤2：第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化；
步骤3：第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器输出的三束反射光分别依次通过光环形器、一分二耦合器B和一分二耦合器C后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第二光电转换器将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器，第二光电转换器将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器输出的三束反射光分别依次通过光环形器、一分二耦合器B、一分二耦合器D和第二线性滤波器后分成两路，一路反射光由第二线性滤波器进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第三光电转换器将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第三光电转换器，第三光电转换器将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
辅控制板将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
步骤4：所述主控制板输出的列车计轴结果与辅控制板输出的列车计轴结果进行比较，如果结果相同，则主控制板输出列车计轴结果，如果结果不同，则主控制板报警。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优越性：
该***通过一分二耦合器将搭载在光信号上的应变变化信息复制为两份，各使其经过一套光路模块及电路模块均独立的数据传输及处理方案，通过对比分析轴数，若两套***的计轴数一致，则对外输出；若计轴数不同，则输出警告信息。有效提升列车计轴产品的安全性。同时结合一种三点布栅的计轴方案，有效避免传统的两点布栅方案存在的判向失误隐患，进一步提升***安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中解调仪的结构示意图；
图3为本发明中边沿滤波调制原理示意图；
图2中虚线框内为光路部分。
图3中，str表示应变方向，即列车运行方向；
其中，1-第一光纤光栅传感器、1.1-第二光纤光栅传感器、1.2-第三光纤光栅传感器、2-光纤接续盒、3-解调仪、4-应变片、5-光源控制板、6-ASE光源、7-一分二耦合器A、8-宽带滤波器、9-第一光电转换器、10-一分三耦合器、11-光环形器、12-辅控制板、13-一分二耦合器B、14-第一线性滤波器、15-第二光电转换器、16-主控制板、17-第三光电转换器、18-一分二耦合器C、19-一分二耦合器D、20-第二线性滤波器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1和2所示的基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：它包括光纤光栅传感器组和解调仪3，光纤光栅传感器组包括第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2，第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2分别与各自对应的应变片4粘接，三个应变片4再粘接在轨腰上，且第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2位于同一条直线上，所述第二光纤光栅传感器1.1位于第一光纤光栅传感器1与第三光纤光栅传感器1.2之间；
所述解调仪3包括光源控制板5、ASE光源6、一分二耦合器A7、宽带滤波器8、第一光电转换器9、一分三耦合器10、光环形器11、一分二耦合器B13、第一线性滤波器14、第二光电转换器15、主控制板16和一分二耦合器C18；
光源控制板5用于控制ASE光源6输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A7分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器8传输给第一光电转换器9转换为电信号，并由光源控制板5进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器10、光环形器11分别传输给第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2；
第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组(将该传感器组覆盖区域作为一个计轴点)上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化，如图3所示，应变越大，光栅波长飘移越大，对应的滤波器反射率越大，则经过滤波器滤波之后的光强越强；
第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B13和一分二耦合器C18后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器14进行边沿滤波调制(应变越大，光栅波长飘移越大，则光栅飘移后的中心波长对应的滤波器反射率越大，则经过滤波器滤波之后的光强越强)，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比(应变越大，调制信号强度越强)，第二光电转换器15将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器15(或者另一路反射光通过第三线性滤波器进行边沿滤波调制后进入第二光电转换器15，第一线性滤波器14的透射率在选用波段内单调上升，第三线性滤波器的透射率在选用波段内单调下降，可以增强***灵敏度)，第二光电转换器15将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板16将三个反射光调制电信号(每个光纤光栅传感器对应一个反射光调制电信号和反射光参考电信号)与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号(比值电信号可以消除光源抖动和其他光器件的附加损耗对信号的影响，提高信噪比)，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴。不同于电磁类传感器，本发明中涉及安装在应用场景处的设备均对电磁不敏感，耐潮湿，不导电，有效提升安全性。
上述技术方案中，所述第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2均为普通的光纤Bragg光栅；
第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2的中心波长在滤波器14单调变化范围内(均为1550nm)。
上述技术方案中，它还包括辅控制板12、第三光电转换器17、一分二耦合器D19和第二线性滤波器20，第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2输出的三束反射光分别依次通过光环形器11、一分二耦合器B13和一分二耦合器D19后分成两路，一路反射光由第二线性滤波器20进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第三光电转换器17将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第三光电转换器17(或者另一路反射光通过第四线性滤波器进行边沿滤波调制后进入第三光电转换器17，第二线性滤波器20的透射率在选用波段内单调上升，第四线性滤波器的透射率在选用波段内单调下降，可以增强***灵敏度)，第三光电转换器17将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
辅控制板12将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴。
上述技术方案中，所述第一线性滤波器14和第二线性滤波器20的透射率在1550～1556nm波长范围内单调上升；宽带滤波器8只允许1550～1556nm波长范围内的光无滤波通过。线性滤波器采用高精度滤波器，线性度不得大于0.0165％。
上述技术方案中，所述第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2位于相邻的两个轨道枕木之间。
上述技术方案中，所述第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2均通过光纤接续盒2接入光环形器11。
上述技术方案中，所述光源控制板5进行光源自检时，当发现宽带滤波器8输出的C波段内的连续光在波长1550～1556nm内的光强不在预设的正常光强范围内，则进行报警。
一种利用上述***的轨道交通计轴方法，它包括如下步骤：
步骤1：光源控制板5控制ASE光源6输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A7分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器8传输给第一光电转换器9转换为电信号，并由光源控制板5进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器10、光环形器11分别传输给第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2；
步骤2：第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化；
步骤3：第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2输出的三束反射光分别依次通过光环形器11、一分二耦合器B13和一分二耦合器C18后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器14进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第二光电转换器15将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器15，第二光电转换器15将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板16将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
第一光纤光栅传感器1、第二光纤光栅传感器1.1和第三光纤光栅传感器1.2输出的三束反射光分别依次通过光环形器11、一分二耦合器B13、一分二耦合器D19和第二线性滤波器20后分成两路，一路反射光由第二线性滤波器20进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第三光电转换器17将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第三光电转换器17，第三光电转换器17将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
辅控制板12将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
步骤4：所述主控制板16输出的列车计轴结果与辅控制板12输出的列车计轴结果进行比较，如果结果相同，则主控制板16输出列车计轴结果，如果结果不同，则主控制板16报警。
上述技术方案的步骤3中，主控制板16将第一光纤光栅传感器1感应到的应变值转换为第一光纤光栅传感器1的光栅中心波长变化量；
主控制板16将第二光纤光栅传感器1.1感应到的应变值转换为第二光纤光栅传感器1.1的光栅中心波长变化量；
主控制板16将第三光纤光栅传感器1.2感应到的应变值转换为第三光纤光栅传感器1.2的光栅中心波长变化量；
主控制板16获取第一光纤光栅传感器1的光栅中心波长变化量与第二光纤光栅传感器1.1的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；
主控制板16获取第二光纤光栅传感器1.1的光栅中心波长变化量与第三光纤光栅传感器1.2的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；
对于第一光纤光栅传感器1的光栅中心波长变化量与第二光纤光栅传感器1.1的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第一光纤光栅传感器1时形成的应变极大值点，标记为A，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第二光纤光栅传感器1.1时形成的应变极大值点，标记为B；
对于第二光纤光栅传感器1.1的光栅中心波长变化量与第三光纤光栅传感器1.2的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第二光纤光栅传感器1.1时形成的应变极大值点，标记为B1，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第三光纤光栅传感器1.2时形成的应变极大值点，标记为C；
主控制板16按时间顺序将各个宽带光纤光栅的应变极大值点进行排序，排序中标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示有车轴通过，且标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示了列车行驶的方向，对标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列进行计数，实现列车计轴和列车行驶方向判断。
在本发明使用时，采用两套基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***同时进行列车计轴和列车行驶方向判断，并与两套光纤光栅传感器组和解调仪3，形成2x2取2冗余结构，从物理结构上隔离干扰。两套基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***可采用双机热备或并用方式。
双机热备：两套***一主一辅，同时工作。主设备向外输出计轴及判向结果，当主设备异常时，由辅设备接替工作。
并用方式：即同时向外输出计轴及判向结果。对比一致，向外输出；不一致则报警。可以提升***安全性。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：它包括光纤光栅传感器组和解调仪(3)，光纤光栅传感器组包括第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)，第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)分别与各自对应的应变片(4)粘接，三个应变片(4)再粘接在轨腰上，且第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)位于同一条直线上；
所述解调仪(3)包括光源控制板(5)、ASE光源(6)、一分二耦合器A(7)、宽带滤波器(8)、第一光电转换器(9)、一分三耦合器(10)、光环形器(11)、一分二耦合器B(13)、第一线性滤波器(14)、第二光电转换器(15)、主控制板(16)和一分二耦合器C(18)；
光源控制板(5)用于控制ASE光源(6)输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A(7)分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器(8)传输给第一光电转换器(9)转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)；
第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化；
第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(13)和一分二耦合器C(18)后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器(14)进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第二光电转换器(15)将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器(15)，第二光电转换器(15)将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板(16)将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
它还包括辅控制板(12)、第三光电转换器(17)、一分二耦合器D(19)和第二线性滤波器(20)，第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(13)和一分二耦合器D(19)后分成两路，一路反射光由第二线性滤波器(20)进行边沿滤波调制，另一路反射光通过第四线性滤波器进行边沿滤波调制后进入第三光电转换器(17)，第二线性滤波器(20)的透射率在选用波段内单调上升，第四线性滤波器的透射率在选用波段内单调下降，第三光电转换器(17)将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，第三光电转换器(17)将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
辅控制板(12)将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
所述主控制板(16)输出的列车计轴结果与辅控制板(12)输出的列车计轴结果进行比较，如果结果相同，则主控制板(16)输出列车计轴结果，如果结果不同，则主控制板(16)报警。
2.根据权利要求1所述的基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：所述第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)均为普通的光纤Bragg光栅；
第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)的中心波长在滤波器单调变化范围内。
3.根据权利要求1所述的基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：所述第一线性滤波器(14)和第二线性滤波器(20)的透射率在选用波段内单调上升；宽带滤波器(8)只允许选用波段内范围的光无滤波通过。
4.根据权利要求1所述的基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***，其特征在于：所述第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)位于相邻的两个轨道枕木之间；所述第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)均通过光纤接续盒(2)接入光环形器(11)；
所述光源控制板(5)进行光源自检时，当发现宽带滤波器(8)输出的C波段内的连续光在选用波段内的光强不在预设的正常光强范围内，则进行报警。
5.一种基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：光源控制板(5)控制ASE光源(6)输出C波段内的连续光，该C波段内的连续光经一分二耦合器A(7)分为两路，一路C波段内的连续光经过宽带滤波器(8)传输给第一光电转换器(9) 转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路C波段内的连续光依次经由一分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)；
步骤2：第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)中的光栅分别对C波段内的连续光的波长中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应变经由铁轨传输至光纤光栅传感器组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，C波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化；
步骤3：第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(13)和一分二耦合器C(18)后分成两路，一路反射光由第一线性滤波器(14)进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第二光电转换器(15)将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第二光电转换器(15)，第二光电转换器(15)将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
主控制板(16)将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
第一光纤光栅传感器(1)、第二光纤光栅传感器(1.1)和第三光纤光栅传感器(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(13)、一分二耦合器D(19)和第二线性滤波器(20)后分成两路，一路反射光由第二线性滤波器(20)进行边沿滤波调制，得到反射光调制信号，该反射光调制信号的光强与应变大小成正比，第三光电转换器(17)将与三个光纤光栅传感器对应的三个反射光调制信号转换为相应的三个反射光调制电信号，另一路反射光直接进入第三光电转换器(17)，第三光电转换器(17)将三个光纤光栅传感器发出的反射光转换为三个反射光参考电信号；
辅控制板(12)将三个反射光调制电信号与对应的三个反射光参考电信号做比值，得到三个比值电信号，通过三个比值电信号解析出此时三个光纤光栅传感器对应的波长值，进而解调出此时三个光纤光栅传感器的应变值，根据列车来临时三个光纤光栅传感器的应变信号及应变信号的先后顺序进行列车计轴；
步骤4：所述主控制板(16)输出的列车计轴结果与辅控制板(12)输出的列车计轴结果进行比较，如果结果相同，则主控制板(16)输出列车计轴结果，如果结果不同，则主控制板(16)报警。
6.根据权利要求5所述的轨道交通计轴方法，其特征在于：所述步骤3中，主控制板(16)将第一光纤光栅传感器(1)感应到的应变值转换为第一光纤光栅传感器(1)的光栅中心波长变化量；
主控制板(16)将第二光纤光栅传感器(1.1)感应到的应变值转换为第二光纤光栅传感器(1.1)的光栅中心波长变化量；
主控制板(16)将第三光纤光栅传感器(1.2)感应到的应变值转换为第三光纤光栅传感器(1.2)的光栅中心波长变化量；
主控制板(16)获取第一光纤光栅传感器(1)的光栅中心波长变化量与第二光纤光栅传感器(1.1)的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；
主控制板(16)获取第二光纤光栅传感器(1.1)的光栅中心波长变化量与第三光纤光栅传感器(1.2)的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；
对于第一光纤光栅传感器(1)的光栅中心波长变化量与第二光纤光栅传感器(1.1)的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第一光纤光栅传感器(1)时形成的应变极大值点，标记为A，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第二光纤光栅传感器(1.1)时形成的应变极大值点，标记为B；
对于第二光纤光栅传感器(1.1)的光栅中心波长变化量与第三光纤光栅传感器(1.2)的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第二光纤光栅传感器(1.1)时形成的应变极大值点，标记为B1，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第三光纤光栅传感器(1.2)时形成的应变极大值点，标记为C；
主控制板(16)按时间顺序将各个宽带光纤光栅的应变极大值点进行排序，排序中标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示有车轴通过，且标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示了列车行驶的方向，对标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列进行计数，实现列车计轴和列车行驶方向判断。
7.根据权利要求5所述的轨道交通计轴方法，其特征在于：采用两套基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***同时进行列车计轴和列车行驶方向判断，并与两套光纤光栅传感器组和解调仪(3)，形成2x2取2冗余结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910911073.9A CN110562293B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910911073.9A CN110562293B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110562293A CN110562293A (zh) | 2019-12-13 |
| CN110562293B true CN110562293B (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=68782304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910911073.9A Active CN110562293B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110562293B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113460118B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-09-13 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种轨道交通计轴***及其解调方法 |
| CN113879358B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-06-09 | 国能朔黄铁路发展有限责任公司 | 轨道状态监测设备及方法、控制装置和存储介质 |
| CN115140118A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-04 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种计轴方法及*** |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1743813A (zh) * | 2005-09-26 | 2006-03-08 | 山东微感光电子有限公司 | 多模光纤光栅传感*** |
| EP2112047A2 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-28 | ACE snc | A method and installation for the measuring and extended monitoring of the stress state of a continuously welded rail (CWR) |
| CN201362265Y (zh) * | 2009-03-09 | 2009-12-16 | 河南蓝信科技有限公司 | 列车光纤光栅计轴*** |
| CN201951493U (zh) * | 2011-01-17 | 2011-08-31 | 武汉理工大学 | 光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置 |
| CN106476845A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-08 | 林和光 | 轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、***和方法 |
| CN107921978A (zh) * | 2015-03-20 | 2018-04-17 | 塔莱斯管理与服务德国有限责任公司 | 计轴方法和计轴装置 |
| CN110160628A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-08-23 | 山东大学 | 一种光纤光栅振动信号的解调***及方法 |
-
2019
- 2019-09-25 CN CN201910911073.9A patent/CN110562293B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1743813A (zh) * | 2005-09-26 | 2006-03-08 | 山东微感光电子有限公司 | 多模光纤光栅传感*** |
| EP2112047A2 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-28 | ACE snc | A method and installation for the measuring and extended monitoring of the stress state of a continuously welded rail (CWR) |
| CN201362265Y (zh) * | 2009-03-09 | 2009-12-16 | 河南蓝信科技有限公司 | 列车光纤光栅计轴*** |
| CN201951493U (zh) * | 2011-01-17 | 2011-08-31 | 武汉理工大学 | 光纤光栅传感列车车轮踏面在线监测装置 |
| CN107921978A (zh) * | 2015-03-20 | 2018-04-17 | 塔莱斯管理与服务德国有限责任公司 | 计轴方法和计轴装置 |
| CN106476845A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-08 | 林和光 | 轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、***和方法 |
| CN110160628A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-08-23 | 山东大学 | 一种光纤光栅振动信号的解调***及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 光纤光栅城轨计轴技术;周勇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20101215;第2-3章，图2-6，图3-7 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110562293A (zh) | 2019-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110562293B (zh) | 基于边沿滤波的安全型轨道交通计轴***及方法 | |
| CN110497933B (zh) | 基于双波长的安全型列车计轴***及方法 | |
| US5178465A (en) | Optical fiber laying structure for electric power cable line trouble occurrence location detecting system | |
| CA2106635C (en) | Railway coded track circuit apparatus and method utilizing fiber optic sensing | |
| CN100561144C (zh) | 分布式光纤振动传感方法及装置 | |
| CN1676389B (zh) | 铁路监控*** | |
| CN200981565Y (zh) | 铁路轨道占用条件检查装置 | |
| CN106476845A (zh) | 轨道计轴光纤光栅传感器及轨道计轴装置、***和方法 | |
| CN101712328B (zh) | 基于匹配光纤光栅的高速铁路计轴装置 | |
| CN113460118B (zh) | 一种轨道交通计轴***及其解调方法 | |
| US20060202860A1 (en) | Fiber optic track circuit | |
| CN101839759B (zh) | 一种少模光纤倾斜光栅振动传感*** | |
| CN101397021A (zh) | 基于光纤光栅的车辆运行监测*** | |
| CN210852477U (zh) | 一种光纤光栅传感计轴*** | |
| CN105318898A (zh) | 基于扫频光源的全同弱反射光栅传感网络解调***及方法 | |
| CN104627205A (zh) | 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测*** | |
| CN101551266A (zh) | 一种复合干涉型分布式光纤振动传感***及其传感方法 | |
| CN108732614A (zh) | 一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测***及方法 | |
| CN211107460U (zh) | 一种基于光纤光栅的计轴*** | |
| CN113548086A (zh) | 一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴*** | |
| CN204368189U (zh) | 基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测*** | |
| CN101271605A (zh) | 一种用于光纤传感安防***的光纤编码定位方法 | |
| CN201780688U (zh) | 温度不敏感光纤光栅公路交通流量监测装置 | |
| Popov et al. | Distributed fiber-optic sensors for location monitoring of rolling stock | |
| CN109334715A (zh) | 一种基于振动测量的光纤轨道占用监测***及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220119 Address after: 7 / F, block B, No.1 yard, Automobile Museum South Road, Fengtai Science and Technology Park, Fengtai District, Beijing 100070 Applicant after: CRSC RESEARCH & DESIGN INSTITUTE GROUP Co.,Ltd. Address before: 430070 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoshi Road No. 122 Applicant before: WUHAN University OF TECHNOLOGY |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |