一种高可靠性分布式光纤地铁隧道安全监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高可靠性分布式光纤地铁隧道安全监控系统，所述安全监控系统包括主机、前端设备以及尾端设备，前端设备与尾端设备之间通过传感光缆连接，传感光缆分布于隧道内，其中在前端设备与尾端设备之间构成光路；所述前端设备中构建白光光源，基于该白光光源在尾端设备之间构建白光干涉系统。本发明专利技术提供的分布式光纤传感技术的地铁隧道安全监测系统，从系统构建的多个方面以及通过物理方式，对现场噪场进行综合的消除，从而有效提高系统的稳定可靠性，提升系统预报警的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤传感
，具体涉及分布式光纤传感地铁隧道安全监控系统。
技术介绍
中国各城市地铁经过了十多年的高速建设已经形成了拥有数百条线路，运营里程超过上万公里的庞大复杂网络。地铁网络安全运营所面临的挑战与城市总体建设和地下空间开发密切相关。一方面，地铁线路必将越来越密集、环境越来越复杂；另一方面，城市基础设施、地面建筑及地下空间的开发业越来越密集，从而不可避免地形成冲突。如在地铁隧道附近，甚至在正上方，有各类粧基施工、各类钻孔以及开挖作业，其形成的振动、侵入等严重威胁地铁隧道的结构安全和运营安全。光纤分布式振动实时监测技术，是近年来的传感技术的研究热点。分布式光纤传感地铁隧道安全监控系统利用连续布设的光纤感知长距离线状结构的异常振动，将光纤分布式振动测试技术用于对威胁地铁隧道安全行为的实时监测。为地铁安全监测提供一种新型、有效、切实可行的解决方案，为地铁的安全运营提供可靠地技术支撑。由于地铁隧道运营环境复杂，地铁运营、环境噪场、汽车等地音振动的噪场都可能影响系统，降低系统的稳定性。由此可见如何提高分布式光纤传感地铁隧道安全监控系统运行的信噪比，提高系统稳定性，降低环境干扰引起的误漏报，是本领域亟需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有分布式光纤传感地铁隧道安全监控系统易受到地铁运营、环境噪场、汽车等地音振动的噪场影响，造成稳定性以及监测准确性降低的问题，本专利技术的目的在于提供一种高可靠性的分布式光纤地铁隧道安全监控系统，本专利技术从系统构建的多个方面以及通过物理方式，对现场噪场进行综合的消除，提高系统运行信噪比，提高系统稳定性，降低环境干扰引起的误漏报。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:一种高可靠性分布式光纤地铁隧道安全监控系统，所述安全监控系统包括主机、前端设备以及尾端设备，前端设备与尾端设备之间通过传感光缆连接，传感光缆分布于隧道内，在前端设备与尾端设备之间构成光路；所述前端设备中构建白光光源，基于该白光光源在尾端设备之间构建白光干涉系统。进一步的，所述前端设备中包括光源模块以及光源控制模块，所述光源模块内部集成热敏电阻和制冷器，所述光源控制模块通过恒流源对光源模块进行驱动，并控制其上的制冷器。再进一步的，所述光源模块为集成热敏电阻和制冷器的激光器，所述光源控制模块包括中央处理器，所述中央处理器中配置有自动功率控制器和自动温度控制器，所述中央处理器控制激光器的驱动电流和制冷器的驱动电流，其配置的自动功率控制器和自动温度控制器根据温度探测和电流检测得到的数据来对激光器驱动电流和制冷器驱动电流进行矫正。进一步的，所述传感光缆外套设有一管子。再进一步的，所述传感光缆内形成两路光干涉信号。进一步的，所述尾端设备对从传感光缆中获得两路干涉光信号进行光电转换形成电信号后，并对该电信号进行滤波、放大处理，所述尾端设备对两路干涉光信号光电转换前进行同步放大。再进一步的，所述尾端设备采用仪器放大器对光信号进行放大。进一步的，所述安全监控系统中的主机、前端设备以及尾端设备放置在站台上。进一步的，所述安全监控系统中的前端设备和尾端设备放置在隔音箱中。本专利技术提供的分布式光纤传感技术的地铁隧道安全监测系统，从系统构建的多个方面以及通过物理方式，对现场噪场进行综合的消除，从而有效提高系统的稳定可靠性，提升系统预报警的准确度。本专利技术通过稳定光源的设计、光电转换和信号处理、白光干涉系统的结构、高灵敏度的光信号探测技术、振动信号的模式识别研究在系统构建的时候多方面的有效降低背景噪声的干扰。再者，本专利技术还通过隔音箱的设计，将系统前后端模块放置于隔音箱内，从而从物理上将地铁隧道内的背景噪声进行消除。【附图说明】以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本专利技术。图1为本专利技术实例提供的安全监控系统的系统原理图。【具体实施方式】为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。光纤分布式地铁隧道安全监控系统用于对外界对隧道的威胁性冲击行为的实施监测，实现预警。对背景噪声的消除有利于提高系统的稳定可靠性，提升系统预报警的准确度。参见图1，其所示为本实例提供的光纤分布式地铁隧道安全监控系统的示意图。由图可知，该地铁隧道安全监控系统100主要包括主机101、前端设备102、尾端设备103以及传感光缆104这几部分。其中，前端设备102通过传感光缆104与尾端设备103连接，其主要用于形成稳定的探测光源，并通过传感光缆104将探测光信号传至尾端设备103。尾端设备103，其主要用于探测传感光缆104传播的光信号，对其进行光电转换和信号处理。传感光缆104，其采用分布式的方式分布在待监控的隧道内，在传感光缆104内形成连通前端设备102和尾端设备103的光路，并形成两路光干涉信号。在具体实现时，该传感光缆104的外侧套设有一管子105。主机101为整个监控系统的控制中心，其控制连接前端设备102和尾端设备103，协调两者配合工作，同时对获取的数据进行分析处理完成监测和预警。在此基础上，本实例从系统构建的多个方面以及通过物理方式，对现场噪场进行综合的消除。1、构成稳定的白光光源。由于对光缆的敲击间接作用到光纤，使得获得的光强变化很微弱，甚至可能与光电探测器的暗电流量级相接近，要有效的提取出这种微弱信号，要求光电探测部分需要有极高的灵敏度，高的放大倍数以及低的工作噪声，同时，要求有高稳定的光载体。其中，光源是整个系统工作的能量源，其功率大小以及波长、功率的稳定程度直接影响了拾音系统的噪声及稳定性。同时，由于语音拾取装置会需要长时间不间断工作，对光源的稳定性也提出了高的要求。光源光谱特性也是是否能优良系统的关键。再者，光源控制模块对光源模块的发光进行稳定可靠的控制，是获得稳定的工作波长和功率的保障，是获得小的系统噪声的关键部件，其中光源的驱动电流和温度的稳定性尤为重要。据此，本系统在前端设备102中通过构建高稳定的白光光源，并采用自动功率控制(APC)，自动温度控制(ATC)方式获得高谱适性的高稳光源。由于光源的光功率、光波长与发光体的驱动电流和温度都有关系，因此本系统采用内部集成热敏电阻和制冷器的光源模块。由于光源功率稳定时，可对应于不同的驱动电流和工作温度组合，因此，相同的光功率，可能光的波长特性会有所不同。为此，本系统中的光源控制模块采用恒流源对光源模块进行驱动，同时，通过对制冷器的控制，来达到温度稳定的目的，由此获得高稳定功率和波长的光源。在具体实现时，前端设备102中的光源电路主要由中央处理器和激光器配合构成。该激光器内部集成热敏电阻和制冷器，而中央处理器内集成有自动功率控制器和自动温度控制器。该中央处理器控制激光器的发光功率和制冷器。中央处理器控制激光器的驱动电流和制冷器的驱动电流，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性分布式光纤地铁隧道安全监控系统，所述安全监控系统包括主机、前端设备以及尾端设备，前端设备与尾端设备之间通过传感光缆连接，传感光缆分布于隧道内，其特征在于，在前端设备与尾端设备之间构成光路；所述前端设备中构建白光光源，基于该白光光源在尾端设备之间构建白光干涉系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：缪璇，肖倩，
申请(专利权)人：上海复旦智能监控成套设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31