分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于分布式光纤光栅的铁路接触网地面监测系统，该系统由室外高压传感部分和室内低压解调部分组成；室外高压传感部分由分别串联的18个光纤光栅应变传感器、18个光纤光栅加速度传感器、18个光纤光栅温度传感器、18个光纤光栅位移传感器组成。室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1×4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置组成。本实用新型专利技术采用了光纤光栅传感技术以及光纤光栅解调技术，实现了现场非电直接测量接触网张力、振动、抬升量、线索温度等参数，具有抗干扰能力强、长期稳定性好等优势，是接触网地面监测首选系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于分布式光纤光栅的铁路接触网地面监测系统，该系统由室外高压传感部分和室内低压解调部分组成；室外高压传感部分由分别串联的18个光纤光栅应变传感器、18个光纤光栅加速度传感器、18个光纤光栅温度传感器、18个光纤光栅位移传感器组成。室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1×4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置组成。本技术采用了光纤光栅传感技术以及光纤光栅解调技术，实现了现场非电直接测量接触网张力、振动、抬升量、线索温度等参数，具有抗干扰能力强、长期稳定性好等优势，是接触网地面监测首选系统。【专利说明】分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统
本技术涉及一种铁路接触网地面监测系统，尤其是一种光纤光栅铁路接触网地面监测系统。
技术介绍
传统的接触网地面监测系统主要采用的是各种模拟传感器采集信号，通过分析处理，采用无线模块将数据传输到地面，且高压设备端采用电池供电方式。该方式无线模块数据传输受高压电磁场干扰严重，高低压设备因绝缘问题存在短路隐患，更换电池困难等。
技术实现思路
为了克服上述装置的不足，本技术提供了 一种分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统。本技术的技术方案是:分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统，该系统由室外高压传感部分和室内低压解调部分组成；a、室外高压传感部分由18路光纤光栅应变传感器、18路光纤光栅加速度传感器、18路光纤光栅温度传感器、18路光纤光栅位移传感器组成；b、室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1X4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置组成。采用了上述技术方案，本技术的有益效果是:1、选择光纤光栅传感器作为本系统的传感器，具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、带宽范围大、附加损耗小、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性，其优越性是其他许多模拟传感器无法替代的。2、该系统中光纤光栅传感器解调选用了一体化的FBGA光纤光栅分析模块，使解调部分结构简单化，该模块具有体积小、无机械活动部件、气密封装、光纤接口、USB2.0通信接口等优势。3、该系统采用了光纤光栅传感技术和光纤光栅解调技术，实现了现场非电直接测量接触网张力、振动、抬升量、线索温度等参数。4、该系统能够全天候监测，很好的掌握气候变化和各种列车通过时对接触网参数变化的影响。5、准确的掌握接触网各种参数动态情况，更好的确定和控制列车通行速度，并能很好的指导接触网的设计维护管理。【专利附图】【附图说明】图1是本技术总体结构方框示意图；【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。如图1，分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统，该系统由室外高压传感部分和室内低压解调部分组成；a、室外高压传感部分由18路光纤光栅应变传感器、18路光纤光栅加速度传感器、18路光纤光栅温度传感器、18路光纤光栅位移传感器组成；b、室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1X4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置组成。其中，所述的每一路光纤光栅应变传感器通过贴片方式贴在专业设计的弹性体结构上，再固定安装在接触网接触导线需要的特殊断面上表面。其中，所述的每一路光纤光栅加速度传感器通过设计的固定安装卡安装在相应的接触网接触导线上表面。其中，所述的每一路光纤光栅温度传感器粘贴在接触网接触导线上表面、吊弦和承力索上。其中，所述的每两路光纤光栅位移传感器机械部分一端并接安装固定在接触网定位点接触导线上表面，另外两端分别安装固定在定位管上。其中，所述的18路光纤光栅应变传感器、18路光纤光栅加速度传感器、18路光纤光栅温度传感器、18路光纤光栅位移传感器各自之间均采用串联连接。室外高压传感部分由串联的18个光纤光栅应变传感器、串联的18个光纤光栅加速度传感器、串联的18个光纤光栅温度传感器、串联的18个光纤光栅位移传感器组成。每一路光纤光栅应变传感器通过贴片方式贴在专业设计的弹性体结构上，在固定安装在接触网接触导线需要的特殊断面上表面，测量接触网接触导线特殊断面点张力，通过光纤线将18个光纤光栅应变传感器串联起来，组成一个接触网接触导线特殊断面点张力测量群，获得接触网断面张力；每一路光纤光栅加速度传感器通过设计的固定安装卡安装在相应的接触网接触导线上表面，测量接触网接触导线在列车通过时的振动幅度，通过光纤线将18个光纤光栅加速度传感器串联起来，通过测量各点的振幅，获得接触网接触导线传输波群，从而得出一段接触导线的最大振幅与振动频率；每一路光纤光栅温度传感器粘贴在接触网接触导线上表面、吊弦和承力索上，测量接触网在列车通过时接触网上电压、电流变化与弓网滑动摩擦所产生的接触网温度变化以及接触网随气候变化所产生的温度变化，通过光纤线将18个光纤光栅温度传感器串联起来，测量不同位置、不同接触网部件的温度变化；每两路光纤光栅位移传感器机械部分一端并接安装固定在接触网定位点接触导线上表面，另外两端分别安装固定在定位管上，构成一个三角形位移测量装置，测量接触网在列车通过时接触线相对定位管的抬升量以及接触线的左右偏移量，通过光纤线将18个光纤光栅位移传感器串联起来，可以对比测量9组接触线定位点的抬升量和接触线的左右偏移量。室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1X4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置等组成，其基本工作原理:ASE光源提供波长为1525?1565nm的宽带光源，宽带光源发出的宽带光通过光纤线经由三端口光环形器进入1X4光开关中，通过单片机控制线控制光开关中的数据选通线将宽带光分时进入相应的光纤光栅传感器通道中。宽带光经过光纤光栅传感器后，只有满足反射条件的相应波长被反射，其余波段的光则透过光栅传播。因此，反射光谱只是带宽很窄的一束光。反射光通过光纤线经由三端口环形器后进入BaySpec公司生产的基于透射式衍射光栅技术的光纤光栅分析模块(FBGA模块)，FBGA模块将反射的窄带光转化为携带相应光谱信息的电信号；单板计算机通过USB2.0连接FBGA模块，单板计算机中的软件通过调用FBGA模块提供的两个动态连接库文件(_USB20BSDev0pDLL.dll,Sense2020Dll.dll)来实现对FBGA模块数据的读取和处理；单板计算机通过串口连接单片机串口，实现单板计算机和单片机数据通信，通过数据交换使单片机控制FBGA出现错误时重新启动FBGA模块和控制光开关通路切换并在数据超限时驱动报警装置；单板计算机通过读取FBGA模块数据，获得各种光纤光栅传感器的值，从而计算出接触网特殊断面的张力、振动、抬升量、线索温度，并在触摸屏上显示各种参数值；单板计算机可以将数据储存在内存中，供以后查阅，还可以将数据通过网口传输给其他中心控制单元。本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式光纤光栅铁路接触网地面监测系统，其特征在于，该系统由室外高压传感部分和室内低压解调部分组成；a、室外高压传感部分由18路光纤光栅应变传感器、18路光纤光栅加速度传感器、18路光纤光栅温度传感器、18路光纤光栅位移传感器组成；b、室内低压解调部分由电压源模块、ASE光源、光环行器、1×4光开关、四个FC/APC接口、FBGA光纤光栅分析模块、单板计算机、触摸显示屏、网络接口、单片机控制电路、报警装置组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，宋弘，罗毅，周顺勇，刘永，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：新型
国别省市：四川;51