专利名称：基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统的制作方法
基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统技术领域
本发明属于高速铁路安全监测技术领域，具体涉及一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统。
背景技术：
我国的高速铁路建设始于1999年兴建的秦沈客运专线。经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，我国目前已经拥有全世界最大规模和最高运营速度的高速铁路网，京津城际、武广高铁、郑西高铁、沪宁城际、沪杭城际、京沪高铁等先后建成通车。 2011年7月23日发生的温州动车追尾事故告诉我们，任何时候高铁安全总是第一位的。
我国是山地大国，崩塌、滚石等自然灾害较多，给铁路运输带来的损失居高不下。 当滚石或重物侵入铁路限界后，由于列车司机目视距离有限，特别是夜晚，不能及时发现险情，加之车速快，容易发生严重的列车脱轨事故，造成巨大灾难。因此，铁路沿线滚石自动监测与预警技术愈发受到重视。异物侵限报警技术作为铁路安全运行的一项重要保障，国内外的研究人员进行了大量的探索性的研究工作。目前来说，较为成熟的技术主要有两种非接触式和接触式检测方法。
1、非接触式检测方法
非接触式检测技术是新兴的异物侵限检测技术，各国都在大力发展，包括红外线光幕法、GPS方法、图像法。
(1)红外线光幕法。为保证行车安全，西班牙的高速铁路在隧道口等容易发生异物侵限(如落石)的路段，安装了基于红外线光幕的落物检测系统，其中红外检测系统是隧道落物检测报警系统的重要组成部分，分为红外光幕发生器和红外光幕接收器，一旦落石落入隧道的安全限界以内就会阻挡红外光幕接收器接收红外线，从而激发报警程序，这种方法可以检测尺寸超过0. 5mX0. 5mX0. 5m的异物。该方法存在雨、雾和雪天难以识别，不能预报，现场需要电源，设备容易被破坏等缺点。
(2)GPS方法。采用卫星定位系统，其现场设备需维护，现场需要电源，特殊地域无法取得信号，无法测得地质内部的应力变化，无法对塌方进行预报，如进行多点监测，并且该系统造价昂贵。
(3)图像法。采用室外摄像法，通过监控装置将现场图像实时传输到司机室的监视器上，司机在不离开驾驶位的情况下能随时观察机车前面路况，比较直观。但雨、雾和雪天难以识别，不能预报，现场也需要电源，设备容易被破坏。
2、接触式方法
防护网等接触式异物侵限检测技术在我国有着较多的应用。防护网式异物侵限监控系统主要由支架、电网传感器、现场控制器和传输线缆等组成。正常工作时，电网完好无损；当桥上有坠物(如石块等)侵入铁路限界时，电网断线开始报警。电网传感器用来监测并阻拦落物，当有物体落到监测电网上时会引起电网断线，安装于现场的控制器发出报警信号，同时报警信息经过继电组合后进入列控中心，若该区域下方的轨道电路表示为占用或故障状态，监控单元主机将红色信号传送至调度中心，调度人员采取应对措施。
接触式防护网技术的优点主要是在检测异物侵限的同时还能起到拦阻落物掉到铁轨上的功能，其缺点是需要大量安装，需要在沿桥梁两侧加装立柱，从而增加桥梁建设工程施工难度；由于探测电网三角分布间隔较大，只能检测尺寸大的落物，对于钢筋等小物体则不容易检测到。对于京沪高速铁路施工现场来说，由于在桥梁施工过程中落物出现的范围远远大于桥梁本身，所以1. 5mXl. 5m的探测距离远远不能满足京沪高铁施工过程中并行与跨越既有线异物侵限检测的需求。同时在铁路暂停运输的空窗期，是允许侵限施工作业的，而防护网这时将会妨碍施工作业。所以防护网技术适用于铁路运营期，并不适用于建设施工时期的铁路限界安全检测。
此外，光纤光栅传感器是近几年兴起的检测技术，将光纤光栅应力传感器铺设在隧道口或容易发生山体滑坡的铁路路段，通过对反射光的检测来判断是否有落石落入安全限界以内对行车安全产生威胁。光纤光栅传感器虽然具有体积小，与光纤兼容、精度高、寿命长、高可靠性优点，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素影响，极易埋入到待测物体内部，实现对物体的高精度、无干扰的实时监测。也可实现数字化传感，尤其是在铁路无人区、无电区以及恶劣的环境下可长期稳定工作。但是这种应力传感网式检测装置不能检测到悬空在铁路安全限界以内的异物，比如施工吊车悬臂，新建桥梁保护架等，所以只适用于检测地面落物积石等。而且由于光纤光栅价应变的灵敏度过高，除了应力以外，温度对光栅的波长漂移也影响很大，容易引起误报，故很难在工程领域上进行运用。
随着公跨铁(公路跨过铁路)的增多，如果公路上行驶的车辆因失控或者大型货物越过栏杆(防撞墙)和防护网(防抛网)而侵入高速铁路限界，就会导致事故。
我国铁路部门在公路铁路并行段、公(桥梁)跨铁段等设置刚性防护网并在网上安装电网传感器，一旦滚石撞坏防护网，通过电网感应的方式即可向调度中心告警。但是这种传统的电网传感技术存在易受铁道上的接触网的强电流和雷电的电磁干扰，现场需要电源，电信号远距离传输可靠性差，后期使用维护费用高，传输电缆断裂或停电会产生误报等问题。因此在高速铁路中坠物的自动监测与预警技术的研制迫在眉睫。发明内容
本发明的目的是提供一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，能在异物砸破公跨铁防护栏的时候报警，其在公跨铁处不需要电源，成本低，不易误报。
本发明所采用的技术方案是，一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，包括控制与处理单元以及至少一组检测系统，检测系统包括驱动电路、光源、光纤、光电检测器以及放大电路，控制与处理单元与驱动电路、光源、光纤、光电检测器以及放大电路依次串联并构成回路，控制与处理单元上还连接有报警装置和通讯装置；光纤包括缠绕在公跨铁防护栏上的检测光纤，检测光纤的两端均通过传输光纤分别与光源和光电检测器相连接。
传输光纤和检测光纤使用同一光缆中的光纤。
传输光纤使用光缆中的光纤，所述检测光纤使用单芯光纤。
进一步地，检测光纤的两端通过光纤活动连接器与传输光纤相连接。
光源为半导体激光器或发光二级管。
光电检测器为PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
优选地，检测系统的数量为两组。
本发明基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统的优点是成本低，易实现， 不易误报；与我国现有的在防护网上安装电的传感器相比，在公跨铁处不需要电源，不受铁道上面接触网的强电流和雷电干扰。
图1是本发明的系统框图2是本发明中的第一种光纤安装位置示意图3是本发明中的第二种光纤安装位置示意其中，1.控制与处理单元，2.报警装置，3.第一检测系统，4.第一光纤，5.第二光纤，6.第二检测系统，7.通讯装置，8.光缆，9.第一检测光纤，10.第二检测光纤，11.公跨铁防护栏，12.公路，13.铁路，14.站房，15.光纤活动连接器。
具体实施方式
在建设公跨铁(即公路12与铁路13的交汇处)过程中，会根据预测的塌方范围及落物轨迹，设置公跨铁防护网11，主动防御落物。
如图1所示，本发明基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，包括控制与处理单元1。控制与处理单元1上连接有报警装置2和通讯装置7。
为了提高本发明工作可靠性，本实施里使用两组检测系统，即第一检测系统3和第二检测系统6。第一检测系统3包括第一驱动电路、第一光源、第一光纤4、用于将光信号转换为电信号的第一光电检测器以及第一放大电路，控制与处理单元1与第一驱动电路、 第一光源、第一光纤4、第一光电检测器以及第一放大电路依次串联并构成回路。第一光纤 4包括缠绕在公跨铁防护栏11上的第一检测光纤9，第一检测光纤9的两端均通过第一传输光纤分别与第一光源和第一光电检测器相连接。
第二检测系统6包括第二驱动电路、第二光源、第二光纤5、第二光电检测器以及第二放大电路，控制与处理单元1与第二驱动电路、第二光源、第二光纤5、第二光电检测器以及第二放大电路依次串联并构成回路。第二光纤5包括缠绕在公跨铁防护栏11上的第二检测光纤10，第二检测光纤10的两端均通过第二传输光纤分别与第二光源和第二光电检测器相连接。
如图2所示，第一传输光纤、第一检测光纤9、第二传输光纤以及第二检测光纤10 均使用光缆8中的光纤。光缆8为通信光缆或其它光缆，里面含有几十甚至上百根光纤，每个公跨铁使用两根光纤作为检测光纤缠绕在对应的防护栏上，剩下的光纤留作高速公路其他的公跨铁防护栏使用。
如图3所示，考虑到强度要求，第一检测光纤9和第二检测光纤10也能使用定制单芯光缆，第一检测光纤9和第二检测光纤10分别通过光纤活动连接器15与第一传输光纤和第二传输光纤相连接。第一传输光纤和第二传输光纤均使用光缆8中的光纤。
本发明在使用时，将控制与处理单元1、第一驱动电路、第一光源、第一光电检测器、第一放大电路、第二驱动电路、第二光源、第二光电检测器以及第二放大电路均安装在站房14内。第一光源和第二光源为半导体激光器或发光二级管。第一光电检测器和第二光电检测器使用PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
本发明在公跨铁防护网11上缠绕第一检测光纤9和第二检测光纤10，在第一传输光纤和第二传输光纤一端对应接入第一光源和第二光源，并在另一端对应接入第一光电检测器和第二光电检测器。当较小的落物落到公跨铁防护网11上时，不会导致公跨铁防护网 11损坏，公跨铁防护网11起到防护作用，第一检测光纤9和第二检测光纤10没有断裂；当落物较大时，会使公跨铁防护网11损坏，并砸断第一检测光纤9或/和第二检测光纤10，相应的光纤回路断开，在第一光电检测器或/和第二光电检测器接收不到光信号时，控制与处理单元立即产生报警信号通过报警装置报警，并通过通讯装置7上报中心系统，同时通过综合调度系统，将报警信息提供给综合维修调度子系统、列控系统，由综合维修调度子系统发布巡查命令，由列控系统指挥列车立即停车，同时通知相关人员进行抢修。
本发明具有成本低，易实现，不易误报，在公跨铁处不需要电源，不受铁道上的接触网的强电流和雷电干扰，以及实用性能好的优点。
权利要求
1.一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，包括控制与处理单元以及至少一组检测系统，所述检测系统包括驱动电路、光源、光纤、光电检测器以及放大电路，所述控制与处理单元与驱动电路、光源、光纤、光电检测器以及放大电路依次串联并构成回路，所述控制与处理单元上还连接有报警装置和通讯装置；所述光纤包括缠绕在公跨铁防护栏上的检测光纤，所述检测光纤的两端均通过传输光纤分别与光源和光电检测器相连接。
2.按照权利要求1所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述传输光纤和检测光纤使用同一光缆中的光纤。
3.按照权利要求1所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述传输光纤使用光缆中的光纤，所述检测光纤使用单芯光纤。
4.按照权利要求3所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述检测光纤的两端通过光纤活动连接器与传输光纤相连接。
5.按照权利要求1所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述光源为半导体激光器或发光二级管。
6.按照权利要求1所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述光电检测器为PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
7.按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，其特征在于，所述检测系统的数量为两组。
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统，包括控制与处理单元以及至少一组检测系统，检测系统包括驱动电路、激光器、光纤、光电检测器以及放大电路，控制与处理单元与驱动电路、激光器、光纤、光电检测器以及放大电路依次串联并构成回路，控制与处理单元上还连接有报警装置和通讯装置；光纤包括缠绕在公跨铁防护栏上的检测光纤，检测光纤的两端均通过传输光纤分别与激光器和光电检测器相连接。本发明能在异物砸破公跨铁防护栏的时候报警，其在公跨铁处不需要电源，成本低，不易误报。
文档编号B61L23/00GK102514594SQ20111040690
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者华灯鑫, 汪丽, 王诚, 胡辽林 申请人:西安理工大学