一种基于分布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息采集及预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明技术属于铁路运输安全监测领域，设及一种基于分布式光纤传感的铁路边 坡滑坡信息采集及预警系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国铁路运输系统快速发展，高速铁路里程数迅速增加，列车运行速度也 越来越快，对行车的安全要求越来越高，保障列车安全运行的压力也越来越大。边坡是铁路 工程建设中最常见的工程形式。作为全球性=大地质灾害之一的边坡变形失稳破坏而造成 的滑坡，W及由滑坡引起的山体跨塌和暴雨形成的泥石流常给国家建设和人民生命财产造 成严重损害。随着我国近年来对铁路等交通基础设施建设力度和投资规模的不断加大，铁 路沿线开挖了大量工程边坡，给铁路运输和人民的生命财产带来了很大的安全隐患。因此， 为了防患于未然，必须对边坡变形进行实时监测，进而实现对边坡滑坡危害的早期预警。
[0003] 传统的滑坡监测方法是使用电类传感器，但是容易受到环境的干扰，并且 需要人工到现场定期检查。随着现代传感器技术的发展，全球定位系统（Global 化sitioningSystem,GP巧法、近景摄影测量法、时间域反射测试技术（TimeDomain Reflectometers，TDR)法也已经用于铁路边坡变形及滑坡的监测之中，但是该些传感器也 存在其局限性，例如容易受到天气的影响，或者相关设备的昂贵，不利于大规模的推广。因 此，目前针对铁路边坡滑坡的监测受到多方面因素的制约，需要提出一套完整的铁路边坡 滑坡监测系统。
[0004] 滑坡监测通常是将室外现场观察、实验室实验和理论分析结合。存在的问题是：数 据的采集需要人工定期到现场进行，使得滑坡监测缺乏实时性。在很多情况下，不稳定边坡 处于边远地区，人员很难到达，尤其是在滑坡的临发阶段，人员现场监测可能存在危险。
[0005] 目前，光纤传感已经广泛的应用于工程的监控之中，与一般的传感器相比，其有W 下优点：可靠性高、寿命长、能进行长期安全监测，远距离无失真传输，易于实现分布式自动 化在线监测，响应时间快、精度高、灵敏度高、分辨率高，结构简单、易于施工布设等。光纤传 感器适用于恶劣环境，广泛应用于石油化工、冶金电力、煤矿、建筑、交通、地质等行业。
[0006] 但是，目前国内外研究光纤传感多用于实验室实验，目前还没有针对铁路边坡滑 坡监测和预警进行设计并实现的案例。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种基于分布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息采集及预警 系统，能够克服传统测量方法中存在的不足，并且在实际工程应用中能够高效而又经济的 实现边坡的监测。
[000引一种基于分布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息采集系统，包括线性连续监测序列 及控制柜；
[0009] 所述控制柜与所述线性连续监测序列通信相连；
[0010] 所述线性连续监测序列由埋设在边坡的光纤传感器组成，所述光纤传感器WM字 型埋设在铁路一侧的边坡结构中；
[0011] 所述控制柜包括能够产生累浦激光脉冲的光路模块、对光路进行控制的电路模块 W及向监控室发送数据的通信模块。
[0012] 所述光纤传感器为单模石英光纤。
[0013]【单模石英光纤能够采集到任意一点的应力变化情况。】
[0014] 所述单模石英光纤埋设在铁路边坡表面W下5-20cm处。
[0015] 所述光路模块包括依次相连的激光发射装置、脉冲调制装置、光纤放大器及光传 感模块。
[0016]【所述激光发射装置，用于生成单一频率的激光；
[0017] 所述脉冲调制装置，用于激光脉冲的调制；
[0018] 所述光纤放大器，用于对光信号的放大；
[0019] 所述光传感模块，用于对传感光路进行控制，并且对散射光提供返回通路，W进行 相干检测；
[0020] 光传感模块能够对布里渊散射信号的能量进行测量，并且进行相干处理，得到布 里渊频移量的变化信号。】
[0021] 【激光在光线中存在布里渊散射现象，当受到外部因素，例如温度，应力等变化时， 背向布里渊散射光的频率会发生变化，其所述的变化量与温度和应力之间存在一定的相关 性。】
[0022] 所述单模石英光纤通过光环行器与脉冲激光发射装置连接，光环行器的另一端与 光传感模块连接。
[0023]【所述光环形器为S端口T形光环形器；】
[0024] 当光波在光纤中传播是，大部分光波是向前传导的，由于介质中存在该不均匀性， 会使光波的传播发生变化，有一小部分能量会偏离原来的方向并向其他方向弥散开来，该 就是光散射。其中布里渊散射是其中一种主要的光散射，布里渊的散射光频移的大小受到 外界环境因素的影响。工程中的实践证明，当光信号在1550nm光波段时，在光纤中传输的 损耗比其他光波段小得多，因此传输的距离更长，因此分布式光纤传感技术中选择激光器 的工作波长在1550nm附近。对于普通单模石英光纤在常温下，布里渊背向散射频移量与应 变关系如下：
[002引Vb ( e，T0) = Vb化T0) (1+4. 480(1)
[0026]其中，Vb(0,T。）是在温度为T。时，未施加应力的布里渊频移量，Vb(e，T。）为温度为 T。时，应力为e的布里渊频移量，e为应力的大小。
[0027] 布里渊频移的变化量为：
[002引Avb( 0 = 4. 48vb0)，T。）e似
[0029] 通过布里渊频移的变化量就可W反映光纤经过的点的周围的应力的变化情况，通 过应力的变化情况确定边坡的内在特性。
[0030] 所述电路模块包括：
[0031]时序控制电路，对光路模块进行时序的控制，调整脉冲光的脉冲频率；
[0032]模数转换电路，用于能将采集的模拟量转换为数字量发送给处理器单元；
[0033] 处理器单元，用于对采集信号的接收、处理W及对数据的存储和向外发送数据。
[0034] 所述通信模块为无线通信模块。
[0035] 一种基于分布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息预警系统，利用所述的一种基于分 布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息采集系统，将采集的数据传送至远程服务器，并依据存 储在服务器中的散射光强度、光纤传感器的测量总长度与对应的测量位置关系，布里渊频 移量的大小与应力大小关系，W及应力大小与边坡滑坡情况，确定采集数据的完整性和当 前的边坡滑坡情况，当边坡滑坡情况超过设定阔值时，触发预警模块进行预警；
[0036] 通过接收到的光强度来来确定测量的长度，通过长度可W确定对应的位置，通过 最大的测量位置与光纤测量的总长度做比较来确定光纤是否断裂；
[0037] 通过埋设在边坡的光纤传感器得到的布里渊频移量与参考的光纤的频移量比较， 得到由应力变化带来的频移量的偏移变化的大小，从而确定对应的光纤传感所处位置的应 力的大小；
[003引通过应力大小确定对应的边坡滑坡情况。
[0039] 还包括与服务器相连的远程终端，所述服务器通过无线通信将采集数据和预警数 据发送到远程终端。
[0040] 有益效果
[0041] 本发明提供了一种基于分布式光纤传感的铁路边坡滑坡信息采集及预警系统，所 述采集系统包括线性连续监测序列及控制柜；所述线性连续监测序列由埋设在边坡的光纤