专利名称：基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种预警系统，主要是使用光纤光栅技术对铁路轨道发生钢轨膨胀时进行预警的系统。
背景技术：
在自然温度环境下，铁路钢轨会因为温度变化而产生温度压力，温度压力随着轨温的升高而逐渐增大。在高温恶劣环境下，当钢轨温度压力的变化超过一定限度时，轨道即会产生横向或纵向形变，如图1、2、3所示，该现象会对列车行车安全造成影响，甚至导致列车脱轨、侧翻等重大事故。因此如何预防钢轨胀轨、实现对钢轨涨轨的监测和预警是铁路工务部门急需解决的问题。目前对铁路钢轨的膨胀监测主要是使用钢轨温度传感器和人为目视方法进行，不仅效率低，预警不及时，也不能实时监测钢轨的状态变化，为钢轨的维护和预警提供可靠的历史和实时的数据。该使用新型使用FBG (Fiber Bragg Grating)光纤布拉格光栅对温度、应力和形变的感应传感技术，在钢轨上安装FBG应变传感器和FBG温度传感器来监测钢轨的温度变化和形态的变化，同时将采集的数据通过光纤通信给FBG解调仪组成采集单元。再利用通讯和计算机技术对采集的数据进行综合分析，显示实时数据和预警信息，同时保存钢轨变化的历史数据，为钢轨维修提供数据依据，同时防止了因铁路胀轨引发的列车脱轨、侧翻等重大事故的发生。
发明内容为了避免因铁路钢轨膨胀造成的列车脱轨、侧翻等危险，本实用新型的目的是提供一种对铁路钢轨膨胀监测预警系统，不仅能在钢轨膨胀时发出报警信息，而且能实时掌握长距离铁路刚轨的温度、应力和应变状态的变化，对可能出现的胀轨破坏发出警报，以便及时检修。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案本实用新型包括设置在铁路沿线的采集单元以及与采集单元相连接的监测处理单元，所述的采集单元由位于铁路钢轨上的FBG应变传感器、FBG温度传感器和安装于车站的FBG解调仪构成；所述的监测处理单元由位于工务段的监测中央处理装置和监测终端构成；所述的FBG应变传感器和FBG温度传感器分别通过光缆与FBG解调仪相连接，并将所采集数据传送到工务段的监测中央处理装置和监测终端。在铁路钢轨沿线每隔300 600m设置FBG应变传感器和FBG温度传感器，以车站为单位设置采集单元。所述的FBG解调仪通过无线发射模块、电缆通讯、光纤通讯的任意一种或者几种组合将所采集数据发送至位于养路工区的监测中央处理装置中。所述的中央处理装置连接有显示设备和报警设备。所述的位于室外的采集单元由电源单元供电；位于室内的监测处理单元由市电供电。所述的电源单元包括市电输入模块、风能发电机组、太阳能发电机组中的任意一种或几种组合。本实用新型的有益效果是，采用基于准分布式的光纤布拉格光栅传感技术，实现对铁路钢轨应力、压力及温度等参数变化的实时掌握，进而实现对铁路胀轨的监测和预警， 使工务部门能够及时安排人员进行检修，防止了因铁路胀轨引发的列车脱轨、侧翻等重大事故的发生。同时，在对钢轨膨胀监测预警的同时，还可以实时的观察、记录刚轨的温度、应力和应变状态的变化，对可能出现的胀轨破坏发出警报，为钢轨的维修提供数据和依据。
图1为轨道正常示意图。图2为轨道横向膨胀示意图。图3为轨道纵向膨胀示意图。图4为本实用新型的整体结构示意图。图中1.铁路钢轨，2. FBG应变传感器，3. FBG温度传感器，4. FBG解调仪，5.光缆，6.监测中央处理装置，7.监测终端。
具体实施方式
如图4所示，本实用新型包括设置在铁路沿线的采集单元以及与采集单元相连接的监测处理单元，其中采集单元主要采集铁路钢轨1的应变读数和温度值，并把采集到的信息传送给监测处理单元。采集单元中的FBG解调仪4对接收到的信息进行解调，解调后的信息由采集单元通过通讯的方式把数据发送到监测处理单元。位于养路工区的监测处理单元中接收到该信息，并转发给位于工务段中央处理装置6，最终由中央处理装置6根据信息进行判断处理。中央处理装置6还连接有监测终端7和报警设备，用于将接收到的应变读数、温度值和判断结果显示出来，并计算出相应的钢轨形变量，描绘出钢轨形变的趋势， 同时实现钢轨胀轨预警。具体地说，如图4所示的实施例中，FBG应变传感器2、FBG温度传感器3等采集单元沿着铁路钢轨1每隔一定距离设置一个监测采集点，相邻的若干个光栅光纤传感器利用光缆5进行串接，形成光纤光栅传感网络FBG解调仪4连接，这样就由FBG应变传感器2、 FBG温度传感器3、FBG解调仪4和光缆5组成监测采集单元。每隔300 600m设置一个监测采集单元，以车站为单位设置采集单元。每个监测处理单元把采集的钢轨温度、应力和形变的数据发送给由央处理装置6和监测终端7组成的监测处理单元。监测处理单元对采集的数据进行综合分析处理，通过监测终端7显示钢轨的变化和胀轨预警信息。需要说明的是，上述位于室外的采集单元由电源单元供电；位于室内的监测处理单元由市电供电。电源单元包括市电输入模块、风能发电机组、太阳能发电机组中的任意一种或几种组合。上述的FBG解调仪4通过无线发射模块、电缆通讯、光纤通讯的任意一种或者几种组合将所采集数据发送至位于养路工区的监测中央处理装置6中。方便起见，中央处理装置6连接有显示设备和报警设备。
权利要求1.一种基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，它包括设置在铁路沿线的采集单元以及与采集单元相连接的监测处理单元，其特征在于所述的采集单元由位于铁路钢轨 (1)上的FBG应变传感器(2)、FBG温度传感器(3)和安装于车站的FBG解调仪(4)构成； 所述的监测处理单元由位于工务段的监测中央处理装置(6)和监测终端(7)构成；所述的 FBG应变传感器( 和FBG温度传感器C3)分别通过光缆( 与FBG解调仪(4)相连接，并将所采集数据传送到工务段的监测中央处理装置(6)和监测终端(7)。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，其特征是在铁路钢轨(1)沿线每隔300 600m设置FBG应变传感器(2)和FBG温度传感器(3)，以车站为单位设置采集单元。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，其特征在于 所述的FBG解调仪(4)通过无线发射模块、电缆通讯、光纤通讯的任意一种或者几种组合将所采集数据发送至位于养路工区的监测中央处理装置(6)中。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，其特征在于 所述的中央处理装置(6)连接有显示设备和报警设备。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，其特征在于 所述的位于室外的采集单元由电源单元供电；位于室内的监测处理单元由市电供电。
6.根据权利要求5所述的基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，其特征在于 所述的电源单元包括市电输入模块、风能发电机组、太阳能发电机组中的任意一种或几种组合。
专利摘要一种基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警系统，该系统使用新型使用FBG光纤布拉格光栅对温度、应力和形变的感应传感技术，在钢轨上安装FBG应变传感器和FBG温度传感器来监测钢轨的温度变化和形态的变化，同时将采集的数据通过光纤通信给FBG解调仪组成采集单元。再利用通讯和计算机技术对采集的数据进行综合分析，显示实时数据和预警信息，同时保存钢轨变化的历史数据，为钢轨维修提供数据依据，同时防止了因铁路胀轨引发的列车脱轨、侧翻等重大事故的发生。
文档编号B61K9/08GK202294870SQ20112042597
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者赵松 申请人:河南蓝信科技有限公司