专利名称：强度光纤光栅组列车实时定位检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，适用于光纤传感技术、民用 工程、轨道交通等领域。
背景技术：
近年开，随着我国经济的发展，高速铁路在我国得到了蓬勃的发展，而客运高速化 和货运重载化已经成为当今高速铁路运输的2个重要发展方向。高速铁路的特点是行车 速度快、行车密度大，列车运行规律、性能及其环境的相互作用等与普通列车有本质上的区 另|J，其动能巨大且铁路线采用全立交化和全封闭化，一旦发生事故，将会形成巨大的破坏 力，造成的后果也会非常严重。因此，保障运行列车安全有效地运行成为铁路发展的关键问 题。而保障列车安全的关键就在于提前监测出哪个地点发生了危险情况，这样我们就需要 对列车的实时运行情况进行定位监测。近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过 程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如抗 电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐 水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，因而光纤传感器比其他传感器有着更广泛的应用。目前， 应用最广泛的是分布式光纤传感系统，而这些分布式光纤传感系统采用的传感技术主要是 基于拉曼散射的分布式传感和基于布里渊散射的分布式传感。但是，这些传感技术信号的 接受比较困难，测量时间比较长，信号的处理非常复杂，系统的整体造价也比较昂贵。光纤光栅传感器除了具有光纤传感器的许多优点外，还有一些明显优于其他光 纤传感器的地方。它是作为一种光谱分离与光波长选择的器件，信号不受弯曲损耗、连接 损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响；避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不 清等问题；可同时得到几个测量目标的信息，并可实现准分布式测量。由于实际应用中 大范围、大监测距离的需要，往往需要大容量的监测系统。传统的光纤光栅传感监测系统 是利用单个光纤光栅作为传感头，由于光源带宽的限制，这样使得整个传感系统所能串 联的传感头有限，并不能满足实际应用的需要。大容量编码式光纤光栅传感监测系统， CN200310111529. 2提出了一种大容量光纤光栅传感监测系统，但是其传感光纤光栅阵列中 单光栅的波长均不相同，制作起来相对麻烦；测量范围越大，所需要的传感头数量越多，其 编码方式也相对越复杂；采用了两个光源、两个Y型分路器、两个解调器，系统的整体造价 比较昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一中结构简单、制作方便、廉价实用且测量范 围大的强度光纤光栅组列车实时定位检测系统。本发明的技术方案—种强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，该系统的宽带光源的输出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接传感光纤光栅阵列，三端口耦合器的第三 端口接可调滤波器的一端，可调滤波器的另一端接光电探测器。传感光纤光栅阵列由第一传感头、第二传感头........第η传感头串联连接组
成，η彡1 ；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k彡2。第一至第η传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅 的反射率不同或相同；第一至第η传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不 完全相同。
每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量η = mk。本发明的有益效果本发明提出的强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，结构 简单，易于实现；只需要可调滤波器就可以判断出探测点附近发生了火灾，不需要高昂的解 调设备，价格便宜，性价比高；采用多光纤光栅制作传感头，各个传感头对应的光纤光栅中 心波长一致、反射率不同，增大了传感系统的容量，能实现长距离、大范围的监测。
图1强度光纤光栅组列车实时定位检测系统示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施例一，本实施例结合附图1进行详细说明。一种强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，该系统的宽带光源1的输出接三端 口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合 器的第三端口 23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32........第九传感头39串
联连接组成；每个传感头由两个中心波长不同的光纤光栅组成。第一至第η传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅 的反射率不同或相同；第一至第9传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不 完全个同。第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤 光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，。第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm, 50% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，50%。第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm, 50% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，99%。第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，50%。第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，99%。第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤 光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，50%。
第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm, 50% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，1%。
第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，1%。第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤 光栅的中心波长和反射率分别为1550. 5nm，99%。本实施例中的第一和第二光纤光栅的中心波长分别为1550. Inm和1550. 5nm ；第 一和第二光纤光栅反射率有三个不同值1 %，50 %，99 %。本实施例的传感头个数为n = mk = 32 = 9个，其中m为反射率取值个数，k为每 个传感头上光纤光栅的个数。实施例二，本实施例结合附图1进行详细说明。一种强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，该系统的宽带光源1的输出接三端 口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合 器的第三端口 23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32........第二十七传感头
327串联连接组成；每个传感头由三个中心波长不同的光纤光栅组成。第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤 光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，5%。第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,80%o第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,80%o第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,80%o第十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤 光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第^^一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别 为 1552. 2nm,80%o第十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光 纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,5%0第十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第十八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,80%o第十九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm，45%。第二十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分 别为 1552. 2nm,80%o 第二十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%。第二十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第 二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第二十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第 二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第二十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,80%o第二十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,5%0第二十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,45%0第二十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二 光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率 分别为 1552. 2nm,80%o本实施例中的第一、第二和第三光纤光栅的中心波长分别为1551. 8nm、1552. Onm 和1552. 2nm ；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值5 %，45 %，80 %。本实施例的传感头个数为n = mk = 33 = 27个，其中m为反射率取值个数，k为每 个传感头上光纤光栅的个数。根据所需要测量的范围的大小来选择每个传感头上光纤光栅的个数以及光纤光 栅反射率的取值个数。强度光纤光栅组列车实时定位检测系统的宽带光源1发出的光进过三端口耦合 器2进入传感光纤光栅阵列3 ；传感光纤光栅阵列3反射回来的信号进入可调滤波器4。每 个传感头上多个光纤光栅对所测点的温度进行编码，可调滤波器4的波长按火灾报警要求 设定为一定值，在正常情况下，传感头上的光纤光栅对应的波长小于可调滤波器4的滤波 波长，可调滤波器4的输出端口无光输出；当任意测量点所在的温度升高时，将该测量点引 起该测量点的k个光纤光栅的中心波长发生变化。一旦测量点环境温度达到所设的报警点 时，该测量点的k个光纤光栅的中心波长与可调滤波器设置的滤波波长相同，可调滤波器4 有光输出，光电探测器5探测到光信号。由于每个传感头所对应的k个光纤光栅的反射率 不完全相同，当轨道发生危险情况时，根据光电探测器5所接受的功率信号的多少来判断 出是哪个传感头附近发生了危险，对列车进行实时定位。本发明所使用的器件均为市售器件。
权利要求
1.一种强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，该系统的宽带光源(1)的输出接三端 口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端 口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测 器(5)；其特征在于传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头(31)、第二传感头(32)........第η传感头(3η)串联连接组成，η ^ 1 ；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k > 2。
2.根据权利要求1所述的强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，其特征在于第一至第η传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反 射率不同或相同；第一至第η传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全 相同。
3.根据权利要求1所述的强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，其特征在于每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量为η = mk。
全文摘要
一种强度光纤光栅组列车实时定位检测系统，该系统的宽带光源(1)接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测器(5)。传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头、......、第n传感头串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。第一至第n传感头上光纤光栅的中心波长一致；第一至第n传感头中，任意两个传感头中k个光纤光栅的反射率不完全相同。每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m时，传感头数量n＝mk。该系统结构简单，价格便宜，能实现长距离、大范围的监测。
文档编号G01D5/32GK102095437SQ20111000458
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者周倩, 宁提纲, 李晶, 温晓东, 王目光, 裴丽, 赵鑫, 郑晶晶 申请人:北京交通大学