基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统的制作方法

本发明涉及光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统，适用于既有铁路贯通地线安防、光纤传感等领域。

背景技术：

贯通地线主要由铜制缆线构成，其作用是保证一定范围内的铁路电气系统安全可靠的接地。因此，它的搭建使得铁路系统电气设备的接地可靠性更为理想,各类电磁干扰和设备间的不平衡电流得到消除，击于铁路系统的雷击电流可以得到迅速地释放，从而为铁路系统的运维、安全防护等方面提供重要支持。由于铜制材料的价值较高，而贯通地线在通常的工作条件下仅存在较小的电流,这便为不法分子提供了盗窃贯通地线的动机和机会，他们往往会通过切割、挖取等手段，将贯通地线从铁路电缆系统中盗取并贩卖获利。同时，由于贯通地线在某一段电缆系统中被分离出去之后，并不会非常明显地即刻对铁路系统运行造成干扰，这更为犯罪分子提供了盗窃良机和逃匿机会。所以，如若不能在铺设铁路贯通地线的同时辅以一个行之有效的防盗监测技术手段，此类犯罪情况将会愈演愈烈，铁路行车控制、列车指挥将会受到干扰，相应区段电缆因承载了本应流经贯通地线的额外电流而会造成损毁。

目前，电缆的防盗系统主要有如下方法：u/i检测法，针对电缆中工作电流i和电缆电压u进行检测，如果它们的检测结果符合预期，则可判定被测电缆没有发生工作故障，处于正常状态，如果电缆被检测到只有电压而没有电流，则认为是电缆发生了故障或损坏。但是此方法应用于贯通地线的防盗监测，将会有许多弊端。一方面，u/i检测法往往更适用于稳定通电电缆的监测，而铁路贯通地线由于其复杂多变的运营环境，很难在测量时制定其工作电压与电流的预期值。另一方面，由于贯通地线的接地特性，通过此方法来进行监测将有可能无法得到准确的测量数据。电容探测法，该方法是利用一对终端短路相连、始端连接于振荡器和空置电缆的结构对电缆运作情况进行监测。若空置电缆没有发生运行故障，则振荡器不会进行振动示警，当空置电缆由于隔断而无法进行正常运作时，此电缆则可以看作是一个电容大小同隔断位置相关的电容，振荡器便会由于电容变化而输出不同频率的信号，从而起到防盗的效果。但鉴于额外空置电缆的成本和铁路贯通地线的结构问题，此方法也不适合铁路贯通地线的防盗监测。电流传感器+gsm短消息，此方法以无源电流传感器为核心，在不跟电缆发生接触的前提下，通过附着于电缆的传感器来获得感应电流。此感应电流的大小同电缆上的电流大小密切相关，进一步通过电流/电压转换、a/d转换、数学计算等步骤，得到真正的电缆中工作电流的相关数据，再以gsm短消息的形式将此数据发送至远端处理器。此方法应用铁路贯通地线防盗监测仍然有很多问题，如gsm模块的功耗问题、隧道或偏远地区铁路难以接收到基站信号的问题，都会对监测数据准确性造成影响，从而会对系统的稳定性造成影响。光纤传感技术相对于传统的电学传感技术具有抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，专利200920227515.x提出一种数字智能型贯通地线，包括导体，导体外设置有一根光纤，导体和光纤外包覆有塑料护套，光纤放在导体单线之间，起到智能在线监控的作用。专利201010244846.1提出一种光纤复合贯通地线，线芯导体是由多根金属单线和光纤单元绞合而成，从而实现对环境温度变化、火灾、所受外力破坏等的监测、预警功能。专利201120226164.8提出一种加强型光纤复合贯通地线，通过在电工圆铜绞线中置入不锈钢管光单元和碳纤维复合加强芯，实现贯通地线具有报警、温度测量、异常情况反馈等信息传递的特殊功能。专利201610413850.3提出一种远程监控预警贯通地线，它有缆芯、压电传感器和光纤传感器构成，压电传感器位于缆芯的中心位置，光纤传感器位于缆芯的周边并与金属外护套内壁相邻。以上基于光纤传感技术的铁路贯通地线监测系统，需要在贯通地线生产制造时，就将光纤传感器置于贯通地线内，然后再将贯通地线进行铺设安装，不适用于既有铁路贯通地线的防盗监测领域。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统。

本发明的技术方案：

一种光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统，该系统的脉冲发生器的输出端接光源的输入端，光源的输出端接定向耦合器的第一端口，定向耦合器的第二端口接传感光纤，传感光纤由微弯光纤和平直光纤依次连接构成，传感光纤固定于铁路贯通地线上，微弯光纤固定点之间的距离为l1，微弯光纤的弯曲半径为r,平直光纤的长度为l2，定向耦合器的第三端口接光电探测器输入端，光电探测器的输出端接信号处理模块的输入端，信号处理模块的输出端接显示模块和扬声器。

脉冲发生器驱动光源产生探测光脉冲，探测光脉冲经定向耦合器注入传感光纤，其在传感光纤中的弯曲损耗信号、背向瑞利散射和反射信号经定向耦合器输出被光电探测器接收，光电探测器输出的电流信号输出到信号处理模块，信号处理模块输出的信号通过显示模块显示，并将音频信号通过扬声器传送，从而实现铁路贯通地线的防盗监测。

本发明的有益效果：本发明提出的基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统能够实现既有铁路贯通地线的防盗监测，基于光纤传感技术，具有长距离监控、低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点，同时，设计方案中传感光纤由微弯光纤和平直光纤依次连接构成，贯通地线的抽离会引起微弯光纤的释放，导致系统报警，进一步避免了针对盗窃事件的监测疏漏。同时传感光纤固定于贯通地线的外部，在既有铁路贯通地线的防盗监测领域具有广阔应用前景。

附图说明

图1基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统结构示意图。

图2采用环形器的光纤微弯设计既有铁路贯通地线防盗系统结构示意图。

图3基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统正常工作响应曲线。

图4基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统当盗窃发生时的响应曲线。

图5基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统当弯曲释放时的响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一，见图1，一种光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统，该系统的脉冲发生器1的输出端接光源2的输入端，光源2的输出端接定向耦合器3的第一端口311，定向耦合器的第二端口312接传感光纤，传感光纤由微弯光纤4和平直光纤5依次连接构成，传感光纤固定于铁路贯通地线6上，微弯光纤固定点7之间的距离为l1，微弯光纤4的弯曲半径为r,平直光纤5的长度为l2，定向耦合器的第三端口313接光电探测器8输入端，光电探测器8的输出端接信号处理模块9的输入端，信号处理模块9的输出端接显示模块10和扬声器11。

脉冲发生器驱动光源产生探测光脉冲，探测光脉冲经定向耦合器注入传感光纤，其在传感光纤中的弯曲损耗信号、背向瑞利散射和反射信号经定向耦合器输出被光电探测器接收，光电探测器输出的电流信号输出到信号处理模块，信号处理模块输出的信号通过显示模块显示，并将音频信号通过扬声器传送，从而实现既有铁路贯通地线的防盗监测。

本实施例所述的光源为led光源，传感光纤的长度为1km，微弯光纤固定点之间的距离为20cm，微弯光纤的弯曲半径为1.25m,平直光纤的长度相同为10m。

实施例二，见图1，一种光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统，该系统的脉冲发生器1的输出端接光源2的输入端，光源2的输出端接定向耦合器3的第一端口311，定向耦合器的第二端口312接传感光纤，传感光纤由微弯光纤4和平直光纤5依次连接构成，传感光纤固定于铁路贯通地线6上，微弯光纤固定点7之间的距离为l1，微弯光纤4的弯曲半径为r,平直光纤5的长度为l2，定向耦合器的第三端口313接光电探测器8输入端，光电探测器8的输出端接信号处理模块9的输入端，信号处理模块9的输出端接显示模块10和扬声器11。

脉冲发生器驱动光源产生探测光脉冲，探测光脉冲经定向耦合器注入传感光纤，其在传感光纤中的弯曲损耗信号、背向瑞利散射和反射信号经定向耦合器输出被光电探测器接收，光电探测器输出的电流信号输出到信号处理模块，信号处理模块输出的信号通过显示模块显示，并将音频信号通过扬声器传送，从而实现既有铁路贯通地线的防盗监测。

本实施例所述的光源为半导体激光器，传感光纤的长度为30km，微弯光纤固定点之间的距离为50cm，微弯光纤的弯曲半径为1.5m,平直光纤的长度各不相同，分别为30m、60m、90m……

实施例三，见图2，一种光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统，该系统的脉冲发生器1的输出端接光源2的输入端，光源2的输出端接环形器3的第一端口311，环形器的第二端口312接传感光纤，传感光纤由微弯光纤4和平直光纤5依次连接构成，传感光纤固定于铁路贯通地线6上，微弯光纤固定点7之间的距离为l1，微弯光纤4的弯曲半径为r,平直光纤5的长度为l2，环形器的第三端口313接光电探测器8输入端，光电探测器8的输出端接信号处理模块9的输入端，信号处理模块9的输出端接显示模块10和扬声器11。

脉冲发生器驱动光源产生探测光脉冲，探测光脉冲经环形器注入传感光纤，其在传感光纤中的弯曲损耗信号、背向瑞利散射和反射信号经环形器输出被光电探测器接收，光电探测器输出的电流信号输出到信号处理模块，信号处理模块输出的信号通过显示模块显示，并将音频信号通过扬声器传送，从而实现既有铁路贯通地线的防盗监测。

本实施例所述的光源为光纤激光器，传感光纤的长度为250km，微弯光纤固定点之间的距离为2m，微弯光纤的弯曲半径为5m,平直光纤的长度相同为100m。

本发明的光源可以使用不同类型的光源，传感光纤之间的长度、微弯光纤固定点之间的距离、微弯光纤的弯曲半径、平直光纤的长度可以根据实际适用情形选取，所使用的器件均为市售器件。上述内容仅是对本发明较佳实施例的详细说明，而本发明的保护范围并不限于上述内容，本领域的技术人员可以根据本方明的思想，对本发明进行各种变形和修饰，这些应属于本发明的保护范围。