[发明专利]基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统，适用于光纤传 感技术、民用工程、轨道交通等领域。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代末的新兴技术之一。与传统传感器相比， 光纤传感器具有以下特点：频带宽、不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、损伤 阈值高、不必与被测物体接触、电子设备与传感器可以间隔较远和能形成传感 网络等优点。

目前光纤传感器可分为两类：一类是利用光纤本身的某些敏感特性或功能 制成的传感器称为功能型传感器；另一类是传光型传感器，光纤仅起传输光波 的作用，还必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才构成传感器。传光型传 感器要求能传输的光越多越好，所以它主要用多模光纤构成；而功能型传感器 需要靠被测对象调制或改变光纤的传输特性，所以一般多用单模光导纤维构成。

光纤传感器应用于列车实时定位，一般均采用光纤干涉仪是属于功能传感 器类型的。光纤干涉仪是基于光干涉技术用于检测的光纤传感器系统，是光纤 通信、光纤传感技术领域内的重要光器件之一，其测量精度比普通光纤传感器 的测量精度更高，它不仅具有传统的干涉仪功能，而且可以测量压力、应力(应 变)、磁场、折射率、微震动、微位移等等，用途非常广泛。

光纤干涉仪输出的是激光的相位信息，而光电探测器只能检测到光的强度 信号，为此必须采取将光相位信号转换成相应的光强信号的方法。传统的光纤 马赫曾德干涉仪是光相位解调的方法之一，它是一种双臂式的干涉结构，通过 检测到的干涉结果获得随时间和空间变化的被测量的信息，实现对管道、列车、 隧道、围栏、铁路等的检测。但是采用传统的光纤马赫曾德干涉仪只能定位出 列车行驶的大致位置，而不能定位出其具体位置，影响定位系统的实际运用， 也降低了工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能对列车具体定位的基于M-Z干涉 仪的高速列车实时定位系统。

本发明的技术方案：

一种基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统，该系统包括宽带光源的输 出接第一三端口耦合器的第一端口，第一三端口耦合器的第二端口接信号臂光 纤的一端，第一三端口耦合器的第三端口接参考臂光纤的一端，信号臂光纤的 另一端接第二三端口耦合器的第一端口，参考臂光纤的另一端接第二三端口耦 合器的第二端口，第二三端口耦合器的第三端口接光电探测器的输入端，光电 探测器的输出端接数据采集卡，数据采集卡接计算机；信号臂光纤环绕在柱状 压电陶瓷上。

传感光纤与宽带光源的光轴平行设置，光时域反射计接传感光纤的一端。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统，结构简单， 易于实现；传感光纤与光轴平行布设，可以准确定位出列车行驶的具体位置； 对系统稍加改造，可以构成分布式的系统结构，可进一步增大实际监测距离和 监测范围，有效地提高系统性价比。

附图说明

图1基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

一种基于M-Z干涉仪的高速列车实时定位系统，见图1。

该系统包括宽带光源1的输出接第一三端口耦合器的第一端口211，第一三 端口耦合器的第二端口212接信号臂光纤31的一端，第一三端口耦合器的第三 端口213接参考臂光纤32的一端，信号臂光纤31的另一端接第二三端口耦合 器的第一端口221，参考臂光纤32的另一端接第二三端口耦合器的第二端口 222，第二三端口耦合器的第三端口223接光电探测器4的输入端，光电探测器 4的输出端接数据采集卡5，数据采集卡5接计算机6；信号臂光纤31环绕在柱 状压电陶瓷7上。

传感光纤33与宽带光源1的光轴平行设置，光时域反射计8接传感光纤33 的一端。

信号臂光纤31环绕在柱状压电陶瓷7上，是用来抵消因温度的变化而产生 的相位波动，获得相位正交偏置条件。

宽带光源1发出的相干光经第一三端口耦合器分为光强相等的两束激光分 别进入信号臂光纤31和参考臂光纤32，参考臂光纤产生的信号光和参考臂光纤 产生的信号光经第二三端口耦合器汇合形成干涉拍频信号，光电探测器4检测 从第二三端口耦合器射出的干涉拍频信号。光电探测器4转换成的电信号，通 过数据采集卡5采集，并在计算机6上显示。