[发明专利]铁路落石预警方法

说明书

本申请为申请日为2009年11月30日、申请号为200910238682.9、发明名称为“铁路落石预警系统及铁路落石预警方法”的专利申请的分案申请

技术领域

本发明涉及利用光纤光栅的铁路落石预警系统和铁路落石预警方法。

背景技术

对于铁路沿线的边坡而言，一旦发生崩塌落石，将对铁路、在铁路运输生产、安全管理、运营效率以及经济效益产生巨大的影响。消除或减小崩塌落石的各种诱发因素及其程度，在某种程度上可以起到防范作用，但是不能从根本上解决崩塌落石对沿线铁路构成的威胁。

因此，现实中存在对崩塌落石的落到铁轨上的情况进行预警的迫切需要。常用的方法有：

电测方法，采用应变电阻，其精度低，抗干扰能力差，寿命短，现场需要用电源，信号难以远距离传输，不适合长期监测。

GPS方法，采用卫星定位系统，其现场设备需维护，现场需要电源，特殊地域无法取得信号，特别是无法测得地质内部的应力变化，所以无法对塌方进行预报，如进行多点监测，则该系统造价昂贵。

图像法，采用室外摄像法，比较直观。但雨、雾和雪天难以识别，不能预报，且现场需要电源，设备容易被破坏。

在现有技术中，常用的测量振动的传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器。但是，上述传感器都基于将机械能转换成电能的原理。利用上述传感器感测铁轨或枕木的振动时，由于铁轨附近存在形成干扰源的高压电源，因此，上述电传感器在高磁场、高电场的环境下存在测量精度不高的问题。

而光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小(标准裸光纤为125um)、重量轻的优点。

发明内容

基于上述问题提出本发明。

根据本发明的一个方面，一种铁路落石预警系统，包括：光纤光栅振动传感部件，包括基部和与所述基部连接的自由的端部，所述基部刚性连接到铁路的铁轨或枕木上，所述端部适于随铁轨或枕木的振动而振动；和光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别连接在基部和端部上，并适于基于端部的振动而产生应变；光纤光栅解调仪器，所述光纤光栅解调仪器将光源发出的光导引到所述光纤光栅，接收从光纤光栅反射回的光、并输出反映该反射回的光由应变导致的波长变化的电信号；和分析报警装置，所述分析报警装置获取从光纤光栅反射回的光的波长变化信息从而确定是否发出铁轨存在故障的报警，其中所述波长变化信息至少包括光的波长变化幅值。

有利地，所述系统还包括基部和与所述基部连接的自由的端部，所述基部刚性连接到铁路的铁轨或枕木上，从而所述端部适于随铁轨或枕木的振动而振动，其中所述光纤光栅的两端分别连接在基部和端部上。基部可以通过振动放大臂连接到端部，进而，所述光纤光栅固定在光纤光栅应变片上，所述光纤光栅应变片的两端分别固定在基部和端部上。

有利地，所述光纤光栅振动传感部件为多个且沿铁轨依次间隔开布置。

进一步地，一根光缆将从宽带光源发出的光导引到每一个光纤光栅从而串联光纤光栅，其中每一个光纤光栅反射该光中对应波长范围的光，且所述对应波长范围彼此不重叠；且所述光纤光栅解调仪器接收从各个光纤光栅反射回的光并输出反映该反射回的光的波长的变化的电信号。

或者进一步地，所述光纤光栅振动传感部件分为多组，每组分配一根光缆，所述多个光纤光栅振动传感部件组沿铁轨依次间隔开布置；每一根光缆将宽带光源发出的光导引到相应的一个光纤光栅振动传感部件组中的每一个光纤光栅从而串联该组中的光纤光栅，其中每组中的每一个光纤光栅反射该光中对应波长范围的光，且所述对应波长范围彼此不重叠；且所述光纤光栅解调仪器接收从各个光纤光栅反射回的光并输出反映该反射回的光的波长的变化的电信号。

有利地，所述光纤光栅振动传感部件安装在铁轨的下方。这也有助于保护光纤光栅。

根据本发明的铁路落石预警系统结构简单，动态响应好，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，由于本身具备光纤光栅特性，即，在光纤光栅中可见光传输的振动信号不会受到铁路周围电磁场(例如由高压线产生)的干扰，所以在高电压、强磁场的环境下能够保证信号不失真并能正常传输。

根据本发明的另一方面，提出了铁路落石预警方法，包括：步骤1：提供随铁轨振动产生应变的光纤光栅；步骤2：利用光纤光栅解调仪器获取反映从所述光纤光栅反射回的光的波长变化的电信号；步骤3：基于所述电信号获取从光纤光栅反射回的光的波长变化信息，其中所述波长变化信息至少包括光的波长变化幅值；和步骤4：基于该波长变化信息确定是否发出报警。