[发明专利]一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，特别是一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法。

背景技术

从1997年我国第一次列车提速以来，我国相继修建、开通了京津城际客运专列、京沪城际客运专列、京广城际客运专列，设计时速也从200公里逐步提升到350公里。中国已经建成世界上建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路网。到2020年，通过新建的高速铁路、客运专列以及对已有铁路实施全面的提升改造，初步形成总规模约1.6万千米的“四横四纵”的快速铁路客运网络，列车最高速度将达到350Km/h。形成连接川渝地区、江汉平原和长三角的沿江大能力快速通道。长三角、珠三角、环渤海京津冀，以及其他城镇密集地区，城际轨道交通骨干架基本形成。

随着列车运营速度、轴重、路网密度和行车密度的提高,加剧了铁路运输对环境的污染。现代铁路运输对环境的污染主要表现为铁路噪声，为此在通过人口密集区，高铁两侧要建立声屏障来阻隔噪声的传播。当高速列车通过声屏障时，由于巨大的脉动气压力的产生，引起声屏障剧烈的动力响应，甚至导致声屏障H钢卡槽松动。2003年德国科隆至法兰克福段的高铁声屏障结构就在列车脉动风压力的作用下全线破坏，直接造成三千万欧元的经济损失。目前检测H钢卡槽松动的方法主要等待高铁停止运营的晚间，依靠人工检查，这不仅效率低下而且可靠性得不到保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为克服现有技术的不足而提供一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法，通过检测H钢卡槽中铝板振动的最大幅值对应的相位差值是否超过预先设定的报警相位差阈值，能够实时监测高铁声屏障中H钢卡槽是否松动，可实现自动报警且成本低。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法，包括以下步骤：

步骤一、将光纤敷设在高铁声屏障上，采用光源模块发出直流光，该直流光经过预处理后产生窄线宽的激光脉冲信号，该激光脉冲信号注入光纤，在光纤中产生瑞利后向散射光信号；

步骤二、将瑞利后向散射光信号与本振光信号进行拍频后经光电转换输出电信号，将该电信号转换为数字信号；

步骤三、当高铁声屏障中H钢卡槽未发生松动，将步骤二所得的数字信号采用正交解调方法获得高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的标准相位

步骤四、当火车经过高铁声屏障时，将步骤二所得的数字信号采用正交解调方法获得高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的相位

步骤五、根据获得高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的相位差

步骤六、当步骤五中的相位差超过预先设定的报警阈值时，高铁声屏障中H钢卡槽则发生松动，则进行报警。

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述步骤六中预先设定的报警阈值是通过以下步骤计算获得；

A、对高铁声屏障中的铝板施加压力，直至铝板达到脱离H钢卡槽的最大距离d，将步骤二所得的数字信号采用正交解调方法获得该最大距离d下高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的相位

B、根据获得报警阈值

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述步骤一中窄线宽的激光脉冲信号的波长为1550nm。

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述步骤一中的预处理包括脉冲调制、脉冲放大、滤波。

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述脉冲调制是由声光调制器进行调制的。

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述脉冲放大是由恒功率的掺铒光纤放大器进行放大的。

作为本发明的一种监测高铁声屏障中H钢卡槽松动的方法的进一步优化的方案，所述步骤三中获得高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的标准相位具体如下：

将步骤二所得数字信号经处理分成两路数字信号，这两路数字信号分别乘以正弦信号sinΔωt、余弦信号cosΔωt后得到同相信号I₁和正交信号Q₁，根据L＝c×t/2，获得高铁声屏障上沿光纤分布的每一位置对应的瑞利后向散射光信号的标准相位其中，Δω为直流光经过光脉冲调制模块引入的频移量，t为时间变量，k为常数，L为光纤分布位置，c为光速。