一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统，系统包括激光发生器、环形器、分布式声学传感器、信号接收器及信号处理器。激光发生器用于发射脉冲探测光信号；环形器的第一端同激光发生器的输出端连接；用于实现信号单向传输；分布式声学传感器的信号端同环形器的第二端连接，用于在声波信号激励下改变其散射特性，并对环形器传输的脉冲探测光信号进行调制通过背向散射效应输出背向瑞利散射光；信号接收器的输入端同环形器的第三端连接，用于将背向瑞利散射光转为电信号；信号处理器的输入端同信号接收器的输出端连接，用于对电信号进行解调处理，根据解调后信号判断铁轨的异常信息和异物进入的信息。在线铁路监测系统实现多种监测复用。

An on-line railway monitoring system and method based on distributed acoustic sensors

The invention discloses an on-line railway monitoring system based on distributed acoustic sensors, which comprises a laser generator, a ring, a distributed acoustic sensor, a signal receiver and a signal processor. Laser generator is used to transmit pulse detection optical signals; the first end of the annulus is connected with the output end of the laser generator; it is used to realize unidirectional transmission of signals; the signal end of the distributed acoustic sensor is connected with the second end of the annulus, which is used to change its scattering characteristics under the excitation of acoustic signals and transmit pulses to the annulus. The detection light signal is modulated to output backscattered Rayleigh light through backscattering effect; the input end of the signal receiver is connected with the third end of the annulus to convert backscattered light into electrical signal; the input end of the signal processor is connected with the output end of the signal receiver to demodulate the electric signal. According to the demodulated signal, the abnormal information of the track and the incoming information of the foreign body are judged. Online railway monitoring system realizes multiple monitoring and multiplexing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法
本专利技术属于分布式声波光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统及方法。
技术介绍
中国是铁路大国，铁路运输发生的事故也时有发生，一种事故时因为铁轨出现异常情况，比如断轨、铁轨沉降、磨损等，这种异常轻则会使列车产生晃动，重则会使火车脱轨，危害人和财产的安全；另一种事故是由于铁路沿线有异物进入，如落石、泥石流，甚至误入铁路的人或者动物，造成的伤亡或者财产损失。目前对于铁轨异常的检测，主要采用超声波检测法或者图像识别的方法，这些方法都需要占用铁路线路进行检测，速度慢、只能在铁路运输的空窗期来检测。而有些研究利用压电陶瓷等电传感器对铁轨的发出的声波进行测量，可以实现在线检测，但是由于使用电路进行连接，需要电力供应、对环境很高，铁路沿线难以满足铺设要求。此外，这类传感器只能进行单点测量，由于铁路里程很长，想要达到可以沿铁路检测铁轨异常的目的，需要安装大量的传感器以达到“准分布式”，安装过程十分复杂，维护成本高。目前对于异物进入的检测，主要采用防护电网或者防护光缆的形式进行检测，在铁轨周围的护栏上固定传感电缆或者传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统，其特征在于，包括：激光发生器(101)，用于发射脉冲探测光信号；环形器(102)，其第一端(1)同激光发生器(101)的输出端连接；用于实现信号单向传输；分布式声学传感器(103)，其信号端同环形器(102)的第二端(2)连接，其为一根刻有多个微结构的光纤，用于在声波信号激励下改变其散射特性，并对环形器(102)传输的脉冲探测光信号进行调制通过背向散射效应输出背向瑞利散射光；信号接收器(104)，其输入端同环形器(102)的第三端(2)连接，用于将背向瑞利散射光转为电信号；以及信号处理器(105)，其输入端同信号接收器(104)的输出端连接，用于...

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式声学传感器的在线铁路监测系统，其特征在于，包括：激光发生器(101)，用于发射脉冲探测光信号；环形器(102)，其第一端(1)同激光发生器(101)的输出端连接；用于实现信号单向传输；分布式声学传感器(103)，其信号端同环形器(102)的第二端(2)连接，其为一根刻有多个微结构的光纤，用于在声波信号激励下改变其散射特性，并对环形器(102)传输的脉冲探测光信号进行调制通过背向散射效应输出背向瑞利散射光；信号接收器(104)，其输入端同环形器(102)的第三端(2)连接，用于将背向瑞利散射光转为电信号；以及信号处理器(105)，其输入端同信号接收器(104)的输出端连接，用于对电信号进行解调处理，根据解调后信号判断铁轨的异常信息和异物进入的信息；所述声波信号为列车经过时产生的声波信号，分布式声学传感器(103)沿铁轨铺设。2.如权利要求1所述的在线铁路监测系统，其特征在于，分布式声学传感器(103)采用固定胶全段式或者固定带点式同铁轨一侧固定。3.如权利要求1或2所述的在线铁路监测系统，其特征在于，分布式声学传感器(103)中微结构为通过对光纤某个位置点经过紫外线曝光获得。4.一种基于权利要求1至3任一项所述的在线铁路监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S210：根据瑞利散射信号的时间的先后，确定分布式声学传感器103探测到每一个位置的声波信号；步骤S220：通过每个位置的声波信号同列车经过该位置的声波信号比较，判断是否出现异物进入；通过对每个位置的声波信号进行声波传递分析或者声波特征比较分析，确定铁轨是否出现异常。5.如权利要求4所述的监测方法，其特征在于，步骤S220中每个位置的声波信号的解调步骤包括如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，范存政，王森懋，艾凡，李豪，闫志君，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42