一种光纤光栅传感计轴系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种光纤光栅传感计轴系统，所述系统包括：电源子系统；计轴传感子系统；解调子系统，所述解调子系统通过光纤光缆与计轴传感子系统连接；计轴主控子系统，所述计轴主控子系统通过系统总线与解调子系统连接，所述解调子系统通过系统总线向计轴主控子系统发送列车经过时的计轴和方向等信息，所述计轴主控子系统用于对列车经过时的轴数和方向进行计算，用于区段占用或空闲的判断；输入子系统；通信子系统；输出子系统。本实用新型专利技术的光纤光栅传感计轴系统的计轴传感器由FBG构成，不受电信号干扰；以光纤光栅传感原理为基础、以光信号进行传输，成本低，测量精准，干扰小。

A fiber grating sensing axle counter system

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅传感计轴系统
本技术属于轨道交通领域，特别涉及一种光纤光栅传感计轴系统。
技术介绍
轨道计轴设备是用以检测列车通过铁路上某一点(计轴点)的车轴数，以检查两个计轴点之间或轨道区段内的空闲/占用情况的设备。现有的计轴大多采用电磁式计轴，其基本原理为：在轨道区段两端，选择在一根钢轨的同一侧安装两个计轴传感器探测通过的车轮。当车轮通过时，它改变传感器的发送器和接收器之间的交变磁场，从而改变了接收线圈上的感应电压或相位值，计轴设备根据其交变磁场的变化频率和其变化的时间顺序判断通过的列车轴数、识别列车运行的方向。计轴主机处理从计轴轨旁盒传来的计轴传感器变化信息，比较进入区段的轴数和离开区段的轴数，从而给出轨道空闲/占用的指示。这种计轴方式容易受到电磁干扰，当磁头处划过金属物时，造成的干扰轴影响行车；信号传输需要使用铜芯的电缆，增加了成本。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供一种光纤光栅传感计轴系统，所述系统包括：电源子系统，所述电源子系统连接系统总线，用以提供电源；计轴传感子系统，所述计轴传感子系统由FBG传感器组成，用于感知车轮压过钢轨的应变；解调子系统，所述解调子系统通过光纤光缆与计轴传感子系统连接，用于对所述计轴传感子系统的反射光信号进行解调，并经信号分析给出计轴和列车行驶方向信息；计轴主控子系统，所述计轴主控子系统通过系统总线与解调子系统连接，所述解调子系统通过系统总线向计轴主控子系统发送列车经过时的计轴和方向等信息，所述计轴主控子系统用于对列车经过时的轴数和方向进行计算，用于对区段占用或空闲的判断；输入子系统，所述输入子系统通过系统总线连接计轴主控子系统，用于复零按钮安全采集、输出的安全回采，并将采集数据发送给计轴主控子系统；通信子系统，所述通信子系统与计轴主控子系统之间通过系统总线连接，用于对外通信；输出子系统，所述输出子系统通过系统总线接收计轴主控子系统的输出控制指令，用以轨道区段的空闲或占用信息的安全输出。进一步地，所述解调子系统采用边缘滤波光强解调的方式进行，且所述解调子系统采用二取二的双MCU冗余配置。进一步地，所述计轴传感子系统安装于钢轨两枕木之间的钢轨轨底或者钢轨轨腰处。进一步地，所述输入子系统、所述通信子系统、所述输出子系统均配置有两个。进一步地，所述通信子系统包括以太网、串口中的一种或多种。进一步地，所述解调子系统内部包括光源模块、光路部分、信号采集模块、信号处理模块和通信模块；且所述光源模块、光路部分通过光纤连接，所述信号采集模块、信号处理模块和通信模块内部之间电性连接。进一步地，所述光源模块、光路部分、信号采集模块、信号处理模块、通信模块之间均采用隔离的方式设置。进一步地，所述计轴传感子系统由三个FBG传感器组成。进一步地，所述计轴主控子系统配置有两个，且各个所述计轴主控子系统之间双向连接。本技术的光纤光栅传感计轴系统的计轴传感器由FBG构成，不受电信号干扰；以光调节原理为基础、以光纤光栅信号进行传输，成本低，测量精准，干扰小。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本技术光纤光栅传感计轴系统的系统图；图2示出了本技术的FBG反射特性示意图；图3示出了本技术利用边缘滤波光强调制型解调原理示意图；图4示出了本技术轨底安装时三个光纤光栅传感器的波长随时间变化量；图5示出了本技术轨底安装时三个光纤传感器下不同时间的波长差值序列；图6示出了本技术判断区段状态的示意图；图7示出了本技术轨腰安装时三个光纤光栅传感器的波长随时间变化量；图8示出了本技术轨腰安装时三个光纤传感器下不同时间的波长差值序列；图9示出了本技术检测车长的计轴传感子系统的布设示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术提供一种光纤光栅传感计轴系统，图1示出了本技术的系统图，如图1所示，所述系统包括：电源子系统：所述电源子系统连接系统总线，用以提供电源；所述电源子系统由直流电源模块实现，将外部供电的24VDC电源(24V直流电源)防护处理后，转化为内部电源；计轴传感子系统：所述计轴传感子系统由FBG传感器(光纤布拉格光栅传感器)组成，用于感知车轮压过钢轨的应变；图2示出了本技术的FBG反射特性示意图，如同2所示，入射进光纤光栅的宽带光，只有满足预定条件波长的光能被反射回来，其余的光都被透射出去；光纤光栅传感的基本原理是将外界参量(应变、温度等)的变化转化为其FBG中心波长的移动，通过检测光栅反射的中心波长的移动，实现对外界参量的测量；将光栅计轴传感装置安装在钢轨两枕木之间的钢轨外侧，示例性的，安装到钢轨的轨底和钢轨的轨腰，当有列车经过该段钢轨时，钢轨受车轮作用产生形变，利用FBG的应变传感特性即可检测出车轮作用在该段钢轨上的剪力。解调子系统，所述解调子系统通过光纤光缆与计轴传感子系统连接，用于对计轴传感子系统的反射光信号进行解调，经信号分析给出计轴和列车行驶方向信息，且所述解调子系统内部包括光源模块、光路部分、信号采集模块、信号处理模块、通信模块，所述光源模块和光路部分通过光纤连接，其他各个模块之间电性连接，同时各个模块之间均采用隔离的方式设置，避免模块之间相互影响，方便后续系统维修。示例性的，所述解调子系统采用边缘滤波光强的方式进行解调，且所述解调子系统采用二取二的双MCU冗余配置。图3示出了利用边缘滤波光强调制型解调原理示意图。示例性的，如图3所示，宽带光源出光经一分为三，即通过波分复用器后分为三束光，但不限于三束光，送入三路FBG传感器，每一路连接一个相应波长的FBG传感器，但是三路之间传感器的波长范围不一样。信号经一分为二，即通过耦合器分为等强度的两路光，为确保解调结果不受传感器波长飘移引入的解调错误，采用多个不同波段的滤波器(示例性的，滤波器的波段为Filter1/2/3三个)对回光信号进行波长范围的控制，每一路的滤波器与对应的传感器的波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅传感计轴系统，其特征在于，所述系统包括：/n电源子系统，所述电源子系统连接系统总线，用以提供电源；/n计轴传感子系统，所述计轴传感子系统由FBG传感器组成，用于感知车轮压过钢轨的应变；/n解调子系统，所述解调子系统通过光纤光缆与所述计轴传感子系统连接，用于对所述计轴传感子系统的反射光信号进行解调，并经信号分析给出计轴和列车行驶方向信息；/n计轴主控子系统，所述计轴主控子系统通过系统总线与所述解调子系统连接，用于发送列车经过时的计轴和方向等信息，所述计轴主控子系统用于对列车经过时的轴数和方向进行计算，用于区段占用或空闲的判断；/n输入子系统，所述输入子系统通过系统总线连接所述计轴主控子系统，用于复零按钮安全采集、输出的安全回采、将采集数据发送给所述计轴主控子系统；/n通信子系统，所述通信子系统与所述计轴主控子系统之间通过系统总线连接，用于对外通信；/n输出子系统，所述输出子系统通过系统总线接收所述计轴主控子系统的输出控制指令，用以轨道区段的空闲或占用信息的安全输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅传感计轴系统，其特征在于，所述系统包括：
电源子系统，所述电源子系统连接系统总线，用以提供电源；
计轴传感子系统，所述计轴传感子系统由FBG传感器组成，用于感知车轮压过钢轨的应变；
解调子系统，所述解调子系统通过光纤光缆与所述计轴传感子系统连接，用于对所述计轴传感子系统的反射光信号进行解调，并经信号分析给出计轴和列车行驶方向信息；
计轴主控子系统，所述计轴主控子系统通过系统总线与所述解调子系统连接，用于发送列车经过时的计轴和方向等信息，所述计轴主控子系统用于对列车经过时的轴数和方向进行计算，用于区段占用或空闲的判断；
输入子系统，所述输入子系统通过系统总线连接所述计轴主控子系统，用于复零按钮安全采集、输出的安全回采、将采集数据发送给所述计轴主控子系统；
通信子系统，所述通信子系统与所述计轴主控子系统之间通过系统总线连接，用于对外通信；
输出子系统，所述输出子系统通过系统总线接收所述计轴主控子系统的输出控制指令，用以轨道区段的空闲或占用信息的安全输出。


2.根据权利要求1所述光纤光栅传感计轴系统，其特征在于，所述解调子系统采用边缘滤波光强解调的方式进行，且所述解调子系统采用二取二的双MCU冗余配置。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，周荣，王智新，任国桥，刘贞，李智宇，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11