一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统及其监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及电气化铁路技术领域，特别是一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统及其监测系统。检测系统包括激光器、耦合器、分布式光纤、分路器、光探测器和光时域控制处理单元，分布式光纤嵌入到接触网的承力索导线中；激光器发射的激光脉冲经过耦合器输出到分布式光纤中，分布式光纤产生反向传输的拉曼散射信号，拉曼散射信号经过耦合器输出到分路器，分路器将拉曼散射信号分为斯托克斯光和反斯托克斯光，经过光探测器光电转换后，光时域控制处理单元输出承力索的温度值和位置信息。本实用新型专利技术利用了分布式光纤无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，采用光纤得到接触网的承力索在时间和空间上的连续分布信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统及其监测系统


[0001]本技术涉及电气化铁路接触网
，特别是一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统及其监测系统。

技术介绍

[0002]接触网作为一种无备用的户外供电设备，经常受风、雨、雪冰等恶劣气象条件的影响，列车受电弓与接触网高速动态摩擦，导致接触网各部件长期振动，磨损将加剧，容易发生部件松动、断股甚至断线事故，对电气化铁路的安全运营构成直接威胁，因此对接触网各部件的状态安全检测是一项重要的工作内容。
[0003]目前，针对这一问题，运营部门通常采用加强人工巡检和接触网巡检车等方式加以巡视和检测，但是，人工巡检即费时又费力，而且距离接触网太远，存在检查的盲区的缺点，并且这种检查方式下，检测人员自身的安全也得不到保障；接触网巡检车通常只能安排在深夜，按固定周期进行巡检，受气候、运行条件、图像处理和识别技术影响，效果不太理想。

技术实现思路

[0004]本技术的专利技术目的在于：为了解决现有接触网检测的缺陷，例如：人工巡检效率低下，成像检测设备难以提前有效发现相关微量隐患等问题，提出了一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统及其监测系统。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：
[0006]一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统，包括激光器、耦合器、分布式光纤、分路器、光探测器和光时域控制处理单元，
[0007]激光器发射激光脉冲到耦合器；
[0008]耦合器接收激光器发射的激光脉冲，并将激光脉冲输出到分布式光纤，耦合器还接收从分布式光纤输出的拉曼散射信号；
[0009]分布式光纤嵌入到接触网的承力索导线中，用于正向传输激光脉冲，并用于产生反向传输的拉曼散射信号；
[0010]分路器从耦合器接收拉曼散射信号，并将拉曼散射信号分为斯托克斯光和反斯托克斯光，输出斯托克斯光和反斯托克斯光到光探测器；
[0011]光探测器接收斯托克斯光和反斯托克斯光，并将斯托克斯光和反斯托克斯光分别进行光电转换，输出反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号到光时域控制处理单元；
[0012]光时域控制处理单元根据反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号，输出承力索导线的温度值和位置信息。
[0013]作为本技术的优选方案，系统还包括数据采集单元，
[0014]数据采集单元，接收反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号，对反斯托克斯电信号进行降噪处理，得到第一电信号，对斯托克斯电信号进行降噪处理，得到参考电信号，并将
和“感”的功能。在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤中传输时，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生多种微弱的背向散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动而产生，产生两种光：对温度不敏感的斯托克斯光和对温度敏感的反斯托克斯光，两者的波长不同，利用其中拉曼散射信号的强度与该点所处位置的温度相关性最大原理，通过检测每一点拉曼散射光信号的光强，以反斯托克斯光作为信号通道，斯托克斯光作为参考通道，检测两者光强的比值，可以调解出散射区的温度信息，进而得到整条光纤传感器上的温度分布。
[0033]基于上述原理，一种具体的电气化铁路接触网导线分布式检测系统如图1所示。系统包括分布式光纤、激光器、耦合器、分路器、光探测器。激光器发出激光脉冲，经耦合器到达分布式光纤的各位置，在各位置形成拉曼散射，产生拉曼散射信号，拉曼散射信号通过分布式光纤和耦合器返回到分路器，分路器将拉曼散射信号分为对温度不敏感的斯托克斯光和对温度敏感的反斯托克斯光，斯托克斯光和反斯托克斯光经过光探测器的光电转换单元转换成电信号并放大，再由采集单元进行降噪处理。散射光对应的电信号经过光时域反射控制处理单元进行计算，获得光纤各处的温度值和位置信息，并输出到接触网导线监测系统。当承力索部分股数断裂时，断裂处有效横截面积减小，断裂处的局部阻抗增大，该断裂处出现“硬点”，引起负载电流的增大，产生能量聚集，温度上升，传递到分布式光纤传感，可以定位和监测到温度变化，通过与正常值比较，可以实现对整个承力索导线温度变化的跟踪预警，及时发现隐患。
[0034]具体地，激光器采用ns级MOPA结构的脉冲光纤激光器DTS-PEFL-N-B，可在一定范围内对脉冲宽度进行连续调节，确保高峰值功率光脉冲输出。
[0035]使用1
×
3 双向光纤耦合器对激光脉冲进行分束，并将分束后的激光脉冲传入分布式光纤传感器，由于分布式光纤传感器嵌入到接触网的承力索导线中，利用分布式光纤中散拉曼信号强度对温度的敏感特性，实现对沿光纤路径外承力索导线温度变化在时间和空间上的连续分布进行测量。散射拉曼光回传经过耦合器，进入分路器，该分路器是利用半导体工艺制作的光波导分支器件的1
×
2 PLC型分路器，只有固定频率的斯托克斯光和反斯托克斯光能透过。斯托克斯光和反斯托克斯光两束光分别输入到带放大功能的OPEAK公司的InGaAs光电探测器，基于半导体材料的光生伏特效应，将信号放大，降噪处理后实现将光转变成电的过程。转变成电信号后的反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号通过Spectrum仪器公司6.596-24数据采集器输出到光时域控制处理单元，Spectrum仪器公司6.596-24数据采集器能够实现精准的多通道信号获取。光时域控制处理单元采用FPGA现场可编程逻辑器件EP4CE40F23C8N将电信号转换为温度信号，温度信号反应出承力索导线的阻抗特性。光时域控制处理单元将电信号转换为温度信号，是本领域的现有技术，特别的，北京兴迪公司的光纤测温系统CTM4000中自带的温度监测软件，就可以实现电信号到温度值的转换，并且同时能监测到各个温度值的位置信息。
[0036]以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统，其特征在于，包括激光器、耦合器、分布式光纤、分路器、光探测器和光时域控制处理单元，所述激光器发射激光脉冲到所述耦合器；所述耦合器接收所述激光器发射的激光脉冲，并将所述激光脉冲输出到所述分布式光纤，所述耦合器还接收从所述分布式光纤输出的拉曼散射信号；所述分布式光纤嵌入到接触网的承力索导线中，用于正向传输所述激光脉冲，并用于产生反向传输的拉曼散射信号；所述分路器从所述耦合器接收所述拉曼散射信号，并将所述拉曼散射信号分为斯托克斯光和反斯托克斯光，输出所述斯托克斯光和反斯托克斯光到光探测器；所述光探测器接收所述斯托克斯光和反斯托克斯光，并将所述斯托克斯光和反斯托克斯光分别进行光电转换，输出反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号到所述光时域控制处理单元；所述光时域控制处理单元根据所述反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号，输出所述承力索导线的温度值和位置信息。2.如权利要求1所述的一种电气化铁路接触网导线分布式检测系统，其特征在于，所述系统还包括数据采集单元，所述数据采集单元，接收所述反斯托克斯电信号和斯托克斯电信号，对所述反斯托克斯电信号进行降噪处理，得到第一电信号，对所述斯托克斯电信号进行降噪处理，得到参考电信号，并将所述第一电信号和所述参考电信号输出到所述光时域控制处理单元，所述光时域控制处理单元根据所述第一电信号和所述参考电信号，输出承力索的温度值和位置信息。3.如权利要求2所述的一种电气化铁路接触网导线分布式检...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐元方，朱颖，李良威，唐伟，阙明，王志强，冉惟可，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：