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一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统及方法.pdf

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一种 分布式 传感 光纤 串列 设置 防护门 监测 系统 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910045250

申请日:

20190117

公开号:

CN109630198A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: E21F17/12;E21F17/18 主分类号: E21F17/12;E21F17/18
申请人: 中铁第四勘察设计院集团有限公司
发明人: 汪永元;许克亮;张俊岭;耿明;张浩;邱绍峰;史明红;殷勤;周明翔;刘辉
地址: 430063 湖北省武汉市武昌区杨园和平大道745号
优先权:
专利代理机构: 42224 代理人: 王福新
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910045250

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,包括数据传输光纤(5)和光纤传感器,还包括连续发射不同频率光信号的光源(101)、光环行器(102)、光电探测器(103)和与所述光电探测器(103)连接的数据处理器(3);所述光纤传感器设于防护门上,以感应防护门体振动、变形及开关信息,且不同位置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同,若干防护门上的所述光纤传感器串联连接,所述传输光纤(5)设于相邻的所述光纤传感器之间以及所述光环行器(102)与所述光纤传感器之间。本发明还公开了一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法。本发明实现对防护门的振动和变形信息的监测,防止出现安全事?#30465;?/p>

权利要求书

1.一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,包括数据传输光纤(5)和光纤传感器,其特征在于,还包括连续发射不同频率光信号的光源(101)、与所述光源(101)连接的光环行器(102)、与所述光环形器(102)的输出端相连的光电探测器(103)和与所述光电探测器(103)连接的数据处理器(3); 所述光纤传感器设于防护门上,以感应防护门体振动、变形及开关信息,且不同位置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同,以定位防护门体的位置; 若干防护门上的所述光纤传感器串联连接,所述传输光纤(5)设于相邻的所述光纤传感器之间以及所述光环行器(102)与所述光纤传感器之间,以在所述光源(101)、光纤传感器和光电探测器(103)之间形成完成的光回路,实现同时对若干防护门的监测。 2.根据权利要求1所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,其特征在于,所述光纤传感器设于防护门的门体内?#20426;?3.根据权利要求1或2所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,其特征在于,所述光纤传感器沿所述防护门的横向布置。 4.根据权利要求1~3中任一项所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,其特征在于,所述光纤传感器覆盖在所述防护门的门体门框、活页及闭门器上。 5.根据权利要求1所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,其特征在于,还包括报警模块,所述报警模块与所述数据处理器(3)连接。 6.如权利要求1~5中任一项所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法,其特征在于,包括如下步骤: S1光源(101)发射不同频率的光信号,各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率的光信号; S2光信号经过光环形器(102)传输至传输光纤(5); S3光信号通过所述传输光纤(5)依次传递至串联设置的所述光纤传感器上; S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内,在调制器内防护门体的参数相互作用,得到被调制的光信号; S5不同频率的被调制的光信号传输至所述光环行器(102)中,并被光电探测器(103)接收转换成电信号; S6所述电信号被传输至数据处理器(3)中,通过数据处理器的处理得出防护门具体的变形、振动和开关门的信息。 7.根据权利要求6所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法,其特征在于,所述防护门的门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息。 8.根据权利要求6或7所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法,其特征在于,步骤S5中,所述光电探测器(103)将不同频率的被调制的光信号转换成对应频?#24066;?#24687;的电信号,以将防护门的门体的参数与门体的位置进行对应。 9.根据权利6或7所述的一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法,其特征在于,所述串联设置的光纤传感器分布在100KM范围内的防护门上。

说明书


一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统及方法
技术领域


本发明属于防护门监测技术领域,更具体地,涉及一种分布式传感光纤串列设置
的防护门监测系统及方法。


背景技术


铁路隧道设置洞室,洞室设置防护门,作为防火分隔措施将横通道、疏散通道与车
行隧道相分隔。铁路隧道防护门设置在轨道旁,防护门整个门面长期收到反复、高强度的活
塞风的作用,随时都有损坏甚至脱落的风险,防护门脱落至道侧及其危险?#29616;?#21487;能导致运
营安全事?#30465;?#22240;此,监测防护门在活塞风的作用下的振动和变形情况,通过振动和变形数据
可提前判断防护门可能存在的隐患,以在防护门脱落之前对防护门进行检修更换,防止造
成安全事?#30465;?br>

其中,防护门的监测除了关门状态下防护门的振动和变形情况,还包括开门状态
下,活塞风作用导致关门时产生的冲击速度、加速度,以供运营单位需随时掌握防护门的开
关门信息,保证铁路隧道运营的安全。


现有技术中,对防护门的监测通常由运营单位仅仅依靠人工?#24067;歟?#26080;法提前判断
可能存在的风险。另外还有测量防护门实?#25910;?#21160;和变形方案是在门体上?#31243;?#24212;变片,但此
种方式仅仅能测量门体表面情况,对实?#25910;?#21160;和变形值无直接体现,不能作为优化设计的
有效参考。且没有涉及对关门?#24067;?#20914;击速度、加速度的测?#20426;?br>

专利CN108122367A公开了一种防护门脱落报警系统,包括激光发射器、分布式光
纤传感器、传输光纤、光信号处理模块和报警模块,其中分布式光纤传感器均匀分布在防护
门板上,所述激光发射器、分布式光纤传感器、传输光纤和光信号处理模块依次连?#26377;?#25104;完
整的回路,所述光信号处理模块检测所述激光发射器发出的脉冲信号,所述光信号处理模
块可反向发射脉冲信号对防护门上零部件脱落导致的光纤?#31995;?#36827;行定位,所述光信号处理
模块与所述报警模块连接。该专利主要通过布置在门体表面设置光纤随着门体的脱落判断
防护门上脱落的情况,存在的缺陷是只能在脱落之后才能监测到,不能提前预测脱落的情
况及时进行处理,可能会因为处理延时导致安全事?#30465;?br>

发明内容


针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供分布式传感光纤串列设置的防
护门监测系统,通过将若干防护门上设置的光纤传感器串联,实现对多个防护门的振动、变
形及开关信息的同时监测,从而为根据振动变形信息预测到防护门脱落情况,及时进行处
理避免出现安全事?#30465;?br>

为了实现上述目的,本发明提供一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测系
统,包括数据传输光纤和光纤传感器,还包括连续发射不同频率光信号的光源、与所述光源
连接的光环行器、与所述光环形器的输出端相连的光电探测器和与所述光电探测器连接的
数据处理器;


所述光纤传感器设于防护门上,以感应防护门体振动、变形及开关信息,且不同位
置的所述防护门上的所述光纤传感器接收光信号的频率不同,以定位防护门体的位置;


若干防护门上的所述光纤传感器串联连接,所述传输光纤设于相邻的所述光纤传
感器之间以及所述光环行器与所述光纤传感器之间,以在所述光源、光纤传感器和光电探
测器之间形成完成的光回路,实现同时对若干防护门的监测。


进一步地,所述光纤传感器设于防护门的门体内?#20426;?br>

进一步地,所述光纤传感器沿所述防护门的横向布置。


进一步地,所述光纤传感器覆盖在所述防护门的门体门框、活页及闭门器上。


进一步地,还包括报警模块,所述报警模块与所述数据处理器连接。


作为本发明的另一个方面,提供一种分布式传感光纤串列设置的防护门监测方
法,包括如下步骤:


S1光源发射不同频率的光信号,各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率的光
信号;


S2光信号经过光环形器传输至传输光纤;


S3光信号通过所述传输光纤依次传递至串联设置的所述光纤传感器上;


S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内,在调制器内防护门体的参
数相互作用,得到被调制的光信号;


S5不同频率的被调制的光信号传输至所述光环行器中,并被光电探测器接收转换
成电信号;


S6所述电信号被传输至数据处理器中,通过数据处理器的处理得出防护门具体的
变形、振动和开关门的信息。


进一步地,所述防护门的门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息。


进一步地,步骤S5中,所述光电探测器将不同频率的被调制的光信号转换成对应
频?#24066;?#24687;的电信号,以将防护门的门体的参数与门体的位置进行对应。


进一步地,所述串联设置的光纤传感器分布在100KM范围内的防护门上。


总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有
益效果:


(1)本发明的分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,通过将若干防护门上
设置的光纤传感器串联,实现对多个防护门的振动、变形及开关信息的同时监测;光源连续
发射不同频率的光信号,对应的不同位置的防护门上的光纤传感器接收的光信号的频率不
同,通过光电探测器最后接收的光信号的频率获取对应防护门的位置信息并通过读取该频
率光信号携带的信息获得对应位置防护门的振动、变形和开关门信息,从而为根据振动变
形信息预测到防护门脱落情况,及时进行处理避免出现安全事?#30465;?br>

(2)本发明的分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,光纤传感器设于防护
门的门体内,位于防护门表面的光纤传感器?#36164;?#21040;活塞风等其他因素的影响,其测的数据
存在误差,甚至可能存在误报的情况,由于与门体为一体式结构且位于内部,因?#22235;?#22815;更加
准确的感应防护门门体的振动和变形的相关信息;设置在内部的光纤传感器被门体保护
住,以免受活塞风及其他外界因素的影响,避免光纤传感器出现损坏失去对防护门的监测
作用。


(3)本发明的分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统,光纤传感器覆盖在防
护门门体门框、活页及闭门器上,防护门的门体门框为防护门的框架,其出现变形和脱落的
情况能够及时反映门体整个的情况,活页和闭门器为门体开关的重要部件,通过覆盖分布
在活页和闭门器上的光纤传感器的感应和传输能够及时得知防护门开关的信息,及时对相
关问题进行处理,保证铁路隧道运行的安全性。


(4)本发明的分布式传感光纤串列设置的防护门监测方法,通过光源连续发射不
同频率的光信号,并对串联设置的每个光纤传感器设置不同的接收频率,通过反馈光信号
的接收频?#35782;?#24212;防护门的位置信息,通过反馈光信号携带的防护门的位移、速度及加速度
的相关信息,获取对应防护门的振动、变形和开关信息,对防护门的监测更加精准,同时起
到预测预警的作用。


附图说明


图1是本发明实施例中分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统的示意图。


其中:1-光电主机、101-光源、102-光环行器、103-光电探测器、201-第一光纤传感
器、202-第二光纤传感器、203-第三光纤传感器、3-数据处理器、4-防护门、5-传输光纤。


具体实施方式


为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对
本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不
用于限定本发明。?#36865;猓?#19979;面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼
此之间未构成冲突就可以相互组合。


图1是本发明实施例中分布式传感光纤串列设置的防护门监测系统的示意图。如
图1所示,本发明的防护门监测系统包括光电主机1、传输光纤5、光纤传感器和数据处理器,
光电主机1包括光源101、光环形器102和光电探测器103,光源101发射光信号,并通过光环
行器102进行传输,传输回来的光信号被光电探测器103接收,光电探测器103将接收的光信
号转化为电信号;光电探测器103与数据处理器3连接,将接收到的光信号转化成电信号后
反馈给数据处理器3,数据处理器3对电信号进行处理得到相应的振动和变形信息。


优选地,光源101连续发射不同频率的光信号,并通过光环形器102进行传输。


其中,隧道中的防护门依次排列设置,单个防护门上设置光纤传感器,依次排列设
置的若干隧道防护门上均设置光纤传感器,且依次排列设置的若干防护门上的光纤传感器
串联连接,如,依次设置的防护门上分别设置的第一光纤传感器201、第二光纤传感器202、
第三光纤传感器203,依次串联设置若干光纤传感器,每一个光纤传感器均为光学敏感结
构,光纤传感器用于捕捉防护门门体的位移、速度和加速度的信息,通过门体的位移信息可
以判断门体的变形或者关门信息,通过速度和加速度信息结合位移信息可以判断振动的相
关信息。


光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器,在调制器内与
外界被测参数的相互作用,其中的被测参数为门体的位移、速度和加速度的信息参数,相互
作用后使得光的光学性质如光的强度、波长、频?#30465;?#30456;位、偏振态等发生变化,成为被调制的
光信号。


优选地,光纤传感器设于防护门的门体内,在防护门制作时置于门体内与防护门
一起制作完成,位于门体内的光纤传感器,一方面,位于防护门表面的光纤传感器?#36164;?#21040;活
塞风等其他因素的影响,其测的数据存在误差,甚至可能存在误报的情况,由于与门体为一
体式结构且位于内部,因?#22235;?#22815;更加准确的感应防护门门体的振动和变形的相关信息;另
一方面,设置在内部的光纤传感器被门体保护住,以免受活塞风及其他外界因素的影响,避
免光纤传感器出现损坏,失去对防护门的监测作用。


进一步地,光纤传感器覆盖在防护门门体门框、活页及闭门器上,防护门的门体门
框为防护门的框架,其出现变形和脱落的情况能够及时反映门体整个的情况,活页和闭门
器为门体开关的重要部件,通过覆盖分布在活页和闭门器上的光纤传感器的感应和传输能
够及时得知防护门开关的信息,及时对相关问题进行处理,保证铁路隧道运行的安全性。


相邻两个光纤传感器之间设置传输光纤5,通过传输光纤5将若干光纤传感器连接
成一个整体,进一步地,光电主机1和光纤传感器之间同样设光纤传感器5,通过光纤传感器
5的传输,光电主机1中光源发射的光信号经过光环行器传输至防护门上的光纤传感器上,
并依次传输到依次串联的若干光纤传感器上,门体的振动和变形信息通过光纤传感器的作
用形成调制后的光信号,该光信号返回至光环形器102中,并被光电探测器103接收后转换
成电信号,最后通过数据处理器3对电信号进行处理得到相应的振动和变形信息。


优选地,每个防护门上的光纤传感器接收光信号的频率不同,只有对应频率的光
信号光纤传感器才会接收,并将对应防护门体的振动和变形的相关参数信息进行处理,形
成调制光信号返回至光环行器102,光探测器103根据光信号的频率获取防护门的位置信
息,从而得出对应防护门的振动和变形信息。


进一步地,当防护门出现脱落或倾倒的情况时,光纤传感器随着断裂,从而断开光
环形器102与光纤传感器之间的连接,接收不到返回光信号即出现了防护门的突然倾倒或
脱落的情况,及时进行处理。


优选地,防护门监测系统还包括报警模块,报警模块与数据处理器连接,当数据处
理器根据光纤传感器获取的防护门的信息表示其有脱落倾倒风险,即防护门的变形或振动
幅度达到某一极限值时,报警模块发出报警信息,提示防护门需要及时进行修理或更换。


一种分布式传感光纤串列的防护门监测方法,步骤如下:


S1光源101发射不同频率的光信号,各防护门上的光纤传感器设定接收不同频率
的光信号,非对应频率的光信号光纤传感器不予接收,频?#24066;?#24687;对应的是防护门的位置信
息,通过频率可以明确是?#26410;?#30340;防护门出现变形、脱落或倾倒;


S2光信号经过光环形器102传输至传输光纤5;


S3光信号通过传输光纤5依次传递至串联设置的各光纤传感器上;


其中,依次并排设置的防护门上均设置光纤传感器,且光纤传感器之间通过串联
的方式进行连接,通过串联的方式可以测的100KM范围内的防护门的相关信息,实现同时对
多个防护门的同时监测;


S4对应频率的光信号被送入光纤传感器中的调制器内,在调制器内防护门体的参
数相互作用,得到被调制的光信号;


其中防护门体的参数包括门体的位移、速度、加速度信息,即防护门的振动、变形
和开关信息;


S5不同频率的被调制的光信号传输至光环行器102中,并被光电探测器103接收,
光电探测器103将不同频率的被调制的光信号转换成对应频?#24066;?#24687;的电信号,即根据电信
号可以获取防护门的位置信息和振动、变形及开关的信息;


S6电信号被传输至数据处理器3中,通过数据处理器的处理得出防护门具体的变
形、振动和开关门的信息,出现问题时及时对防护门进行处理,避免导致安全事?#30465;?br>

本领域的技术人员容易理解,以?#32420;?#36848;仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于
限制本发明,凡在本发明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
在本发明的保护范围之内。


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