鐵路落石預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵路落石預(yù)警方法，包括如下步驟：提供隨鐵軌振動產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從光纖光柵反射回的光的波長變化的電信號；基于電信號獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息；和基于該波長變化信息確定是否發(fā)出報警。
【專利說明】鐵路落石預(yù)警方法
[0001]本申請為申請日為2009年11月30日、申請?zhí)枮?00910238682.9、發(fā)明名稱為“鐵
路落石預(yù)警系統(tǒng)及鐵路落石預(yù)警方法”的專利申請的分案申請
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及利用光纖光柵的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)和鐵路落石預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對于鐵路沿線的邊坡而言，一旦發(fā)生崩塌落石，將對鐵路、在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、安全管理、運(yùn)營效率以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響。消除或減小崩塌落石的各種誘發(fā)因素及其程度，在某種程度上可以起到防范作用，但是不能從根本上解決崩塌落石對沿線鐵路構(gòu)成的威脅。
[0004]因此，現(xiàn)實中存在對崩塌落石的落到鐵軌上的情況進(jìn)行預(yù)警的迫切需要。常用的方法有:
[0005]電測方法，采用應(yīng)變電阻，其精度低，抗干擾能力差，壽命短，現(xiàn)場需要用電源，信號難以遠(yuǎn)距離傳輸，不適合長期監(jiān)測。
[0006]GPS方法，采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其現(xiàn)場設(shè)備需維護(hù)，現(xiàn)場需要電源，特殊地域無法取得信號，特別是無法測得地質(zhì)內(nèi)部的應(yīng)力變化，所以無法對塌方進(jìn)行預(yù)報，如進(jìn)行多點監(jiān)測，則該系統(tǒng)造價昂貴。
[0007]圖像法，采用室外攝像法，比較直觀。但雨、霧和雪天難以識別，不能預(yù)報，且現(xiàn)場需要電源，設(shè)備容易被破壞。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，常用的測量振動的傳感器包括加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器。但是，上述傳感器都基于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的原理。利用上述傳感器感測鐵軌或枕木的振動時，由于鐵軌附近存在形成干擾源的高壓電源，因此，上述電傳感器在高磁場、高電場的環(huán)境下存在測量精度不高的問題。
[0009]而光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小(標(biāo)準(zhǔn)裸光纖為125um)、重量輕的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于上述問題提出本發(fā)明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)，包括:光纖光柵振動傳感部件，包括基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動而振動；和光纖光柵，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上，并適于基于端部的振動而產(chǎn)生應(yīng)變；光纖光柵解調(diào)儀器，所述光纖光柵解調(diào)儀器將光源發(fā)出的光導(dǎo)引到所述光纖光柵，接收從光纖光柵反射回的光、并輸出反映該反射回的光由應(yīng)變導(dǎo)致的波長變化的電信號；和分析報警裝置，所述分析報警裝置獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息從而確定是否發(fā)出鐵軌存在故障的報警，其中所述波長變化信息至少包括光的波長變化幅值。
[0012]有利地，所述系統(tǒng)還包括基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動而振動，其中所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上?；靠梢酝ㄟ^振動放大臂連接到端部，進(jìn)而，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
[0013]有利地，所述光纖光柵振動傳感部件為多個且沿鐵軌依次間隔開布置。
[0014]進(jìn)一步地，一根光纜將從寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到每一個光纖光柵從而串聯(lián)光纖光柵，其中每一個光纖光柵反射該光中對應(yīng)波長范圍的光，且所述對應(yīng)波長范圍彼此不重疊；且所述光纖光柵解調(diào)儀器接收從各個光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長的變化的電信號。
[0015]或者進(jìn)一步地，所述光纖光柵振動傳感部件分為多組，每組分配一根光纜，所述多個光纖光柵振動傳感部件組沿鐵軌依次間隔開布置；每一根光纜將寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到相應(yīng)的一個光纖光柵振動傳感部件組中的每一個光纖光柵從而串聯(lián)該組中的光纖光柵，其中每組中的每一個光纖光柵反射該光中對應(yīng)波長范圍的光，且所述對應(yīng)波長范圍彼此不重疊；且所述光纖光柵解調(diào)儀器接收從各個光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長的變化的電信號。
[0016]有利地，所述光纖光柵振動傳感部件安裝在鐵軌的下方。這也有助于保護(hù)光纖光柵。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測量0.0lum甚至更微小的位移，由于本身具備光纖光柵特性，即，在光纖光柵中可見光傳輸?shù)恼駝有盘柌粫艿借F路周圍電磁場(例如由高壓線產(chǎn)生)的干擾，所以在高電壓、強(qiáng)磁場的環(huán)境下能夠保證信號不失真并能正常傳輸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了鐵路落石預(yù)警方法，包括:步驟1:提供隨鐵軌振動產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長變化的電信號；步驟3:基于所述電信號獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息，其中所述波長變化信息至少包括光的波長變化幅值；和步驟4:基于該波長變化信息確定是否發(fā)出報警。
[0019]可選地，步驟I包括:提供基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動而振動，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上。進(jìn)一步地，基部通過振動放大臂連接到端部，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
[0020]可選地，所述光纖光柵為單個，所述步驟4包括:在光的波長變化幅值超過第一閾值、且排除火車通過的情況時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。其中，在至少以下情況之一，確定火車通過:光的波長變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過第一閾值；光的波長變化幅值在達(dá)到或超過第一閾值之后在預(yù)定時間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過第一閾值。
[0021]或者可選地，所述光纖光柵為單個，所述步驟4包括:在光的波長變化幅值瞬時超過第一閾值并快速衰減后，發(fā)出所述光纖光柵處的鐵軌附近出現(xiàn)故障的報警。
[0022]可選地，所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值超過第一閾值、且排除火車通過的情況時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。其中，在至少以下情況之一，確定火車通過:從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過第一閾值；從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值在達(dá)到或超過第一閾值之后在預(yù)定時間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過第一閾值；從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵前方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值后，從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值；在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵后方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值。
[0023]或可選地，所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值瞬時達(dá)到或超過第一閾值并且快速衰減后，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。有利地，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。其中步驟5可進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障?；诓襟E5可以確定鐵軌出現(xiàn)故障的大致地點。
[0024]有利地，所述步驟4還包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值沒有達(dá)到第一閾值的情況下，在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值和從與所述一個光纖光柵相鄰的另一光纖光柵反射回的波長變化幅值中的至少一個瞬時超過小于第一閾值的第二閾值并快速衰減時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。有利地，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。其中，步驟5可以進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障?；诓襟E5可以確定鐵軌出現(xiàn)故障的大致地點。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警方法，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測量
0.0lum甚至更微小的位移，由于本身具備光纖光柵特性，即，在光纖光柵中可見光傳輸?shù)恼駝有盘柌粫艿借F路周圍電磁場(例如由高壓線產(chǎn)生)的干擾，所以在高電壓、強(qiáng)磁場的環(huán)境下能夠保證信號不失真并能正常傳輸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光纖光柵振動傳感部件的振動結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖2顯示將光纖光柵應(yīng)變片固定到圖1所示的振動結(jié)構(gòu)上的示意圖；
[0028]圖3顯示將圖2所示的光纖光柵振動傳感部件安裝到鐵軌上的示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件的振動結(jié)構(gòu)的變型的示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件的振動結(jié)構(gòu)的又一變型的不意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)的示意圖；
[0032]圖7是本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；
[0033]圖8是當(dāng)較大的石頭落到鐵軌上時利用本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)獲得的波形圖；和[0034]圖9是當(dāng)火車通過時利用本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)獲得的波形圖。
【具體實施方式】
[0035]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。
[0036]本發(fā)明是基于光纖光柵的應(yīng)用。下面首先描述根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件10。
[0037]圖1、圖2和圖3顯示本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件10。具體地，圖1是本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件的振動結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2顯示將光纖光柵應(yīng)變片固定到圖1所示的振動結(jié)構(gòu)上的示意圖；圖3顯示將圖2所示的光纖光柵振動傳感部件安裝到鐵軌上的示意圖。
[0038]如圖1和圖2所示，光纖光柵振動傳感部件10包括:基部I和與基部I連接的自由的端部2，基部I剛性連接到鐵軌5上，從而端部2適于隨鐵軌5的振動而振動；和光纖光柵，光纖光柵的兩端分別連接在基部I和端部2上，并適于隨端部2的振動而產(chǎn)生應(yīng)變。不過，光纖光柵可以固定在光纖光柵應(yīng)變片4上,而光纖光柵應(yīng)變片4的兩端4a、4b分別固定在基部I和端部2上。光纖光柵應(yīng)變片4可以通過電焊、粘附等方式固定在基部I和端部2上。
[0039]需要指出的是，雖然下面的描述是基于光纖光柵應(yīng)變片4的，但是，也可以適用于光纖光柵。
[0040]需要注意的是，這里的固定既可以表示直接固定也可以表示間接固定，只要端部2適于隨鐵軌5的振動而振動即可。如圖3所示，在本實施例中，基部I被直接地剛性固定在鐵軌5，用于檢測鐵軌5的振動。但是，需要說明的是，基部I也可以通過其它中間物被間接地固定到鐵軌5上?；縄也可以固定在枕木上。
[0041]為了便于說明，如圖1所示，不妨定義X方向為光纖光柵振動傳感部件10的橫向方向(或稱為寬度方向)，Y方向為光纖光柵振動傳感部件10的縱向方向(或稱為長度方向)，Z方向為光纖光柵振動傳感部件的高度方向(或稱為厚度方向)。
[0042]如圖1-3中所示，光纖光柵振動傳感部件10還可以包括振動放大臂(或懸臂梁)3，基部I通過振動放大臂3連接到端部2。
[0043]振動放大臂3可以為等強(qiáng)度應(yīng)變梁。即振動放大臂3沿縱向方向的變形是線性的，在此情況下，光纖光柵應(yīng)變片4中的光纖沿縱向方向產(chǎn)生線性變形。可以將振動放大臂3設(shè)計成大致三角形，即振動放大臂3的寬度從基部I向端部2逐漸減小。當(dāng)然，也可以將振動放大臂3設(shè)計成楔形，即振動放大臂3的厚度從基部I向端部2逐漸減小。當(dāng)然，也可以使用任何公知技術(shù)來設(shè)計振動放大臂3，使之具有等強(qiáng)度應(yīng)變梁的性質(zhì)。不過，振動放大臂3也可以不是等強(qiáng)度應(yīng)變梁。
[0044]基部1、端部2和振動放大臂3可以形成為一體件。但是，需要說明的是，本發(fā)明不局限于此，基部1、端部2和振動放大臂3也可以是以可拆卸的方式相互連接在一起的三個獨立構(gòu)件。
[0045]為了放大端部2的振動，基部I的上表面Ia和/或所述端部2的上表面2a高出振動放大臂3的上表面3a，且光纖光柵應(yīng)變片4的兩端4a、4b分別固定或貼附在基部I的上表面Ia和端部2的上表面2a上,如圖2所不。這樣,基于端部2振動的放大,光纖光柵應(yīng)變片4的反應(yīng)將更加靈敏。
[0046]光纖光柵應(yīng)變片4可以與振動放大臂3上、下平行地延伸，以便反映或檢測振動放大臂3的應(yīng)變。
[0047]在本實施中，端部2可以開設(shè)有朝內(nèi)的槽口 2c，從而使得基部1、端部2和振動放大臂3形成的一體件的縱向截面具有呈“ I^1^I”形的開口，當(dāng)然，該一體件的縱向截面也可以具有呈“ ι~1 I ”形的開口。
[0048]該一體件也可以具有不同的形式。如圖4中所示，端部2設(shè)計成實心質(zhì)量塊，而不存在朝內(nèi)的槽口 2c。從而使得基部1、端部2和振動放大臂3形成的一體件的縱向截面具有矩形開口。
[0049]端部2具有預(yù)定的質(zhì)量，從而構(gòu)成振動質(zhì)量塊。請注意，振動放大臂3的厚度通常較薄。如圖5中所示，在端部2上還可以附接有附加質(zhì)量塊6，用于調(diào)節(jié)端部2的總質(zhì)量。附加質(zhì)量塊6可通過螺釘連接在端部2上。
[0050]下面以圖1-3中為例說明根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件的工作原理:當(dāng)鐵軌5振動時，基部I振動，端部2也隨之振動，振動放大臂3在作為質(zhì)量塊的端部2的作用下，產(chǎn)生受迫振動，使振動放大，從而振動放大臂3能夠?qū)饫w光柵應(yīng)變片4產(chǎn)生一個較大的往復(fù)拉壓動作，從而光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變，這使得通過光纖光柵的光的波長發(fā)生變化，通過光纜，將這種波長變化反射回光纖光柵解調(diào)儀器，轉(zhuǎn)化成電信號，基于該電信號可以進(jìn)行分析。
[0051]本發(fā)明的光纖光柵振動傳感部件10有高的靈敏度。例如，傳統(tǒng)的電傳感器在加上放大器的情況下基本能測到10-6次方的數(shù)量級，而光纖光柵傳感部件最基本的波長變化為10-9次方，是傳統(tǒng)的電傳感器的靈敏度的1000倍。光纖光柵振動傳感部件10可以應(yīng)用到高磁場電場的工作環(huán)境下，這是電傳感器不能比擬的。另外，光纖光柵振動傳感部件耐溫性好(工作溫度上限可達(dá)400°C -600°C )、復(fù)用能力強(qiáng)。
[0052]基于上述原理，本發(fā)明提出一種鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)100，如圖6中所示，該系統(tǒng)100包括:上述的光纖光柵振動傳感部件10 ;光纖光柵解調(diào)儀器20，光纖光柵解調(diào)儀器20將光源發(fā)出的光導(dǎo)引到光纖光柵、接收從光纖光柵反射回的光、并輸出反映該反射回的光由應(yīng)變導(dǎo)致的波長變化的電信號；和分析報警裝置30，分析報警裝置30獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息從而確定是否發(fā)出鐵軌5存在故障的報警，其中所述波長變化信息至少包括光的波長變化幅值。分析報警裝置30可以由計算機(jī)系統(tǒng)完成。
[0053]系統(tǒng)100可以僅僅包括一個光纖光柵振動傳感部件10，也可以包括多個沿鐵軌5依次間隔開(例如分隔開50米)布置的光纖光柵振動傳感部件10。
[0054]在設(shè)置多個光纖光柵振動傳感部件10的情況下,如圖7中所75,可以利用一根光纜21將從寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到每一個光纖光柵從而串聯(lián)光纖光柵，其中每一個光纖光柵反射該光中對應(yīng)波長范圍的光，且所述對應(yīng)波長范圍彼此不重疊；且光纖光柵解調(diào)儀器20接收從各個光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長的變化的電信號。
[0055]能串聯(lián)的光纖光柵振動傳感部件10的數(shù)量取決于光纖光柵解調(diào)儀器20的掃描波長范圍、通道數(shù)量、及被測振動信號的強(qiáng)度， 一般一個通道能串聯(lián)20個光纖光柵振動傳感部件10,即一根光纜就可串聯(lián)20個光纖光柵振動傳感部件10。而傳統(tǒng)電的傳感器就需要有相應(yīng)的20根電纜。而且，光纜或光纖傳輸距離遠(yuǎn)(光纖光柵振動傳感部件到光纖光柵解調(diào)儀器可達(dá)幾公里)，這樣，在材料成本，工程施工上本發(fā)明都具有明顯的優(yōu)勢。
[0056]在設(shè)置多個光纖光柵振動傳感部件10的情況下，光纖光柵振動傳感部件10也可以分為多組，每組分配一根光纜21，多個光纖光柵振動傳感部件組沿鐵軌5依次間隔開布置；每一根光纜21將寬帶光源發(fā)出的光導(dǎo)引到相應(yīng)的一個光纖光柵振動傳感部件組中的每一個光纖光柵從而串聯(lián)該組中的光纖光柵，其中每組中的每一個光纖光柵反射該光中對應(yīng)波長范圍的光，且所述對應(yīng)波長范圍彼此不重疊；且光纖光柵解調(diào)儀器20接收從各個光纖光柵反射回的光并輸出反映該反射回的光的波長的變化的電信號。例如，光纖光柵振動傳感部件10為60個，且被分為多組，例如3組，每組20個，光纜為多根，例如3根。需要注意的是光纖光柵振動傳感部件10的個數(shù)和分組數(shù)不限于此。
[0057]光纖光柵振動傳感部件10可以安裝在鐵軌5或枕木的下方，也可以安裝在其它位置。
[0058]因為一個光纖光柵與一個光纜內(nèi)某段波長的光對應(yīng)，所以基于該段波長的光或該段波長的光的反射光可以確定與該光纜稱合或連接的光纖光柵(光纖光柵振動傳感部件)，從而在出現(xiàn)例如某波段反射回的光的波長變化瞬時超過第一閾值時，可以確定相應(yīng)的光纖光柵(光纖光柵振動傳感部件)的位置。
[0059]本發(fā)明人也提出了一種鐵路落石預(yù)警方法，該方法包括:步驟1:提供隨鐵軌5振動產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵；步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器20獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長變化的電信號；步驟3:基于所述電信號獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息，其中所述波長變化信息至少包括光的波長變化幅值；和步驟4:基于該波長變化信息確定是否發(fā)出報警。
[0060]其中，步驟I包括:提供基部I和與基部I連接的自由的端部2，基部I剛性連接到鐵軌5或枕木上，從而端部2適于隨鐵軌5或枕木的振動而振動，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上?；縄可以通過振動放大臂3連接到端部2，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部I和端部2上。
[0061]在光纖光柵為單個的情況下，所述步驟4包括:在光的波長變化幅值超過第一閾值、且排除火車通過的情況時，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報警。其中:在至少以下情況之一，確定火車通過:光的波長變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過第一閾值；光的波長變化幅值在達(dá)到或超過第一閾值之后在預(yù)定時間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過第一閾值。附圖9中示出了上面提到的兩種情況。
[0062]或者，在光纖光柵為單個的情況下，所述步驟4包括:在光的波長變化幅值瞬時超過第一閾值并快速衰減后，發(fā)出所述光纖光柵處的鐵軌5附近出現(xiàn)故障的報警。附圖8示出了這種情況。
[0063]在所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個光纖光柵的情況下，所述步驟4包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值超過第一閾值、且排除火車通過的情況時，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報警。其中:在至少以下情況之一，確定火車通過:從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過第一閾值；從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值在達(dá)到或超過第一閾值之后在預(yù)定時間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過第一閾值；從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵前方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值后，從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值；在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵后方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值。
[0064]或者,在所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個光纖光柵的情況下,所述光纖光柵為沿鐵軌5依次布置的多個光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值瞬時達(dá)到或超過第一閾值并且快速衰減后，發(fā)出鐵軌5出現(xiàn)故障的報警。
[0065]為確定發(fā)生故障地點，在包括沿鐵軌5依次布置的多個光纖光柵時,所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。進(jìn)一步地，步驟5還包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
[0066]在落石落在兩個光纖光柵之間時，從光纖光柵反射回的光的波長變化幅值可能沒有達(dá)到第一閾值，此時所述步驟4還包括:在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值和從與所述一個光纖光柵相鄰的另一光纖光柵反射回的波長變化幅值中的至少一個瞬時達(dá)到或超過小于第一閾值的第二閾值并快速衰減時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。此時，為確定發(fā)生故障地點，所述方法還包括步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。為進(jìn)一步確定故障地點，步驟5還可以包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
[0067]需要注意的是，上述第一閾值和第二閾值可以基于鐵軌下方的地質(zhì)構(gòu)造，例如是巖石還是沙土，鐵軌上方可能的落石的密度、硬度、體積、下落高度，光纖光柵或光纖光柵振動傳感部件的安裝位置、安裝方式，枕木的材料等等確定。
[0068]另外，可以在野外設(shè)置太陽能電池或大容量蓄電池為光纖光柵解調(diào)儀器20提供電力。
[0069]本發(fā)明的鐵路落石預(yù)警系統(tǒng)和鐵路落石預(yù)警方法的報警的準(zhǔn)確度或?qū)﹁F軌振動情況的監(jiān)測的準(zhǔn)確度可以通過提高光纖光柵解調(diào)儀器20的主頻，例如1000Hz，2000Hz或更高。
[0070]對于上面提到的瞬時增加中的“瞬時”，表示相對于光纖光柵解調(diào)儀器20的主頻，時間非常短，例如，對于1000Hz的主頻，瞬時可以表示0.001-0.005秒或其它類似數(shù)量級的時間，具體的時間同樣可以基于鐵軌下方的地質(zhì)構(gòu)造，例如是巖石還是沙土，鐵軌上方可能的落石的密度、硬度、體積、下落高度，光纖光柵或光纖光柵振動傳感部件的安裝位置、安裝方式，枕木的材料等等確定。而上面提到的逐漸增加中的“逐漸”，表示相對于“瞬時”而言，要慢得多，盡管在實際中，可能僅僅是例如0.1秒的時間，具體的時間與火車車速、火車載重、火車類型等有關(guān)。上面提到的預(yù)定時間段可選地，表示1-?ο秒的時間。
[0071]在本發(fā)明中，報警可以采用如下方式:現(xiàn)場聲光報警。在裝有預(yù)警系統(tǒng)的鐵路兩端的車站均設(shè)有音響報警器和報警燈，用于提醒火車司機(jī)和相關(guān)人員；監(jiān)控室報警，用于引起監(jiān)控室值班人員的注意；遠(yuǎn)程報警，主要利用手機(jī)GSM短信技術(shù)，自動將險情發(fā)送給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)以及鐵路巡檢人員的手機(jī)上，以便第一時間采取相關(guān)措施。當(dāng)然可根據(jù)用戶需求加設(shè)其他報警方式。
[0072]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵路落石預(yù)警方法，包括: 步驟1:提供隨鐵軌振動產(chǎn)生應(yīng)變的光纖光柵； 步驟2:利用光纖光柵解調(diào)儀器獲取反映從所述光纖光柵反射回的光的波長變化的電信號; 步驟3:基于所述電信號獲取從光纖光柵反射回的光的波長變化信息，其中所述波長變化信息至少包括光的波長變化幅值；和 步驟4:基于該波長變化信息確定是否發(fā)出報警， 其中， 所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個光纖光柵，所述步驟4包括: 在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值沒有達(dá)到第一閾值的情況下，在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值和從與所述一個光纖光柵相鄰的另一光纖光柵反射回的波長變化幅值中的至少一個瞬時達(dá)到或超過小于所述第一閾值的第二閾值并快速衰減時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于，所述方法還包括: 步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 步驟5進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 步驟I包括:提供基部和與所述基部連接的自由的端部，所述基部剛性連接到鐵路的鐵軌或枕木上，從而所述端部適于隨鐵軌或枕木的振動而振動，所述光纖光柵的兩端分別連接在基部和端部上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 基部通過振動放大臂連接到端部，所述光纖光柵固定在光纖光柵應(yīng)變片上，所述光纖光柵應(yīng)變片的兩端分別固定在基部和端部上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 所述光纖光柵為沿鐵軌依次布置的多個光纖光柵，所述步驟4包括:在從一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值超過第一閾值、且排除火車通過的情況時，發(fā)出鐵軌出現(xiàn)故障的報警；且 在至少以下情況之一，確定火車通過: 從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值逐漸增加從而達(dá)到或超過第一閾值； 從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值在達(dá)到或超過第一閾值之后在預(yù)定時間段內(nèi)周期性地達(dá)到或超過第一閾值； 從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵前方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值后，從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值；在從所述一個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值達(dá)到或超過第一閾值之后，從在火車行進(jìn)方向上在所述一個光纖光柵后方的多個光纖光柵反射回的光的波長變化幅值依次達(dá)到或超過第一閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于，所述方法還包括: 步驟5:在發(fā)出報警的情況下，確定反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵，從而指示在該確定的光纖光柵附近的鐵軌出現(xiàn)故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵路落石預(yù)警方法，其特征在于， 步驟5進(jìn)一步包括:確定反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵，從而指示在反射回的光的波長變化幅值最大的光纖光柵與反射回的光的波長變化幅值第二大的光纖光柵之間的鐵軌出現(xiàn)故 障。
【文檔編號】G01H9/00GK103465934SQ201210567035
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2009年11月30日
【發(fā)明者】陳志強(qiáng), 徐惠康, 溫海寧, 朱瑞龍, 錢鴻治, 舒華武 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司