專利名稱：強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，適用于光纖傳感技術、民用 工程、軌道交通等領域。
背景技術：
近年開，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，高速鐵路在我國得到了蓬勃的發(fā)展，而客運高速化 和貨運重載化已經(jīng)成為當今高速鐵路運輸?shù)?個重要發(fā)展方向。高速鐵路的特點是行車 速度快、行車密度大，列車運行規(guī)律、性能及其環(huán)境的相互作用等與普通列車有本質(zhì)上的區(qū) 另|J，其動能巨大且鐵路線采用全立交化和全封閉化，一旦發(fā)生事故，將會形成巨大的破壞 力，造成的后果也會非常嚴重。因此，保障運行列車安全有效地運行成為鐵路發(fā)展的關鍵問 題。而保障列車安全的關鍵就在于提前監(jiān)測出哪個地點發(fā)生了危險情況，這樣我們就需要 對列車的實時運行情況進行定位監(jiān)測。近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過 程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如抗 電磁干擾和原子輻射的性能，徑細、質(zhì)軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐 水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，因而光纖傳感器比其他傳感器有著更廣泛的應用。目前， 應用最廣泛的是分布式光纖傳感系統(tǒng)，而這些分布式光纖傳感系統(tǒng)采用的傳感技術主要是 基于拉曼散射的分布式傳感和基于布里淵散射的分布式傳感。但是，這些傳感技術信號的 接受比較困難，測量時間比較長，信號的處理非常復雜，系統(tǒng)的整體造價也比較昂貴。光纖光柵傳感器除了具有光纖傳感器的許多優(yōu)點外，還有一些明顯優(yōu)于其他光 纖傳感器的地方。它是作為一種光譜分離與光波長選擇的器件，信號不受彎曲損耗、連接 損耗、光源起伏和探測器老化等因素的影響；避免了干涉型光纖傳感器相位測量模糊不 清等問題；可同時得到幾個測量目標的信息，并可實現(xiàn)準分布式測量。由于實際應用中 大范圍、大監(jiān)測距離的需要，往往需要大容量的監(jiān)測系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng) 是利用單個光纖光柵作為傳感頭，由于光源帶寬的限制，這樣使得整個傳感系統(tǒng)所能串 聯(lián)的傳感頭有限，并不能滿足實際應用的需要。大容量編碼式光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng)， CN200310111529. 2提出了一種大容量光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng)，但是其傳感光纖光柵陣列中 單光柵的波長均不相同，制作起來相對麻煩；測量范圍越大，所需要的傳感頭數(shù)量越多，其 編碼方式也相對越復雜；采用了兩個光源、兩個Y型分路器、兩個解調(diào)器，系統(tǒng)的整體造價 比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一中結構簡單、制作方便、廉價實用且測量范 圍大的強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案—種強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源的輸出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接傳感光纖光柵陣列，三端口耦合器的第三 端口接可調(diào)濾波器的一端，可調(diào)濾波器的另一端接光電探測器。傳感光纖光柵陣列由第一傳感頭、第二傳感頭........第η傳感頭串聯(lián)連接組
成，η彡1 ；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k彡2。第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵 的反射率不同或相同；第一至第η傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不 完全相同。

每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數(shù)為m個時，傳感頭的數(shù)量η = mk。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，結構 簡單，易于實現(xiàn)；只需要可調(diào)濾波器就可以判斷出探測點附近發(fā)生了火災，不需要高昂的解 調(diào)設備，價格便宜，性價比高；采用多光纖光柵制作傳感頭，各個傳感頭對應的光纖光柵中 心波長一致、反射率不同，增大了傳感系統(tǒng)的容量，能實現(xiàn)長距離、大范圍的監(jiān)測。


圖1強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例一，本實施例結合附圖1進行詳細說明。一種強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源1的輸出接三端 口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接傳感光纖光柵陣列3，三端口耦合 器的第三端口 23接可調(diào)濾波器4的一端，可調(diào)濾波器4的另一端接光電探測器5。傳感光纖光柵陣列3由第一傳感頭31、第二傳感頭32........第九傳感頭39串
聯(lián)連接組成；每個傳感頭由兩個中心波長不同的光纖光柵組成。第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵 的反射率不同或相同；第一至第9傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不 完全個同。第一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，。第二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，50%。第三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，99%。第四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，50%。第五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，99%。第六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，50%。
第七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，1%。

第八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，1%。第九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，99%。本實施例中的第一和第二光纖光柵的中心波長分別為1550. Inm和1550. 5nm ；第 一和第二光纖光柵反射率有三個不同值1 %，50 %，99 %。本實施例的傳感頭個數(shù)為n = mk = 32 = 9個，其中m為反射率取值個數(shù)，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)。實施例二，本實施例結合附圖1進行詳細說明。一種強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源1的輸出接三端 口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接傳感光纖光柵陣列3，三端口耦合 器的第三端口 23接可調(diào)濾波器4的一端，可調(diào)濾波器4的另一端接光電探測器5。傳感光纖光柵陣列3由第一傳感頭31、第二傳感頭32........第二十七傳感頭
327串聯(lián)連接組成；每個傳感頭由三個中心波長不同的光纖光柵組成。第一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. 2nm，5%。第二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o第四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o第五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. 2nm,80%o第九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o第十傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. 2nm，45%。第^^一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第十二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第十三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第十四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551.8nm，80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第十五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別 為 1552. 2nm,80%o第十六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,5%0第十七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第十八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o第十九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。第二十傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551.8nm，80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o 第二十一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. 2nm,5%。第二十二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第 二光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第二十三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第 二光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第二十四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,80%o第二十五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0第二十六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,45%0第二十七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,80%o本實施例中的第一、第二和第三光纖光柵的中心波長分別為1551. 8nm、1552. Onm 和1552. 2nm ；第一和第二光纖光柵反射率有三個不同值5 %，45 %，80 %。本實施例的傳感頭個數(shù)為n = mk = 33 = 27個，其中m為反射率取值個數(shù)，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)。根據(jù)所需要測量的范圍的大小來選擇每個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)以及光纖光 柵反射率的取值個數(shù)。強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)的寬帶光源1發(fā)出的光進過三端口耦合 器2進入傳感光纖光柵陣列3 ；傳感光纖光柵陣列3反射回來的信號進入可調(diào)濾波器4。每 個傳感頭上多個光纖光柵對所測點的溫度進行編碼，可調(diào)濾波器4的波長按火災報警要求 設定為一定值，在正常情況下，傳感頭上的光纖光柵對應的波長小于可調(diào)濾波器4的濾波 波長，可調(diào)濾波器4的輸出端口無光輸出；當任意測量點所在的溫度升高時，將該測量點引 起該測量點的k個光纖光柵的中心波長發(fā)生變化。一旦測量點環(huán)境溫度達到所設的報警點 時，該測量點的k個光纖光柵的中心波長與可調(diào)濾波器設置的濾波波長相同，可調(diào)濾波器4 有光輸出，光電探測器5探測到光信號。由于每個傳感頭所對應的k個光纖光柵的反射率 不完全相同，當軌道發(fā)生危險情況時，根據(jù)光電探測器5所接受的功率信號的多少來判斷 出是哪個傳感頭附近發(fā)生了危險，對列車進行實時定位。本發(fā)明所使用的器件均為市售器件。
權利要求
1.一種強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接三端 口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接傳感光纖光柵陣列(3)，三端 口耦合器的第三端口(23)接可調(diào)濾波器(4)的一端，可調(diào)濾波器(4)的另一端接光電探測 器(5)；其特征在于傳感光纖光柵陣列(3)由第一傳感頭(31)、第二傳感頭(32)........第η傳感頭(3η)串聯(lián)連接組成，η ^ 1 ；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k > 2。
2.根據(jù)權利要求1所述的強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，其特征在于第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵的反 射率不同或相同；第一至第η傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不完全 相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，其特征在于每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數(shù)為m個時，傳感頭的數(shù)量為η = mk。
全文摘要
一種強度光纖光柵組列車實時定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源(1)接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接傳感光纖光柵陣列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可調(diào)濾波器(4)的一端，可調(diào)濾波器(4)的另一端接光電探測器(5)。傳感光纖光柵陣列(3)由第一傳感頭、......、第n傳感頭串聯(lián)連接組成，n≥1；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k≥2。第一至第n傳感頭上光纖光柵的中心波長一致；第一至第n傳感頭中，任意兩個傳感頭中k個光纖光柵的反射率不完全相同。每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數(shù)為m時，傳感頭數(shù)量n＝mk。該系統(tǒng)結構簡單，價格便宜，能實現(xiàn)長距離、大范圍的監(jiān)測。
文檔編號G01D5/32GK102095437SQ20111000458
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2011年1月11日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 李晶, 溫曉東, 王目光, 裴麗, 趙鑫, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學