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基于光纤光栅的 铁路铁道静态监测设备

阅读：657发布：2023-03-14

专利汇可以提供基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，涉及光纤光栅波长解调技术领域。本实用新型是为了解决现有的光纤光栅解调设备存在波长扫描范围和扫描频率不能兼顾，模块化程度低，不适宜维护，系统集成度差，同时环境适应性能力不足的问题。大功率半导体光放大器产生一系列激光，通过电压扫描FP 滤波器产生可调节的激光，再经过梳状滤波器发送给经过光纤耦合器耦合输出到多个并行的光电探测器中，再进入多组光纤光栅传感器，被光纤光栅传感器反射回来的光信号通过多个并行的光电探测器转换成电信号，经过并行数据传输总线单元传输到信号检测处理单元解调出波长，实现对多组传感器组件的监测。它用于对铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器的监测。，下面是基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，其特征在于，它包括大功率半导体光放大器(1)、电压扫描FP滤波器(2)、梳状滤波器(3)、光纤耦合器(4)、多个并行的光电探测器(5)、并行数据传输总线单元(6)、信号检测处理单元(7)和金属密封屏蔽箱，大功率半导体光放大器(1)、电压扫描FP滤波器(2)、梳状滤波器(3)、光纤耦合器(4)、多个并行的光电探测器(5)、并行数据传输总线单元(6)和信号检测处理单元(7)均放置在金属密封屏蔽箱内，
金属密封屏蔽箱上开有金属密封屏蔽口，铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器分别通过光纤穿入金属密封屏蔽口接入多个并行的光电探测器(5)，
大功率半导体光放大器(1)产生一系列激光，电压扫描FP滤波器(2)用于接收所述激光产生可调节的激光，可调节的激光经过梳状滤波器(3)发送出去，经过光纤耦合器(4)耦合输出到多个并行的光电探测器(5)中，光信号由多个并行的光电探测器的(5)进入多组光纤光栅传感器，被光纤光栅传感器反射回来的光信号再通过多个并行的光电探测器(5)转换成电信号，所述电信号由并行数据传输总线单元(6)传输到信号检测处理单元(7)，在信号检测处理单元(7)上解调出波长，实现对铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器的监测。
2.根据权利要求1所述基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，其特征在于，它还包括电源模块(10)和电源滤波器(9)，
电源模块(10)和电源滤波器(9)均放置在金属密封屏蔽箱内，
电源线穿过金属密封屏蔽口接入电源滤波器(9)进行电源滤波后，再依次通过电源模块(10)和并行数据传输总线单元(6)给大功率半导体光放大器(1)供电。
3.根据权利要求1所述基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，其特征在于，它还包括网络模块(8)和计算机，
信号检测处理单元(7)解调出的波长通过网络模块(8)传给计算机，在计算机上进行监测。
4.根据权利要求1所述基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，其特征在于，大功率半导体光放大器(1)最大功率为8dBm，电压扫描FP滤波器(2)的自由频谱区最长为100nm，使用梳状滤波器(3)对可调节的激光进行实时校准，使扫描带宽为80nm。

说明书全文

基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备

技术领域

[0001] 本实用新型涉及基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备。属于光纤光栅波长解调技术领域。

背景技术

[0002] 目前对铁路基础设施状态的安全监测及检测主要依靠天窗期开行综合检测列车和人工巡视。天窗期开行综合检测列车受到时间限制，不能对铁路基础设施进行实时监测，人员巡视对巡视人员的经验要求非常高，而且巡视过程非常危险。

[0003] 为了保证铁路的安全运行，需要在铁路基础设施上布设传感器，实施在线实时监测和检测。相比传统传感器，光纤光栅作为智能化结构的传感器，具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、易集成、结构简单等优点，可以对铁轨的温度、应力、应变、沉降等物理量进行检测。

[0004] 现有的光纤光栅解调设备存在波长扫描范围和扫描频率不能兼顾，模块化程度低，不适宜维护，系统集成度差，同时环境适应性能力不足，不能满足夏季高温、冬季低温、风沙灰尘侵袭、高湿高热、冲击震动等恶劣条件，限制了光纤光栅传感在铁路在线监测上的应用。实用新型内容

[0005] 本实用新型是为了解决现有的光纤光栅解调设备存在波长扫描范围和扫描频率不能兼顾，模块化程度低，不适宜维护，系统集成度差，同时环境适应性能力不足的问题。现提供铁路轨道静态监测用光纤光栅解调设备。

[0006] 基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，它包括大功率半导体光放大器1、电压扫描FP滤波器2、梳状滤波器3、光纤耦合器4、多个并行的光电探测器5、并行数据传输总线单元6、信号检测处理单元7和金属密封屏蔽箱，

[0007] 大功率半导体光放大器1、电压扫描FP滤波器2、梳状滤波器3、光纤耦合器4、多个并行的光电探测器5、并行数据传输总线单元6和信号检测处理单元7均放置在金属密封屏蔽箱内，

[0008] 金属密封屏蔽箱上开有金属密封屏蔽口，铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器分别通过光纤穿入金属密封屏蔽口接入多个并行的光电探测器5，

[0009] 大功率半导体光放大器1产生一系列激光，电压扫描FP滤波器2用于接收所述激光产生可调节的激光，可调节的激光经过梳状滤波器3发送出去，经过光纤耦合器4耦合输出到多个并行的光电探测器5中，光信号由多个并行的光电探测器的5进入多组光纤光栅传感器，被光纤光栅传感器反射回来的光信号再通过多个并行的光电探测器5转换成电信号，所述电信号由并行数据传输总线单元6传输到信号检测处理单元7，在信号检测处理单元7上解调出波长，实现对铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器的监测。

[0010] 优选地，它还包括电源模块10和电源滤波器9，

[0011] 电源模块10和电源滤波器9均放置在金属密封屏蔽箱内，

[0012] 电源线穿过金属密封屏蔽口接入电源滤波器9进行电源滤波后，再依次通过电源模块10和并行数据传输总线单元6给大功率半导体光放大器1供电。

[0013] 本实用新型的有益效果为：

[0014] 本申请的光纤光栅铁路铁道静态监测设备，采用模块化设计，不仅能够提高热交换效率，而且各模块之间可以单独运行调试，有利于降低系统复杂度，便于系统升级和维护。

[0015] 本申请使用大功率半导体光放大器、电压扫描FP滤波器以及梳状滤波器实时校准激光，保证设备扫描带宽80nm，波长测量精度±2pm，支持通道扩展；增加表面散热面积，使设备在-40℃-75℃范围内长期稳定工作；

[0016] 本申请的光纤光栅铁路铁道静态监测设备，对外只有三种接口，传感器接口、网络传输接口及电源接口，其中传感器接口和网络传输接口均为光纤接口，通过光纤对信号输入和输出；电源接口内置电源滤波器，可有效防雷击、浪涌等电磁干扰，同时各接口处均使用金属屏蔽结构进行屏蔽，全封闭的金属机箱结构将各功能模块完全屏蔽，可充分满足铁路电子设备电磁兼容使用要求；

[0017] 本申请将各模块防止在全金属密封屏蔽机箱内，防护等级达到IP67，可工作在高湿度、沙尘环境。附图说明

[0018] 图1为具体实施方式一所述的基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备的原理示意图。

具体实施方式

[0019] 具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于光纤光栅的铁路铁道静态监测设备，它包括大功率半导体光放大器1、电压扫描FP滤波器2、梳状滤波器3、光纤耦合器4、多个并行的光电探测器5、并行数据传输总线单元6、信号检测处理单元7和金属密封屏蔽箱，

[0020] 大功率半导体光放大器1、电压扫描FP滤波器2、梳状滤波器3、光纤耦合器4、多个并行的光电探测器5、并行数据传输总线单元6和信号检测处理单元7均放置在金属密封屏蔽箱内，

[0021] 金属密封屏蔽箱上开有金属密封屏蔽口，铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器分别通过光纤穿入金属密封屏蔽口接入多个并行的光电探测器5，

[0022] 大功率半导体光放大器1产生一系列激光，电压扫描FP滤波器2用于接收所述激光产生可调节的激光，可调节的激光经过梳状滤波器3发送出去，经过光纤耦合器4耦合输出到多个并行的光电探测器5中，光信号由多个并行的光电探测器的5进入多组光纤光栅传感器，被光纤光栅传感器反射回来的光信号再通过多个并行的光电探测器5转换成电信号，所述电信号由并行数据传输总线单元6传输到信号检测处理单元7，在信号检测处理单元7上解调出波长，实现对铁路轨道上安装的多组光纤光栅传感器的监测。

[0023] 本实施方式中，多组光纤光栅传感器安装在铁路轨道上，用于检测铁轨的温度、应力、应变、沉降等物理量。

[0024] 光电探测器5包括FPGA处理器、A/D转换器、光纤耦合器阵列、PIN光电探测器及放大器，由梳状滤波器输入的激光进入光纤耦合器阵列进行耦合进入PIN光电探测器，从PIN光电探测器发出的光信号进入光纤光栅传感器，当遇到光纤光栅传感器会反射回来一个光信号，进入PIN光电探测器进行放大及经过A/D转换器模数转换进入FPGA处理器中，在FPGA处理器中采集到的数字信号经过简单的处理传输到信号检测处理单元7；

[0025] 信号检测处理单元7采用三星S3C6410作为ARM处理器核心部件，对梳状滤波器3传输过来的时间基准及波长解调基准和光电探测器5传输过来的原始数据进行处理，通过寻峰算法以及波形线性化解调出波长及波形信号，解调后的光纤光栅波长和波形信号在ARM端打成一个数据包，通过TCP/IP网络通讯协议发送到计算机端，S3C6410是一个16/32位RISC 微处理器，采用64/32位内部总线架构，时钟频率高达660MHz，功耗低、性能高，计算速度快，完全满足铁路设备波长扫描频率要求。

[0026] S3C6410核心板接口丰富，自带网络功能，可以选择以太网，3G、4G和无线网络均可联网进行数据传输；使用电压扫描FP滤波器，可将要进行网络传输的电信号变成光信号，不仅传输速度快，而且能够有效避免电磁干扰；数据传输格式可以与国际主流设备完全兼容。

[0027] 机箱主体为全密闭结构，接缝处使用导电硅胶密封条密封，输入和输出接口处使用金属屏蔽结构密封，防护等级可达IP67，可充分满足典型铁路电子设备沙尘、淋雨、湿热等恶劣环境使用要求。

[0028] 具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的光纤光栅铁路铁道静态监测设备作进一步说明，本实施方式中，它还包括电源模块10和电源滤波器9，[0029] 电源模块10和电源滤波器9均放置在金属密封屏蔽箱内，

[0030] 电源线穿过金属密封屏蔽口接入电源滤波器9进行电源滤波后，再依次通过电源模块10和并行数据传输总线单元6给大功率半导体光放大器1供电。

[0031] 具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的光纤光栅铁路铁道静态监测设备作进一步说明，本实施方式中，它还包括网络模块8和计算机，

[0032] 信号检测处理单元7解调出的波长通过网络模块8传给计算机，在计算机上进行监测。

[0033] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的光纤光栅铁路铁道静态监测设备作进一步说明，本实施方式中，大功率半导体光放大器1最大功率为8dBm，电压扫描FP滤波器2的自由频谱区最长为100nm，使用梳状滤波器3对可调节的激光进行实时校准，使扫描带宽为80nm。

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