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基于光纤光栅传感技术实现铁路信号集中监测系

发布时间:2021-04-08 22:43
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  近年来,高速铁道正在我邦取得了繁盛发扬。高速铁道的特色是行车密度大,是以假设发作事情其形成的后果也会异常告急。保护运转列车的安好成为日益凸显的主要探求实质。

  光纤光栅是操纵紫外暴光身手正在光纤芯中惹起折射的周期性蜕变而造成的。光纤光栅中折射率散布的周期性布局,导致某一特定波长光的反射,从而造成光纤光栅的反射谱。反射光的波长对温度、应力和应变敏锐,当境况温度、应力或应变发作蜕变时,光纤光栅反射光的峰值波长漂移,通过对波长漂移量的气量就能够杀青对温度、应力和应变的感测。

  组态软件为“组态式监控软件”。“组态”(Configure)的寄义是“设备”、“设定”、“设立”,指用户通过雷同“搭积木”的纯粹格式来完结自身所必要的软件效力,而不必要编写计较机措施,即所谓的“组态”。“监控”(Supervisory Control)指通过计较机信号对主动化兴办或进程举办监督、限度和管制。

  光纤光栅的周期正在几百纳米数目级。当某一宽带光源的光入射到光纤光栅中时,折射率散布的周期性布局导致某一特定波长光的反射,反射光的波长(即谐振波长)由Bragg公式确定:

  光纤光栅应力传感器一样是将光纤光栅附着正在某一弹性体上,同时举办珍惜封装。当弹性体受到压力时,光纤光栅与弹性体一齐发作应变,导致光纤光栅的谐振波长漂移,漂移量由式(2)给出:

  从式(3)能够看出,假设已知光纤光栅谐振波长的漂移量以及其作事温度的更正量,就能够计较出光纤光栅的应变。

  光纤光栅感想输出的是波长更正量,必需采用专用的波长解调兴办举办波长识别,然后送入计较机举办阐发执掌和报警。

  该应力衡量体例要紧由宽带光源、光纤光栅应力传感器、基于可调F-P滤波器的波长解调仪和计较机及软件阐发执掌体例四个人构成。图中给出等间隔散布的众个光纤光栅应力传感器,这些光纤光栅一样要举办串接。由宽带光源发出的宽带光信号经由隔绝器和3 dB耦合器传输到串接的传感光栅上,经由这些光纤光栅的波长选拔后,一组分歧波长的窄带光被反射,反射光再次经由3 dB耦合器由波长解调仪回收,经由波长解调仪对这些波长举办识别,取得一组应力传感音讯。当检测传感器外部应力发作蜕变时,通过光栅解调器监测出波长的蜕变即应力蜕变之后,输入到计较机举办数据阐发执掌,终末取得传感器受压散布境况,从而推断是否会出现塌方、位移等风险影响,起到报警效用。

  波长解调仪由可调F-P滤波器、锯齿波扫描电压发作器、颤动信号发作器、信号混杂器和LP低通滤波器五个人构成。波长解调仪的作事道理是:波长编码的压力传感信号输入到可调谐F-P滤波器,当锯齿波驱动F-P滤波器使其透射波峰与光纤光栅反射峰重应时,即可依照此时的F-P滤波器驱动电压与透射波长合连测得光纤光栅反射峰名望。但因为F-P滤波器输出的透射谱是光栅反射谱与F-P滤波器透射谱的卷积,会使带宽增补,阔别率下降。是以,正在扫描电压上加一小的颤动电压,其输出经混频和低通滤波器,衡量颤动频率,正在信号为零时,所测得数据即为光栅的反射峰值波长。

  组态软件(Configuration)为模块化苟且组合,软件征求体例组态软件平台和行使软件平台两个人。操作体例可苟且选用Window NT、Linux、Unix等。汇集传输同一采用TCP/IP制定。正在体例软件的根蒂上作战行使软件的维持平台,即散布式及时运转境况。征求散布式体例管制与监督、基于内存的及时数据库、及时数据库组态用具、爱彩票基于OPENGL的三维图形组态用具、众方针众制定汇集通讯布局等。正在组态平台之上二次拓荒行使软件平台全部作战正在怒放的邦际工业程序根蒂上,必要具有优越的怒放性。研讨体例的拓荒性,采用贸易数据库,而且行使体例的怒放性打算需具备众方针特性,为众方位、众方针不断拓展体例效力供应坚实的根蒂。

  组态软件平台的方针布局分为操作体例(可选Windows、Linux、Unix等)、及时运转境况(包蕴及时数据库、及时数据库组态用具、合连数据库、众方针/众制定汇集接口三个人)、图形组态以及数据库保卫和SCADA行使效力四个人。

  铁道正在线监测体例征求数据衡量体例和数据管制与阐发两大子体例。此中,数据衡量体例由传感器子体例和数据采撷与传输子体例有机地构成;数据管制与阐发体例征求监测数据管制子体例和数据阐发执掌子体例。体例逻辑效力如图2所示。

  传感器子体例由散布正在现场的传感器构成,要紧征求光纤温度、应变、压力、位移、振动传感器,光纤传感阐发仪依照现场监测点的众少能够设备分歧通道的仪器。传感器要紧散布正在牵引变电站的电力开合柜、电缆接头、变压器、互感器等输变电兴办上,用来正在线测温及主动报警,另有散布正在桥梁、铁道轨道、铁道地道等土木匠程布局里,用来应力变形布局的安好监测。

  数据采撷子体例由光纤光栅阐发仪完结,将光纤光栅阐发仪接入现场的传感器,仪器阐发光纤光栅中折射率散布的周期性布局,导致某一特定波长光的反射,从而造成光纤光栅的反射谱。反射光的波长对温度、应力和应变敏锐,当境况温度、应力或应变发作蜕变时,光纤光栅反射光的峰值波长漂移,通过对波长漂移量的气量就能够杀青对温度、应力和应变的感测。感测的数据通过数据传输体例传输给数据执掌和限度体例。

  数据传输体例是光纤光栅阐发仪与监控体例的通讯通道,正在具备有线传输的地方能够研讨光纤(比方正在牵引变或分区所),通道牢固牢靠;正在不具备条款的地方(比方地道、桥梁等),能够采用无线格式,固然通道的质地会差少少,但对正在线监测体例依旧能够满意需求。

  数据执掌与限度体例,为了保障体例的及时性、爱彩票牢固性采用组态软件,体例具备及时数据采撷、数据越限执掌、史籍数据采用、事情采样、事情记忆等效力,正在及时体例之上配有计划增援体例,助助调剂职员对现场处境连忙、切实地做出推断。

  (2)正在相对鸠集的监测现场设立主控室或主控箱体,用来计划光纤光栅阐发仪和通讯兴办,对温度、应力和应变的感测音讯数据举办阐发、预警告诉及数据传输;

  (3)主站调剂体例通过分歧的传输通道(光纤、微波、载波、GPRS等)服从必定的传输制定采撷散布正在各个现场(铁轨、铁道桥梁、铁道地道、铁道牵引变电站等)的光纤光栅阐发仪的数据,由调剂体例对及时现场数据举办告警、采样等执掌,由计划增援体例协助调剂职员提出预知计划。

  以牵引变测温体例为例对体例物理布局及现场装置处境举办周详描写,如图4所示。

  (3)光纤光栅信号解调体例:对温度信号举办解调,供应现场温度的及时音讯;

  综上所述,光纤光栅传感身手正在铁道安好防护上具有很高的行使价钱,实验阐明正在线监测体例比以往古代的铁道安好巡检更安好、急切,会带来更大的经济效益和更好的社会效应。越发采用了众种通讯身手以及行使了组态软件与计划增援体例,为调剂员的计划供应了安好保护。

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