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原文传递基于双波长的安全型列车计轴系统及方法

专利名称：	基于双波长的安全型列车计轴系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：它包括宽带光纤光栅组和解调仪，所述宽带光纤光栅组包括第一宽带光纤光栅、第二宽带光纤光栅和第三宽带光纤光栅，所述第一宽带光纤光栅、第二宽带光纤光栅、第三宽带光纤光栅分别与各自对应的应变片粘接，三个应变片再粘接在轨腰上，且第一宽带光纤光栅、第二宽带光纤光栅、第三宽带光纤光栅位于同一条直线上；所述解调仪采用2x2取2冗余结构；本发明能够有效提升列车计轴功能的准确性和可靠性，并可实现列车行驶方向判断，系统自检等功能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	李政颖;耿彪;潘建军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910793632.0
公开号：	CN110497933A
代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：	潘杰;李满
分类号：	B61L1/16(2006.01);B;B61;B61L;B61L1
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：它包括宽带光纤光栅组和解调仪(3)，所述宽带光纤光栅组包括第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)，所述第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)、第三宽带光纤光栅(1.2)分别与各自对应的应变片(4)粘接，三个应变片(4)再粘接在轨腰上，且第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)、第三宽带光纤光栅(1.2)位于同一条直线上；所述解调仪(3)包括光源控制板(5)、DFB激光器(6)、一分二耦合器A(7)、第一光电转换模块(9)、二分三耦合器(10)、光环形器(11)、第二光电转换模块(12)、主控制板(13)、一分二耦合器B(16)、一分二耦合器C(17)；所述光源控制板(5)用于控制DFB激光器(6)输出两束波长不同的单一波长连续光，其中第一束单一波长的连续光经过第一个一分二耦合器A(7)分成两路，一路经由对应的第一窄线宽滤波器(20)传输给第一光电转换模块(9)转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路经由二分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)； DFB激光器(6)输出的第二束单一波长连续光经过第二个一分二耦合器A(7)分成两路，一路经由对应的第二窄线宽滤波器(21)传输给第一光电转换模块(9)转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路经由二分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)；所述第一窄线宽滤波器(20)的波长与第一束单一波长的连续光的波长相等，第二窄线宽滤波器(21)的波长与第二束单一波长的连续光的波长相等；第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)中的光栅分别对两束单一波长连续光中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应力经由铁轨传输至宽带光纤光栅组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，两束单一波长连续光的反射光强随之发生规律变化；第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(16)、一分二耦合器C(17)后分别分成两路进入对应的第一光滤波器(8)和第二光滤波器(19)进行滤波，并得到每个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光；第一光滤波器(8)的中心波长与第一束单一波长的连续光的波长相等，且具有一定光谱宽度，但不会使第二束单一波长的连续光通过；第二光滤波器(19)的中心波长与第二束单一波长的连续光的波长相等，且具有一定光谱宽度，但不会使第一束单一波长的连续光通过；第二光电转换模块(12)用于将第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光转换为第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号；主控制板(13)用于根据三个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号得到三个宽带光纤光栅处的轨道应变信息，根据列车来临时三个宽带光纤光栅处的应变及应变信号的先后顺序进行列车计轴。 2.根据权利要求1所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)反射光光谱中心波长1550nm，底部带宽8nm；所述第一束单一波长的连续光的波长为1550nm，第二束单一波长的连续光的波长为1554nm。 3.根据权利要求2所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)采用相位掩膜板法制作，控制刻写参数如下：条纹周期np＝0.00000053356m、光栅长度L＝0.16mm、纤芯原始折射率n1＝1.446、边缘可见度V＝1、折射率调制深度DeltaN＝0.0034。 4.根据权利要求1所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：它还包括第三光电转换模块(14)、辅控制板(15)和一分二耦合器D(18)，第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(16)、一分二耦合器D(18)后分别分成两路进入对应的第一光滤波器(8)和第二光滤波器(19)进行滤波，并得到每个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光；第三光电转换模块(14)用于将与第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光转换为与第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号；辅控制板(15)用于根据三个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号得到三个宽带光纤光栅处的轨道应变信息，根据列车来临时三个宽带光纤光栅处的应变及应变信号的先后顺序进行列车计轴。 5.根据权利要求1所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：所述第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)、第三宽带光纤光栅(1.2)位于相邻的两个轨道枕木之间。 6.根据权利要求1所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：所述DFB激光器(6)输出的第一束单一波长的连续光的波长等于第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)、第三宽带光纤光栅(1.2)反射光谱的波峰；所述DFB激光器(6)输出的第二束单一波长的连续光的波长等于第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)、第三宽带光纤光栅(1.2)反射光谱的右侧波谷。 7.根据权利要求1所述的基于双波长的安全型列车计轴系统，其特征在于：所述宽带光纤光栅组包括第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)均通过光纤接续盒(2)接入光环形器(11)。 8.一种利用权利要求1所述系统的列车计轴方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：所述光源控制板(5)用于控制DFB激光器(6)输出两束波长不同的单一波长连续光，其中第一束单一波长的连续光经过第一个一分二耦合器A(7)分成两路，一路经由对应的第一窄线宽滤波器(20)传输给第一光电转换模块(9)转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路经由二分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)；步骤2：DFB激光器(6)输出的第二束单一波长连续光经过第二个一分二耦合器A(7)分成两路，一路经由对应的第二窄线宽滤波器(21)传输给第一光电转换模块(9)转换为电信号，并由光源控制板(5)进行光源自检，另一路经由二分三耦合器(10)、光环形器(11)分别传输给第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)；步骤3：第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)中的光栅分别对两束单一波长连续光中与光栅对应的光强进行调制，当列车驶过时，应力经由铁轨传输至宽带光纤光栅组上时，光栅反射光的中心波长发生偏移，两束单一波长连续光的反射光强随之发生规律变化；步骤4：第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(16)、一分二耦合器C(17)后分别分成两路进入对应的第一光滤波器(8)和第二光滤波器(19)进行滤波，并得到每个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光；主控制板(13)用于根据三个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号得到三个宽带光纤光栅处的轨道应变信息，根据列车来临时三个宽带光纤光栅处的应变及应变信号的先后顺序进行列车计轴；第一宽带光纤光栅(1)、第二宽带光纤光栅(1.1)和第三宽带光纤光栅(1.2)输出的三束反射光分别依次通过光环形器(11)、一分二耦合器B(16)、一分二耦合器D(18)后分别分成两路进入对应的第一光滤波器(8)和第二光滤波器(19)进行滤波，并得到每个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光；辅控制板(15)用于根据三个宽带光纤光栅发出的与第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号，和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号得到三个宽带光纤光栅处的轨道应变信息，根据列车来临时三个宽带光纤光栅处的应变及应变信号的先后顺序进行列车计轴；步骤5：所述主控制板(13)输出的列车计轴结果与辅控制板(15)输出的列车计轴结果进行比较，如果结果相同，则主控制板(13)输出列车计轴结果，如果结果不同，则主控制板(13)报警。 9.根据权利要求8所述的列车计轴方法，其特征在于：所述步骤4中，主控制板(13)将第一宽带光纤光栅(1)输出的第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号进行双波长的光强解调得到第一宽带光纤光栅(1)感应到的应变值；主控制板(13)将第二宽带光纤光栅(1.1)输出的第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号进行双波长的光强解调得到第二宽带光纤光栅(1.1)感应到的应变值；主控制板(13)将第三宽带光纤光栅(1.2)输出的第一束单一波长的连续光对应的反射光电信号和与第二束单一波长的连续光对应的反射光电信号进行双波长的光强解调得到第三宽带光纤光栅(1.2)感应到的应变值；主控制板(13)将第一宽带光纤光栅(1)感应到的应变值转换为第一宽带光纤光栅(1)的光栅中心波长变化量；主控制板(13)将第二宽带光纤光栅(1.1)感应到的应变值转换为第二宽带光纤光栅(1.1)的光栅中心波长变化量；主控制板(13)将第三宽带光纤光栅(1.2)感应到的应变值转换为第三宽带光纤光栅(1.2)的光栅中心波长变化量；主控制板(13)获取第一宽带光纤光栅(1)的光栅中心波长变化量与第二宽带光纤光栅(1.1)的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；主控制板(13)获取第二宽带光纤光栅(1.1)的光栅中心波长变化量与第三宽带光纤光栅(1.2)的光栅中心波长变化量的差值序列，从而确定该差值序列的峰值点和谷值点；对于第一宽带光纤光栅(1)的光栅中心波长变化量与第二宽带光纤光栅(1.1)的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第一宽带光纤光栅(1)时形成的应变极大值点，标记为A，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第二宽带光纤光栅(1.1)时形成的应变极大值点，标记为B；对于第二宽带光纤光栅(1.1)的光栅中心波长变化量与第三宽带光纤光栅(1.2)的光栅中心波长变化量的差值序列，该差值序列的峰值点对应车轮行驶到第二宽带光纤光栅(1.1)时形成的应变极大值点，标记为B1，该差值序列的谷值点对应车轮行驶到第三宽带光纤光栅(1.2)时形成的应变极大值点，标记为C；主控制板(13)按时间顺序将各个宽带光纤光栅的应变极大值点进行排序，排序中标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示有车轴通过，且标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列表示了列车行驶的方向，对标记为A、B、B1、C的应变极大值点序列和标记为C、B1、B、A的应变极大值点序列进行计数，实现列车计轴和列车行驶方向判断。 10.根据权利要求9所述的列车计轴方法，其特征在于：采用两套基于双波长的安全型列车计轴系统同时进行列车计轴和列车行驶方向判断，及两套宽带光纤光栅组和解调仪(3)，形成2x2取2冗余结构。
所属类别：	发明专利