柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)，該柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：危險源捕捉系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、以及報警系統(tǒng)，在所述信號處理系統(tǒng)確定防護網(wǎng)發(fā)生和/或達到危險程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報警信號和/或情報信息。其中光纖光柵傳感器預先安裝在柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上，通過監(jiān)測防護網(wǎng)下支撐繩的拉力，實時地監(jiān)測與防護網(wǎng)落石以及破網(wǎng)相關聯(lián)的信號，并將該信號返回給光纖光柵解調(diào)儀。
【專利說明】柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感、計算機系統(tǒng)集成以及信號監(jiān)測等【技術(shù)領域】，具體地涉及邊坡災害的柔性防護技術(shù)，并適用于柔性被動防護網(wǎng)的安全監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是個多山國家，特別是西部和東南部山區(qū)，崩塌落石、泥石流、溜坍、溜滑、塌落和風化剝落等斜坡坡面地質(zhì)災害常有發(fā)生，尤其在鐵路、公路這樣的線狀工程沿線最為嚴重，其災害的發(fā)生具有點多、面廣、線長等特點，在有限的資源(人力、物力、財力)條件下防護治理非常困難甚至防不勝防，成為威脅臨坡工程正常運營的主要因素。
[0003]隨著近年高級公路鐵路建設的大力發(fā)展，常用的避繞、大坡道措施由于其需要過多的財力、物力與工期，已不為允許。傳統(tǒng)的護面體系中，漿砌片石和錨噴護坡會造成坡面植被破壞，并且隨著時間推移會與坡面分離，發(fā)生局部垮塌，剝落等結(jié)構(gòu)壽命問題。因此，由于地質(zhì)災害本身的復雜性、隨機性、區(qū)域差異性和多發(fā)性，特別是以動力高速沖擊為主要形式的崩塌落石、泥石流等地質(zhì)災害的頻發(fā)性，以剛性結(jié)構(gòu)為主的傳統(tǒng)技術(shù)措施已不能滿足現(xiàn)今需要。
[0004]所以，在現(xiàn)今邊坡防護措施中，柔性被動防護網(wǎng)以其固有的施工簡單、維修方便、技術(shù)先進、安全可靠、環(huán)保經(jīng)濟、設計選型標準化等優(yōu)點，得到了迅速的發(fā)展與普及，應用在許多邊坡防護工程中。
[0005]隨著柔性被動防護網(wǎng)的廣泛發(fā)展，避免防護網(wǎng)單一被動的防護模式、對防護網(wǎng)工作情況實施全方位的智能監(jiān)測也勢在必行。柔性被動防護網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)包含環(huán)形網(wǎng)、固定系統(tǒng)(錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分?，F(xiàn)有的監(jiān)測手段將光纖光柵拉力傳感器夾持于柔性被動防護網(wǎng)的拉錨繩以及上支撐繩上，對繩上的拉力進行監(jiān)測。
[0006]然而這種監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在下列問題:
(1)對于一個柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)，拉錨繩數(shù)量多，而且拉錨繩上承受的力一致性差，為掌握防護網(wǎng)情況，需要在每個繩上安裝拉力傳感器，所用傳感器數(shù)量大，安裝繁瑣，成本較高；
(2)如上所述，拉錨繩上的力一致性差，這使得需要分別設定報警閾值；
(3)安裝在拉錨繩上的拉力傳感器不能對柔性被動防護網(wǎng)的破裂進行報警；
(4)上支撐繩拉力受上拉錨繩以及減壓環(huán)影響較大，受力復雜，報警閾值的規(guī)律難以獲
?。?br> (5)監(jiān)測位置不當、監(jiān)測方案手段存在缺陷等，造成了系統(tǒng)低漏報和誤報現(xiàn)象嚴重。
[0007]目前柔性被動防護網(wǎng)監(jiān)測手段有通過監(jiān)測上拉錨繩的拉力變化監(jiān)測是否發(fā)生落石沖擊，防護網(wǎng)破網(wǎng)情況卻無法準確判斷，而在實際工程使用當中，破網(wǎng)被視為柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)的失效，因而這種監(jiān)測手段會存在誤報漏報。且對于柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)而言，一個系統(tǒng)包含若干拉錨繩，每根拉錨繩的拉力不一致，造成該種監(jiān)測系統(tǒng)無法正確判斷落石的能級，因此只能作為一種輔助手段。
[0008]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并且符合經(jīng)濟高效需求的用于柔性被動防護網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種用于柔性被動防護網(wǎng)的危險源捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:光纖光柵傳感器或者由所述光纖光柵傳感器構(gòu)成的分布式陣列、光纖光柵解調(diào)儀以及信號傳輸光纖；所述光纖光柵傳感器預先安裝在柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上，通過監(jiān)測防護網(wǎng)下支撐繩的拉力，實時地監(jiān)測與防護網(wǎng)落石以及破網(wǎng)等相關聯(lián)的信號，并將該信號返回給所述光纖光柵解調(diào)儀；所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或所述分布式陣列通過信號傳輸光纖相連接。
[0010]由于防護網(wǎng)的下支撐繩上所受的拉力在該下支撐繩長度方向上的各處都是相同的；而且，落石等物體在墜落時，由于重力的作用，通常最顯著地作用在柔性防護網(wǎng)的下部(即，下支撐繩所處的部分)。因此，本發(fā)明利用上述原理，巧妙地避免了當拉力傳感器設置在各拉錨繩上時，所測得的各拉力值隨著各拉錨繩與受沖擊點的距離不同而顯著不同的情況。相比于將拉力傳感器設置在各拉錨繩上的做法，通過本發(fā)明的設置方式，能夠直接、準確地獲得作用在某一下支撐繩所屬的柔性防護網(wǎng)上的沖擊量(而無需考慮該沖擊發(fā)生在該柔性防護網(wǎng)的哪一位置)。
[0011]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀可以對從所述光纖光柵傳感器反射回來的信號進行解調(diào)處理，并得出相應的波長信號。
[0012]所述光纖光柵解調(diào)儀對從所述光纖光柵傳感器反射回來的光信號進行解調(diào)處理，依據(jù)處理結(jié)果得出各個光纖光柵傳感器所在的監(jiān)測點上的危險源狀況。
[0013]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器為光纖光柵拉力傳感器，用于監(jiān)測當柔性被動防護網(wǎng)落有落石時，光纖光柵的波長相對于光纖光柵的特征波長的變化量，并將其返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0014]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵拉力傳感器設置在所述防護網(wǎng)下支撐繩上的位置與防護網(wǎng)可能受到?jīng)_擊的一側(cè)相反。
[0015]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號傳輸光纖中，其中，所述信號傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接，激光經(jīng)光纖光柵傳感器反射后返回到所述光纖光柵解調(diào)儀，并且其中，激光在光纖光柵傳感器內(nèi)反射時，在受到外部的作用的情況下，反射激光的波長發(fā)生變化，且所述變化與外部作用之間具有預定的相關性。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)包括:信號接收裝置和與所述信號接收裝置相連接的處理器單元；所述信號接收裝置與所述危險源捕捉系統(tǒng)相連接，用于接收來自以上所述的危險源捕捉系統(tǒng)的信號；所述處理器單元設置成通過分析來確定:
O每個激光波長信號涉及哪個光纖光柵傳感器；
2)所涉激光的波長的變化以及對應的所代表的支撐繩拉力變化量；
3)所述防護網(wǎng)是否受到落石沖擊以及是否發(fā)生落石破網(wǎng)。[0017]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)還包括存儲裝置，其中預先存儲:光纖光柵傳感器與特征波長之間的對應關系；波長變化和光纖光柵傳感器所測的支撐繩拉力之間的對應關系；支撐繩拉力和發(fā)生危巖落石以及破網(wǎng)的對應關系。
[0018]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的信號處理系統(tǒng)，所述處理器單元可以還設置成用于:確定對應于一個或者幾個光纖光柵傳感器的波長信號是否消失；以及根據(jù)預定的邏輯規(guī)貝U，由此判斷是何處位置發(fā)生了危巖落石和/或哪條光纖光纜損毀。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，提供了一種柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括:
如前所述的危險源捕捉系統(tǒng)；
與所述危險源捕捉系統(tǒng)相連接的如前所述的信號處理系統(tǒng)；以及與所述信號處理系統(tǒng)相連接的報警系統(tǒng)，在所述信號處理系統(tǒng)確定防護網(wǎng)發(fā)生和/或達到危險程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報警信號和/或情報信息。
[0020]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的報警系統(tǒng)，所述危險源捕捉系統(tǒng)與所述信號處理系統(tǒng)通過有線或者無線方式遠距離連接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和報警系統(tǒng)能夠接入其它路內(nèi)系統(tǒng)和路外信息系統(tǒng)，來完善此系統(tǒng)的外部互通功能，也給準確、有效的報警帶來保障。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種使用柔性被動防護網(wǎng)的監(jiān)測方法，其中光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上用于監(jiān)測下支撐繩的拉力變化，從而監(jiān)測防護網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢以及是否達到危險程度。
[0023]優(yōu)選地，所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
[0024]本發(fā)明選擇監(jiān)測防護網(wǎng)的下支撐繩上拉力的變化，能有效的判斷落石破網(wǎng)、以及落石能量級，經(jīng)所述監(jiān)控報警反饋后判斷出，防護網(wǎng)當前落石是否需要清理以及達到何種程度時需要清理。且采用當前先進的光纖光柵傳感器以及與之相配合的傳輸光纖，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、適應性強、穩(wěn)定性好的的監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是在鐵路無人區(qū)、無電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下均可長期穩(wěn)定工作，從而能夠為路線維護工作以及及時發(fā)現(xiàn)可能的險情提供準確和詳實的數(shù)據(jù)，提供了一套完善可行的柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的柔性防護網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的柔性防護網(wǎng)監(jiān)測方案示意圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的光纖光柵拉力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步地進行詳細描述。
[0027]根據(jù)本發(fā)明實施例的柔性防護網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖示出在圖1中，其至少包括:危險源捕捉系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，以及報警系統(tǒng)。在本發(fā)明中，所述危險源捕捉系統(tǒng)由設置有傳感器的柔性被動防護網(wǎng)、監(jiān)測點、信號傳感光線和光纖光柵解調(diào)儀等組件構(gòu)成。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，通過監(jiān)測柔性防護網(wǎng)下支撐繩拉力的變化，能夠達到監(jiān)測有無落石沖擊防護網(wǎng)的目的。如圖2所示，其中2-1為下支撐繩，2-2為光纖光柵位移傳感器，2-3為防護網(wǎng)。柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)在受到落石沖擊時，整個系統(tǒng)受力情況發(fā)生變化。此時，下支撐繩除了受到安裝時的預拉力外，還受到落石沖擊分散到該下支撐繩上的拉力。因此可以將光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上，如圖2所示，用于監(jiān)測下支撐繩的拉力變化，進而達到監(jiān)測防護網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢以及是否達到危險程度。由此，構(gòu)建柔性防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程、實時地監(jiān)測柔性被動防護網(wǎng)的受力狀態(tài)進而提供預警以及報警服務。
[0029]柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)是將以菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)為主的柔性柵欄設置于斜坡上一定位置，用于攔截斜坡上的滾落石(或落物)以避免其破壞擬保護的對象，一般由菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)行網(wǎng)(需攔截小塊落石時附加一層鋼絲格柵)、固定系統(tǒng)(包括錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分構(gòu)成。
[0030]支撐繩是用以實現(xiàn)金屬柔性網(wǎng)按設計形式鋪掛、對金屬柔性網(wǎng)起支撐加固作用的鋼絲繩。沖擊荷載必然要從柔性網(wǎng)傳遞給支撐繩，因此支撐繩在設計上必須確保其具有與網(wǎng)內(nèi)沖擊點位置無關的恒定響應特征。在特定位置設置具有減壓環(huán)和/或緩沖繩的支撐繩，除能實現(xiàn)這一功能外，還實現(xiàn)了能量消散、繩網(wǎng)下垂和維護需求間的最佳平衡。
[0031]柔性被動防護網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)應具有三個基本功能:對下支撐繩拉力進行監(jiān)測、能夠自動識別規(guī)定范疇內(nèi)的變化量、在確定所述變化量后能夠采取有效的手段進行分析或報
目O
[0032]為達到上述目的，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的柔性防護網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)至少應由三部分構(gòu)成:危險源捕捉系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，以及報警系統(tǒng)。另外，由于設施對于設備可靠性要求較高，系統(tǒng)須具備自我診斷功能，當設備信號采集通路受損的時候，設備應能給出相應的報警信號通知工作人員進行維護。
[0033]其中，所示危險源捕捉系統(tǒng)的主要工作是采集現(xiàn)場防護網(wǎng)下支撐繩拉力變化信息并且轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，以及通過信號傳輸網(wǎng)絡等傳輸手段將所述數(shù)據(jù)發(fā)送給信號處理系統(tǒng)；信號處理系統(tǒng)的主要工作是按照相應算法分析從危險源捕捉系統(tǒng)傳送來的數(shù)據(jù)(例如以光纖光柵拉力傳感器波長變化值為基礎，計算當前處理的信號所涉及的下支撐繩所受的拉力)，以及結(jié)合沖擊持續(xù)時間來判斷防護網(wǎng)是否破網(wǎng)，并發(fā)出相應等級的報警信號到報警系統(tǒng)；報警系統(tǒng)在接收信號處理系統(tǒng)發(fā)送的報警信號后能夠發(fā)出光、聲、電等報警手段來告知各級工作人員相應的報警信息。下面分別描述各個系統(tǒng)。
[0034]危險源捕捉系統(tǒng)
根據(jù)本發(fā)明，所述的光纖光柵拉力傳感器一般設置在柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上。在本發(fā)明中，優(yōu)選地采用光纖光柵拉力傳感器。但是，也不排除使用其他類型的、能夠感測支撐繩所受拉力的傳感器。圖3為光纖光柵拉力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3的上半部示出了所述光纖光柵拉力傳感器結(jié)構(gòu)的正面剖視圖以及局部放大視圖，圖3的下半部示出了所述光纖光柵拉力傳感器結(jié)構(gòu)的俯視圖。光纖光柵拉力傳感器包括防護外殼3-1、彈性基體3-2、應變光纖光柵3-3、光纖堵頭3-4、“O”型密封圈3-5、室外鎧裝光纜3_6。其中，在初始狀態(tài)下，應變光纖光柵3-3整體用膠封裝或用其他形式固定在彈性基體3-2上，且應變光纖光柵3-3的縱向軸與所述彈性基體3-2的預期拉伸方向基本平行；防護外殼3-1通過螺釘安裝在彈性基體3-2上，起到保護光纖光柵的作用；“0”型密封圈3-5安裝在防護外殼3-1和彈性基體3-2之間，起到密封作用；光纖堵頭3-4安裝在防護外殼3-1上；室外鎧裝光纜3-6用壓接或者膠粘等方式固定在光纖堵頭3-4上。光纖光柵拉力傳感器通過彈性基體3-2的左、右安裝孔用卸扣與防護網(wǎng)下支撐繩連接在一起，拉力通過卸扣施加在彈性基體的左、右安裝孔上，在左、右安裝孔拉力作用下所述彈性基體3-2產(chǎn)生應變，將應變傳遞給應變光纖光柵3-3，所述封裝在彈性基體上的光纖光柵的特征波長將會產(chǎn)生變化。因此，上述結(jié)構(gòu)使得光纖光柵傳感器能夠?qū)崟r、真實地反映出下支撐繩的受力狀況。然而，其他類型的光纖光柵傳感器也可以使用在本發(fā)明中，用于監(jiān)測下支撐繩拉力變量。由于重力的作用，落石通常直接沖擊防護網(wǎng)的下部，為了避免下支撐繩上的光纖光柵傳感器被落石直接損毀，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的危險源捕捉系統(tǒng)，所述光纖光柵拉力傳感器設置在所述防護網(wǎng)下支撐繩上的位置與防護網(wǎng)可能受到?jīng)_擊的一側(cè)相反。這避免了在沖擊量不大時，落石恰好撞擊并損壞光纖光柵拉力傳感器進而導致系統(tǒng)誤判為巨大落石的可能性，盡量減小了假警報的可能。
[0035]光纖光柵傳感器是目前應用最為廣泛的光纖傳感器之一，可測量應變、溫度、壓力、位移、流量、液位等參數(shù)。其傳感原理一般基于被測參數(shù)變化引起光柵周期和有效折射率的變化，從而導致光柵特征波長(反射波長)的變化，通過測量特征波長的移動量來測量上述參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，所述光纖光柵拉力傳感器的工作原理是:
每個光纖光柵傳感器從激光源(比如光纖光柵解調(diào)儀)接收激光，并反射回特定波長的激光。對于光纖光柵拉力傳感器，在拉力的影響下，由其反射回的激光波長會發(fā)生偏移。對于每個光纖光柵傳感器，其反射的特征波長λ在1510-1590nm之間。波長偏移的量Λ入與拉力F之間存在既定的關系，該關系式可以表示為:
Δ λ J=^Fi(I)
其中k為預定的系數(shù)，為一個經(jīng)驗值或試驗測定值。
[0036]這樣，通過光纖光柵反射光的中心波長相對變化量來檢測防護網(wǎng)下支撐繩的拉力相對變量。光纖光柵拉力傳感器具有準分布式組網(wǎng)(幾十到幾百點)、測量分辨率高(0.01%FS)、測量范圍寬(0ΚΝ~300KN)、工作溫度范圍寬、不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振動、抗疲勞、使用壽命長等優(yōu)點，可以廣泛應用于錨索、錨桿、支撐繩、拉錨繩上拉力及預應力的準確測量。
[0037]所述危險源捕捉系統(tǒng)主要包括:傳感器分布式陣列，信號傳輸光纖和光纖光柵解調(diào)儀。
[0038]其中，所述傳感器分布式陣列可以包括多個光纖光柵拉力傳感器，然而，所述傳感器分布式陣列也可以僅僅包括一個光纖光柵拉力傳感器。所述的傳感器分布式陣列可以是串聯(lián)連接，或者并聯(lián)連接 ，也可以是并聯(lián)和串聯(lián)相結(jié)合的方式，從而構(gòu)成一定的拓撲網(wǎng)絡。例如，每個被檢測對象上可以設置一個傳感器，多個被測對象上的傳感器經(jīng)過一定的方式連接。具體地，所述光纖光柵拉力傳感器陣列可以連接在多個分支光路中，每個分支光路通過光纜接續(xù)盒與主光纜連接，由主光纜將各個分路光纜連接到光纖光柵解調(diào)儀器上。其中，由所述光纖光柵解調(diào)儀向光纖光柵傳感器通過光纖光纜發(fā)送激光信號。一般地，光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送預定的一束激光，該束激光可以包括多個預定波長的激光，也可以是具有一定光譜寬度的激光。按照預定設置，正常狀態(tài)下每個光纖光柵拉力傳感器反射特定波長的激光； 而在柔性被動防護網(wǎng)受到落石沖擊的情況下，下支撐繩的受力發(fā)生變化，導致光纖光柵拉力傳感器的反射波長產(chǎn)生變化(在極端情況下也可能導致光纖光柵傳感器失效)，因此將導致被反射的激光波長發(fā)生偏移或者消失。所述光纖光柵解調(diào)儀通過比較反射回到該光纖光柵解調(diào)儀的激光的波長變化來監(jiān)測各個光纖光柵傳感器的外部環(huán)境對其所產(chǎn)生的影響。
[0039]通過本發(fā)明的危險源捕捉系統(tǒng)，可以收集得到關于某位置或者某局部區(qū)域例如某乘務段發(fā)生危險的信息。其中，如果得到某光纖光柵傳感器反射的激光的波長發(fā)生偏移且在某一瞬間迅速變大，這意味著該傳感器的位置下支撐繩拉力發(fā)生了變化，該片防護網(wǎng)受到了落石沖擊；如果波長偏移速度較快，說明危險異物(例如落石)沖擊能量較大；如果波長瞬間增大后又在某一時間段內(nèi)變?yōu)樨撝担f明該片防護網(wǎng)受到落石沖擊后，防護網(wǎng)破網(wǎng)；如果反射激光的波長達到某個預定值，說明該片防護網(wǎng)下支撐繩所受拉力已經(jīng)達到或者超過了預先設定值，該片防護網(wǎng)有大量堆積的落石，需要清理；而如果應該由該傳感器反射的激光消失，則說明很可能是損毀了該位置的傳感器。此時可以利用信號處理系統(tǒng)來分析上述危險源捕捉系統(tǒng)所收集的信號，從而得出一定的結(jié)論。
[0040]信號處理系統(tǒng)
根據(jù)本發(fā)明的原理，需要設置信號處理系統(tǒng)來分析從上述危險源捕捉系統(tǒng)收集得到的信號。優(yōu)選地是，一個信號處理系統(tǒng)可以分析來自眾多個危險源捕捉系統(tǒng)的信號。其中，信號處理系統(tǒng)可以通過有線方式比如光纜與危險源捕捉系統(tǒng)連接。可替換地，也可以通過無線方式發(fā)送和傳遞信息，例如借助于衛(wèi)星網(wǎng)絡來實現(xiàn)信息的傳遞。
[0041]其中，所述信號處理系統(tǒng)可以具體地實現(xiàn)為計算機服務器，其包括或者連接相應的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本發(fā)明，所述信號處理系統(tǒng)，包括處理器，作為數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷單元，用于對光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送的與傳感器波長變化有關的信號進行分析和判斷。服務器中預先存儲傳感器或傳感器陣列中心波長數(shù)據(jù)，中心波長變化量和下支撐繩受到拉力之間的對應關系，以及下支撐繩所受拉力對應的該片防護網(wǎng)的破壞情況等級。
[0042]當柔性被動防護網(wǎng)受到?jīng)_擊載荷，支撐繩受拉力增大，信號處理系統(tǒng)接受到中心波長變化值。首先，判斷所述波長是屬于哪個光纖光柵拉力傳感器的信號，鑒于光纖光柵拉力傳感器波長偏移的量與每個所述傳感器的特征波長相比較而言為很小的值，一般僅為一個或少數(shù)幾個納米的量，且變化后的波長一般與相鄰波段的傳感器特征波長也能夠很好的區(qū)分。這樣，確定了特征波長信號后就可以確定是對應哪個光纖光柵傳感器的信號。并且，在確定傳感器后就又可以確定對應于防護網(wǎng)下支撐繩的安裝位置。其次，確定傳感器的波長偏移所對應的下支撐繩受到的拉力值。根據(jù)前文所述，傳感器所感測到的拉力與傳感器的波長偏移相對應，反過來也就可以通過監(jiān)測波長偏移的量來確定傳感器安裝位置處是否發(fā)生相當?shù)拇郎y受力。再次，判斷下支撐繩受拉力值對應該片防護網(wǎng)發(fā)生的落石情況以及嚴重程度。如傳感器的波長偏移迅速增大到傳感器滿量程后又減小，并且減小到比發(fā)生偏移前的數(shù)值還小的情況，那么表明柔性被動防護網(wǎng)已經(jīng)破網(wǎng)。
[0043]其中，傳感器測得拉力大小與柔性防護網(wǎng)沖擊載荷之間的對應情況根據(jù)經(jīng)驗或者實驗測定來估計。這種對應關系不是固定的，而可以是預先設定的結(jié)果，所以也可以根據(jù)具體情況適當變動。
[0044]其中，還需要判斷應該出現(xiàn)波長信號卻并未出現(xiàn)的情況:如果傳輸給服務器的傳感器信號中不包括或者中斷對應某個光纖光柵傳感器的信號，則意味著發(fā)生了某種嚴重情況，比如該傳感器被毀。這需要馬上進行安全處理。如果是由一條分光纜連接的所有傳感器的信號消失，則很可能是該條光纜被損毀。根據(jù)危險度級別的判斷標準，服務器可將其歸納為“突發(fā)嚴重災害情形”或“光纜損毀”等。判斷的邏輯規(guī)則，可以由操作人員來具體設定，或進行修改。
[0045]報警系統(tǒng)
信號處理系統(tǒng)，也就是所述服務器部分，在經(jīng)過分析得到災害發(fā)生或者危害程度的信息后，將此信息以某種媒介的形式發(fā)送給有關的人員，比如區(qū)域負責鐵路安全的人員、維修人員，和上級決策者。
[0046]其中，報警系統(tǒng)將危險程度分為三個級別，分別為:
一級:受到?jīng)_擊；
二級:嚴重沖擊；
三級:破壞；
其中，監(jiān)測報警又分為預警和報警兩種方式。其中，一級(受到?jīng)_擊)和二級(嚴重沖擊)屬于預警模式，三級(破壞)屬于報警模式?？梢愿鶕?jù)各種傳感器的峰值信號的特征，沖擊持續(xù)時間及多點受沖擊情況進行綜合分析，確定不同能級的閾值。
[0047]其中，由負責安全監(jiān)控的人員，根據(jù)報警系統(tǒng)反饋的情況，可以通過有線或者無線的方式，比如電話、短信、廣播、警示燈，向有關人員進行示警或通告。
[0048]其中，在本發(fā)明中，使用了開放性好、可以擴展的通訊協(xié)議，便于三個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并且有利于建立統(tǒng)一的防災體系。
[0049]相比于將拉力傳感器設置在各拉錨繩上的做法，通過本發(fā)明的設置方式，能夠直接、準確地獲得作用在某一下支撐繩所屬的柔性防護網(wǎng)上的沖擊量(而無需考慮該沖擊發(fā)生在該柔性防護網(wǎng)的哪一位置)。本發(fā)明無需大幅度改動現(xiàn)有的柔性被動防護網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，僅在下支撐繩上設置拉力傳感器就能最大限度地獲得沖擊載荷的真實值。這樣，包括上述各個組成部分的柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)相對于現(xiàn)有的方式具有準確、安全、即時和低成本等突出的優(yōu)點。該系統(tǒng)也可以與其他和鐵路軌道有關的監(jiān)測系統(tǒng)相兼容或并行，以實現(xiàn)綜合性的功能。本發(fā)明普遍適用于危巖邊坡柔性防護網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)測情況。
[0050]本發(fā)明的功能特征不限于前面給出的那些例子，這樣可以設想本發(fā)明精神內(nèi)的任意種類的功能。盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但并非為了將本發(fā)明限制為這里所闡述的具體例子。相反，本發(fā)明的范圍僅受限于所述權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種危險源捕捉系統(tǒng)，該危險源捕捉系統(tǒng)包括: 光纖光柵傳感器或者由所述光纖光柵傳感器構(gòu)成的分布式陣列、光纖光柵解調(diào)儀以及信號傳輸光纖; 所述光纖光柵傳感器預先安裝在柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上，通過監(jiān)測防護網(wǎng)下支撐繩的拉力，實時地監(jiān)測與防護網(wǎng)落石以及破網(wǎng)相關聯(lián)的信號，并將該信號返回給所述光纖光柵解調(diào)儀； 所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或所述分布式陣列通過信號傳輸光纖相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀對從所述光纖光柵傳感器反射回來的信號進行解調(diào)處理，并得出相應的波長信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀依據(jù)處理結(jié)果得出各個光纖光柵傳感器所在的監(jiān)測點上的危險源狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器為光纖光柵拉力傳感器，用于監(jiān)測當柔性被動防護網(wǎng)落有落石時，光纖光柵的波長相對于光纖光柵的特征波長的變化量，并將其返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵拉力傳感器包括彈性基體和應變光纖光 柵，在初始狀態(tài)下，應變光纖光柵被整體地固定在彈性基體上，且應變光纖光柵的縱向軸與所述彈性基體的預期拉伸方向基本平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，通過設置在彈性基體上的左、右安裝孔，用卸扣將光纖光柵拉力傳感器與防護網(wǎng)下支撐繩連接在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器設置在所述防護網(wǎng)下支撐繩上的位置與防護網(wǎng)可能受到?jīng)_擊的一側(cè)相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的危險源捕捉系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號傳輸光纖中； 所述信號傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接，激光經(jīng)光纖光柵傳感器反射后返回到所述光纖光柵解調(diào)儀，并且其中，激光在光纖光柵傳感器內(nèi)反射時，在受到外部的作用的情況下，反射激光的波長發(fā)生變化，且所述變化與外部作用之間具有預定的相關性。
9.一種信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)包括: 信號接收裝置和與所述信號接收裝置相連接的處理器單元； 所述信號接收裝置與所述危險源捕捉系統(tǒng)相連接，用于接收來自根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的危險源捕捉系統(tǒng)的信號；所述處理器單元設置成通過分析來確定: O每個激光波長信號涉及哪個光纖光柵傳感器； 2)所涉激光的波長的變化以及對應的所代表的支撐繩拉力變化量； 3)所述防護網(wǎng)是否受到落石沖擊以及是否發(fā)生落石破網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號處理系統(tǒng)，其中，所述信號處理系統(tǒng)還包括與所述處理器單元相連接的存儲裝置，其中在存儲裝置中預先存儲:光纖光柵傳感器與特征波長之間的對應關系；波長變化和光纖光柵傳感器所測的下支撐繩拉力之間的對應關系；所述下支撐繩拉力和發(fā)生危巖落石以及破網(wǎng)的對應關系。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號處理系統(tǒng)，其中，所述處理器單元可以還設置成用于:確定對應于一個或者幾個光纖光柵傳感器的波長信號是否消失； 以及根據(jù)預定的邏輯規(guī)則，由此判斷是何處位置發(fā)生了危巖落石和/或哪條光纖光纜損毀。
12.一種柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的危險源捕捉系統(tǒng)； 與所述危險源捕捉系統(tǒng)相連接的根據(jù)權(quán)利要求9-11之一所述的信號處理系統(tǒng)；以及 與所述信號處理系統(tǒng)相連接的報警系統(tǒng)，在所述信號處理系統(tǒng)確定防護網(wǎng)發(fā)生和/或達到危險程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報警信號和/或情報信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述危險源捕捉系統(tǒng)與所述信號處理系統(tǒng)通過有線或者無線方式遠距離連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柔性被動防護網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述危險源捕捉系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng) 和報警系統(tǒng)接入其它路內(nèi)系統(tǒng)和路外信息系統(tǒng)。
15.一種使用柔性被動防護網(wǎng)的監(jiān)測方法，其中光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上用于監(jiān)測下支撐繩的拉力變化，從而監(jiān)測防護網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢以及是否達到危險程度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的監(jiān)測方法，其中所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
【文檔編號】G01L1/24GK103985225SQ201310050073
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】張植俊, 曹學光, 董坤, 劉云飛, 翟江蘭, 于國瑞, 楊小軍, 耿振, 閻震, 趙志旺, 從宇殊, 吉俊 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司