[發明專利]一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法

有效

• 申請號: 201410476769.0
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104210512A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 李密;張旭蘋;陳章;宋躍江;陳海生;路元剛;焦文祥
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B61L13/00
• 分類號: B61L13/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感技術領域，特別是一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法。

背景技術

從1997年我國第一次列車提速以來，我國相繼修建、開通了京津城際客運專列、京滬城際客運專列、京廣城際客運專列，設計時速也從200公里逐步提升到350公里。中國已經建成世界上建設里程最長、投資最大、標準最高的高速鐵路網。到2020年，通過新建的高速鐵路、客運專列以及對已有鐵路實施全面的提升改造，初步形成總規模約1.6萬千米的“四橫四縱”的快速鐵路客運網絡，列車最高速度將達到350Km/h。形成連接川渝地區、江漢平原和長三角的沿江大能力快速通道。長三角、珠三角、環渤海京津冀，以及其他城鎮密集地區，城際軌道交通骨干架基本形成。

隨著列車運營速度、軸重、路網密度和行車密度的提高,加劇了鐵路運輸對環境的污染。現代鐵路運輸對環境的污染主要表現為鐵路噪聲，為此在通過人口密集區，高鐵兩側要建立聲屏障來阻隔噪聲的傳播。當高速列車通過聲屏障時，由于巨大的脈動氣壓力的產生，引起聲屏障劇烈的動力響應，甚至導致聲屏障H鋼卡槽松動。2003年德國科隆至法蘭克福段的高鐵聲屏障結構就在列車脈動風壓力的作用下全線破壞，直接造成三千萬歐元的經濟損失。目前檢測H鋼卡槽松動的方法主要等待高鐵停止運營的晚間，依靠人工檢查，這不僅效率低下而且可靠性得不到保障。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為克服現有技術的不足而提供一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法，通過檢測H鋼卡槽中鋁板振動的最大幅值對應的相位差值是否超過預先設定的報警相位差閾值，能夠實時監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽是否松動，可實現自動報警且成本低。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法，包括以下步驟：

步驟一、將光纖敷設在高鐵聲屏障上，采用光源模塊發出直流光，該直流光經過預處理后產生窄線寬的激光脈沖信號，該激光脈沖信號注入光纖，在光纖中產生瑞利后向散射光信號；

步驟二、將瑞利后向散射光信號與本振光信號進行拍頻后經光電轉換輸出電信號，將該電信號轉換為數字信號；

步驟三、當高鐵聲屏障中H鋼卡槽未發生松動，將步驟二所得的數字信號采用正交解調方法獲得高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的標準相位

步驟四、當火車經過高鐵聲屏障時，將步驟二所得的數字信號采用正交解調方法獲得高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的相位

步驟五、根據獲得高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的相位差

步驟六、當步驟五中的相位差超過預先設定的報警閾值時，高鐵聲屏障中H鋼卡槽則發生松動，則進行報警。

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述步驟六中預先設定的報警閾值是通過以下步驟計算獲得；

A、對高鐵聲屏障中的鋁板施加壓力，直至鋁板達到脫離H鋼卡槽的最大距離d，將步驟二所得的數字信號采用正交解調方法獲得該最大距離d下高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的相位

B、根據獲得報警閾值

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述步驟一中窄線寬的激光脈沖信號的波長為1550nm。

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述步驟一中的預處理包括脈沖調制、脈沖放大、濾波。

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述脈沖調制是由聲光調制器進行調制的。

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述脈沖放大是由恒功率的摻鉺光纖放大器進行放大的。

作為本發明的一種監測高鐵聲屏障中H鋼卡槽松動的方法的進一步優化的方案，所述步驟三中獲得高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的標準相位具體如下：

將步驟二所得數字信號經處理分成兩路數字信號，這兩路數字信號分別乘以正弦信號sinΔωt、余弦信號cosΔωt后得到同相信號I₁和正交信號Q₁，根據L＝c×t/2，獲得高鐵聲屏障上沿光纖分布的每一位置對應的瑞利后向散射光信號的標準相位其中，Δω為直流光經過光脈沖調制模塊引入的頻移量，t為時間變量，k為常數，L為光纖分布位置，c為光速。