本发明涉及光纤传感技术领域，特指一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆及制备方法。
背景技术：
对有轨运动体的测速定位一直是机械控制领域研究的热点话题，无论是高速运动体(如高速列车)，还是中低速运动体(如城市地下轨道交通及码头行吊)，都需要对其进行精确测速及定位，方能进一步监测并控制其安全运行。
目前对于有轨运动体的测速定位，主要有以下方法：1)绝对位置传感器测速定位技术：在运动轨道附近布置一定间距的位置触发器，每个位置触发器唯一对应一个固定位置的坐标点；系统检测与固定位置的坐标点唯一对应的位置触发器，实现对运动体的测速及定位；2)基于交叉感应回线的测速定位技术：利用电缆按一定间距缠绕成一个环路敷设于轨道上。当运动体上的感应线圈与环路有空间重叠时，根据电磁感应原理，感应线圈中会产生感应电动势，而重叠的有效面积越大，感应电动势就越高。当运动体连续移动时，感应线圈输出的电动势经滤波器整形滤波后输出位置脉冲，提供位置信息；3)脉宽编码感应式测速定位技术：采用感应式编码的非接触测量技术，通过运动体上的有源定位标志板读码传感器实时扫描安装在线路上表示绝对物理位置的无源数字编码板，对采集到的信号进行相关处理，从而得到运动体的位置和速度信息。
目前我国普遍采用上述电类传感器来实现运动体的测速与定位，但是，传统的电类传感器可靠性较差、精度较低、抗干扰能力较弱、系统结构复杂、维护成本高，尤其在高速电气化发展的今天，面对强电磁干扰、恶劣环境和异常天气，电类传感器时常会发生误判。
光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志，是近年来国内外研究的热点之一。光纤传感具有灵敏度高、抗电磁干扰、可移植性强、可嵌入性强等诸多优点,在航空航天、石油化工安全生产、民用基础工程建设、轨道交通运输及生物医疗领域具有广阔的应用前景。其中，光纤布拉格光栅(fbg)传感技术发展迅猛，它具有测量范围广、响应速度快、定位精度高等突出优点，近年来已在有轨运动体运行状态监测领域得到了广泛研究与应用。本专利提出了一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，利用该光缆结合相关的光栅传感解调系统，可实现对不同运行速度下的有轨运动体精准测速与定位。该技术方法能实时监测有轨运动体运行状况，对于保证其安全运行及控制具有重要的实际意义。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提供了一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆及制备方法，该光缆可用于运动体长距离精确定位及测速，对于保证其安全运行及精确控制具有重要的实际意义。
为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：
一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，包括微型极性永磁体、传感光纤、扁平条带与铠装保护套管，扁平条带固定于铠装保护套管内，传感光纤上的低反射率光纤布拉格光栅阵列通过预张机构和点胶设备固定于扁平条带上，微型极性永磁体通过紫外固化胶粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列上表面中心位置。
根据上述方案，所述微型极性永磁体的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体，铠装保护套管的外径为3～10mm，扁平条带的宽度为2～3mm、高度为0.5～1mm。
一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将传感光纤上的低反射率光纤布拉格光栅阵列和扁平条带同时通过张力加载机构加载不同的预应力后置于点胶平台上，利用自动点胶机在约3～5cm处的点胶处将低反射率光纤布拉格光栅阵列粘贴于扁平条带上；
步骤2)利用自动点胶机将微型极性永磁体粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列上表面中心位置；
步骤3)将上述结构穿于铠装保护套管中并点胶加以固定。
根据上述方案，步骤1)中所述的张力加载机构对低反射率光纤布拉格光栅阵列的预张力应大于对扁平条带的预张力；相邻低反射率光纤布拉格光栅阵列的间距、中心波长和反射率可根据实际测量距离及精度设定。
根据上述方案，步骤2)中所述的微型极性永磁体的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体，将其粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列中心位置。
根据上述方案，步骤3)中所述的铠装保护套管的外径为3～10mm，利用点胶机将低反射率光纤布拉格光栅阵列所在的扁平条带沿同一水平方向粘贴于铠装保护套管内壁。
本发明有益效果：
1)按照上述方法制备的光缆，其内部的低反射率光纤布拉格光栅阵列的间距、中心波长和反射率可根据实际测量距离及精度设定，保证了在不同使用场景下均能达到最佳测试效果，其理论研究表明，通过适当增加低反射率光纤布拉格光栅阵列光缆的并带数量，可以实现更远距离的定位需求；通过适当减小相邻低反射率光纤布拉格光栅阵列的间隔，可以实现更短距离的定位精度和相关速度测量；
2)本发明所用材料合理，低反射率光纤布拉格光栅阵列具有测量精度高、响应快、抗电磁干扰能力强、可分布式测量的优势,将微型极性永磁体粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列中心制作成磁感应光栅阵列，当其受到运动体上对应永磁体的磁力作用时，能够精准快速发生应变响应；
3)本发明设计结构合理，将低反射率光纤布拉格光栅阵列通过张力机构施加预应力并固定于扁平条带上，保证了低反射率光纤布拉格光栅阵列传感的灵敏度；将微型极性永磁体粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列中间位置，保证了低反射率光纤布拉格光栅阵列局部应变传感，能够满足对运动体测速定位的高精度要求。
附图说明
图1是本发明整体结构图；
图中：1.微型极性永磁体；2.低反射率光纤布拉格光栅阵列；3.传感光纤；4.扁平条带；5.紫外固化胶；6.铠装保护套管。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，包括微型极性永磁体1、传感光纤3、扁平条带4与铠装保护套管6，扁平条带4固定于铠装保护套管6内，传感光纤3上的低反射率光纤布拉格光栅阵列2通过预张机构和点胶设备固定于扁平条带4上，微型极性永磁体1通过紫外固化胶5粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列2上表面。
在本实施例中，所述微型极性永磁体1的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体，铠装保护套管6的外径为3～10mm，扁平条带4的宽度为2～3mm、高度为0.5～1mm。
一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将传感光纤3上的低反射率光纤布拉格光栅阵列2和扁平条带4同时通过张力加载机构加载不同的预应力后置于点胶平台上，利用自动点胶机在约3～5cm处的点胶处将低反射率光纤布拉格光栅阵列2粘贴于扁平条带4上；
步骤2)利用自动点胶机将微型极性永磁体1粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列2上表面中心位置；
步骤3)将上述结构穿于铠装保护套管6中并点胶加以固定。
其中，步骤1)中所述的张力加载机构对低反射率光纤布拉格光栅阵列2的预张力应大于对扁平条带4的预张力；相邻低反射率光纤布拉格光栅阵列2的间距、中心波长和反射率可根据实际测量距离及精度设定。实际应用中，本实施例中的相邻光纤布拉格光栅的间距为1m，中心波长选用1550nm，反射率选用-30db,其可达到10公里距离内运动体定位精度为1m、测速精度为1m/s的要求。
其中，步骤2)中所述的微型极性永磁体1的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体，将其粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列2中心位置。
其中，步骤3)中所述的铠装保护套管6的外径为3～10mm，利用点胶机将低反射率光纤布拉格光栅阵列2所在的扁平条带4沿同一水平方向粘贴于铠装保护套管6内壁。实际应用中，扁平条带4由铝合金、铜合金或其他有机材料制作而成。
本发明的工作原理：
将上述线型磁感应光缆安装于运动体运动路径的合适位置，与此对应的在运动体上安装一个永磁铁。当运动体沿轨道行驶时，其上面的磁体模组对轨道上磁感应光缆内的相应位置处的低反射率光纤布拉格光栅阵列2上的微型极性永磁体1产生一定的磁力作用，导致低反射率光纤布拉格光栅阵列2的波长发生变化，利用低反射率光纤布拉格光栅阵列2信号解调系统即可获得运动体的位置信息，进而实现对运动体的测速定位，对于保证其安全运行及控制具有重要的实际意义。对于高速有轨运动体(如高速列车)及其他中低速有轨运动体(如码头行吊)，均能达到精确定位及测速，能够满足不同场景下的有轨运动体测速定位要求。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
1.一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，其特征在于：包括微型极性永磁体(1)、传感光纤(3)、扁平条带(4)与铠装保护套管(6)，所述扁平条带(4)固定于铠装保护套管(6)内，所述传感光纤(3)上的低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)通过预张机构和点胶设备固定于扁平条带(4)上，所述微型极性永磁体(1)通过紫外固化胶(5)粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)上表面中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，其特征在于：所述微型极性永磁体(1)的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体。
3.根据权利要求1所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，其特征在于：所述铠装保护套管(6)的外径为3～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆，其特征在于：所述扁平条带(4)的宽度为2～3mm、高度为0.5～1mm。
5.一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将传感光纤(3)上的低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)和扁平条带(4)同时通过张力加载机构加载不同的预应力后置于点胶平台上，利用自动点胶机在约3～5cm处的点胶处将低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)粘贴于扁平条带(4)上；
步骤2)利用自动点胶机将微型极性永磁体(1)粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)上表面中心位置；
步骤3)将上述结构穿于铠装保护套管(6)中并点胶加以固定。
6.根据权利要求5所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的张力加载机构对低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)的预张力应大于对扁平条带(4)的预张力；相邻低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)的间距、中心波长和反射率可根据实际测量距离及精度设定。
7.根据权利要求5所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的微型极性永磁体(1)的尺寸为直径1～5mm、高度1～5mm的圆柱体，将其粘贴于低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)上表面中心位置。
8.根据权利要求5所述的一种用于有轨运动体测速定位的线型磁感应光缆的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的铠装保护套管(6)的外径为3～10mm，利用点胶机将低反射率光纤布拉格光栅阵列(2)所在的扁平条带(4)沿同一水平方向粘贴于铠装保护套管(6)内壁。
技术总结