本实用新型属于轨道检测领域，更具体地，涉及一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统。
背景技术：
应变是指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形，是反映工程结构受力或健康状态的重要参数之一；通过对关键设施进行应变实时检测，能够实现设施灾害预警及设施的科学管理。
传统应变检测系统主要采用电阻应变片，其可以将机械构件上应变变化转换为电阻变化，通过测量输出电流或电压的变化，从而计算电阻的变化进而反推出应变；然而，该系统易受环境影响，且存在较大误差，因此，测量结果并不尽人意；因此，需要一种抗干扰能力强、测量精度高的应变测量系统和系统。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其目的在于通过采用分布式光纤传感器，并结合相应的数据处理系统从而检测应变，由此解决现有技术采用的应变检测系统存在易受环境影响、且误差较大等技术问题。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，包括：在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器、应变检测仪、nb-iot模块、以及监控平台；其中：
所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；
所述分布式光纤传感器与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；
所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台；
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示；
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其还包括可开合封装套件，所述分布式传感器封装在所述封装套件中。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其可开合封装套件包括易开合盒子、固定盖、以及螺丝；其中，所述分布式光纤传感器封装在所述易开合盒子中，所述固定盖位于所述易开合盒子的开口部分，所述螺丝用于固定所述易开合盒子和所述固定盖。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其分布式光纤传感器为标准的通讯单模光纤。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其应变检测仪为布里渊光时域反射应变监测器。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其预设频率为10ghz～11ghz。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其偏移信号为背向spbs信号，其频率范围为以预设频率为中心频率，以布里渊频移为偏移量。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其布里渊频移为偏移量为fb＝(2f0nv/c)sin(θ/2)，其中，
f0为入射进入光纤的光波频率；
n为材料的折射率；c为真空光波的传播速度；
v为材料中的声速；
θ是发生在光纤中散射光信号和原始光信号的夹角。
优选地，所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其报警器为声光报警器。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)通过本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，通过在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器，通过分布式光纤传感器接收到来自应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并经nb-iot模块传输至监控平台以显示，从而实现了轨道应变精准检测，解决现有技术采用的应变检测系统存在易受环境影响、且误差较大等技术问题。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
轨道作为主要的交通工具和运输工具，在生活中占据着及其重要的位置，其安全也备受关注；在实际应用中，轨道承受着多变化的垂直、横向、纵向的静荷载和动荷载，荷载从钢轨通过轨枕和道床传递到路基，因此，必然会因受力产生变形，即我们通常所说的应变。
应变是指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形，是反映工程结构受力或健康状态的重要参数之一；通过对关键设施进行应变实时检测，能够实现设施灾害预警及设施的科学管理。
传统应变检测系统主要采用电阻应变片，其可以将机械构件上应变变化转换为电阻变化，通过测量输出电流或电压的变化，从而计算电阻的变化进而反推出应变；然而，该系统易受环境影响，且存在较大误差，因此，测量结果并不尽人意；因此，需要一种抗干扰能力强、测量精度高的应变测量系统和系统。
随着光纤技术的发展，基于光纤非线性效应的全分布式光纤传感系统正在快速改变这种局面；它是一种真正的传、感合一的全分布式探测系统；它能够提供更加准确且及时的光纤应变检测，从而提高了应变检测效果；因此，分布式光纤传感器相对传统电传感器来说有着明显的优势。
现有技术中，基于拉曼散射的分布式传感系统目前已经得到广泛应用；但是，这种探测系统只能对温度进行探测，对应力并不敏感；而且这个系统灵敏度不高，温度精度仅为1摄氏度，空间精度仅为1米；并且，由于拉曼散射后返回的信号非常弱，它要比瑞利散射强度弱20db-30db，探测距离也只能在10-20公里之内；为了提高探测距离，常常需要脉冲峰值功率很高的脉冲激光光源。
鉴于基于拉曼散射传感系统的种种不足，本实用新型的提供了一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，如图1所示，包括：在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器、应变检测仪、nb-iot模块、以及监控平台；其中：
所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；
所述分布式光纤传感器与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；
所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台；
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示；
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警。
在本实用新型中，所述分布式光纤传感器用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号：
具体而言，所述偏移信号为背向spbs信号，其频率范围为以预设频率为中心频率，以布里渊频移为偏移量；优选地，所述布里渊频移为fb＝(2f0nv/c)sin(θ/2)，其中，
f0为入射进入光纤的光波频率；
n为材料的折射率；c为真空光波的传播速度；
v为材料中的声速；
θ是发生在光纤中散射光信号和原始光信号的夹角。
进一步地，所述分布式光纤传感器分别平行并尽量挨近钢轨中性层贴于钢轨侧面，以精确的检测该待测轨道应变信息。
在实际应用中，为了保障传感器在恶劣的环境下仍然能稳定工作和不影响钢轨本身健康状况，本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，所述分布式光纤传感器具有封装结构，即将所述分布式光纤传感器进行封装，再将封装好的分布式光纤传感器模块焊接在钢轨上。
具体地，所述封装优选为封装套件，所述分布式传感器封装在所述封装套件中，所述套件具有易开合盒子、固定盖、以及螺丝；其中，所述分布式光纤传感器封装在所述易开合盒子中，所述固定盖位于所述易开合盒子的开口部分，所述螺丝用于固定所述易开合盒子和所述固定盖，以方便拆装。
进一步地，将封装套件固定在钢轨上时，考虑到粘结剂易受环境影响而被老化，该套件选用低温焊接和大功率烙铁将光纤传感器套件焊接在钢轨上。
进一步地，所述的分布式光纤传感器，其优选采用标准的通讯单模光纤，以提供上百公里的温度和应变的同时探测能力，优选为华光天锐srs-s300型号光纤光栅应变传感器。
所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号：
进一步地，所述应变检测仪优选为布里渊光时域反射应变监测器，其型号优选为思仪6419/a光纤应变分布测试仪，以用于发出预设频率为10ghz～11ghz的探测光，所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台：
进一步地，所述nb-iot模块优选为华为海思boudica系列，以通过lte通信网络实现数据传输；
具体而言，窄带物联网(nb-iot)是iot领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(lpwan)；nb-iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接；通常情况下，nb-iot设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖；本实用新型使用nb-iot可以远程稳定快速传输数据信息，提供了较大便利，也保障了数据传输速度和质量。
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示：
进一步地，所述监控平台优选为主机，其型号优选为dell-inspire5537，以用于对接收到的信息进行解码，并通过后台服务器计算出该待测轨道应变信息：当计算结果低于预设的该待测轨道应变量阈值，则继续实时监测；当计算结果高于预设的该待测轨道应变量阈值，则输出报警信号以启动报警器报警；由此，实现警示作用，保障了安全
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警：进一步地，所述报警器为声光报警器，其型号优选为金特莱nb-iot无线火灾声光报警器。
工作时：应变检测仪发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；所述分布式光纤传感器接收到的所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；应变检测仪接收所述分布式光纤传感器输出的偏移信号，并经nb-iot模块传输至监控平台；所述监控平台对接收到的信息进行解码，以计算出该待测轨道应变信息，并将计算的结果和预设的该待测轨道应变量阈值进行比较，若计算结果低于所述预设的该待测轨道应变量阈值，则继续实时监测；若计算结果高于所述预设的该待测轨道应变量阈值，则输出报警信号以启动报警器报警；
由此可见，通过本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，通过在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器，从而采集所述待测轨道的应变信息，所述分布式光纤传感器接收到来自应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，从而将该待测轨道的应变信息转换为可传输的光信息，并经nb-iot模块传输至监控平台，监控平台对接收到的信息进行解码，最终反推出该待测轨道应变信息，从而实现了轨道应变精准检测，解决现有技术采用的应变检测系统存在易受环境影响、且误差较大等技术问题。
以下结合实施例做进一步说明：
实施例1：
本实用新型的提供了一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，如图1所示，包括：在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器、应变检测仪、nb-iot模块、以及监控平台；其中：
所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；
所述分布式光纤传感器与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；
所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台；
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示；
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警。
所述分布式光纤传感器用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号：
在本实施例中，所述偏移信号为背向spbs信号，其频率范围为以预设频率为中心频率，以布里渊频移为偏移量；优选地，所述布里渊频移为fb＝(2f0nv/c)sin(θ/2)，其中，
f0为入射进入光纤的光波频率；其取值为10ghz；
n为材料的折射率；其取值为1.472；
c为真空光波的传播速度；其取值为本领域常规知识；
v为材料中的声速；其值根据传播材料性质决定，例如材料为铁时，此时取值v为5893m/s；
θ是发生在光纤中散射光信号和原始光信号的夹角，其值为30°；
在本实施例中，所述分布式光纤传感器分别平行并尽量挨近钢轨中性层贴于钢轨侧面，以精确的检测该待测轨道应变信息。
在本实施例中，为了保障传感器在恶劣的环境下仍然能稳定工作和不影响钢轨本身健康状况，本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，所述分布式光纤传感器具有封装结构，即将所述分布式光纤传感器进行封装，再将封装好的分布式光纤传感器模块焊接在钢轨上。
在本实施例中，所述封装优选为封装套件，所述套件具有易开合盒子、固定盖和螺丝，以方便拆装。
在本实施例中，将封装套件固定在钢轨上时，考虑到粘结剂易受环境影响而被老化，该套件选用低温焊接和大功率烙铁将光纤传感器套件焊接在钢轨上。
在本实施例中，所述的分布式光纤传感器采用标准的通讯单模光纤，其型号为华光天锐srs-s300型号光纤光栅应变传感器。所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号。
在本实施例中，所述应变检测仪优选为布里渊光时域反射应变监测器，其型号为思仪6419/a光纤应变分布测试仪，以用于发出预设频率为10ghz的探测光；
所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台：
在本实施例中，所述nb-iot模块为华为海思boudica系列，以通过lte通信网络实现数据传输；
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示：
在本实施例中，所述监控平台优选为主机，其型号为dell-inspire5537，以用于对接收到的信息进行解码，并通过后台服务器计算出该待测轨道应变信息：当计算结果低于预设的该待测轨道应变量阈值，则继续实时监测；当计算结果高于预设的该待测轨道应变量阈值，则输出报警信号以启动报警器报警；由此，实现警示作用，保障了安全
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警：
在本实施例中，所述报警器为声光报警器，其型号为金特莱nb-iot无线火灾声光报警器。
工作时：应变检测仪发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；所述分布式光纤传感器接收到的所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；应变检测仪接收所述分布式光纤传感器输出的偏移信号，并经nb-iot模块传输至监控平台；所述监控平台对接收到的信息进行解码，以计算出该待测轨道应变信息，并将计算的结果和预设的该待测轨道应变量阈值进行比较，若计算结果低于所述预设的该待测轨道应变量阈值，则继续实时监测；若计算结果高于所述预设的该待测轨道应变量阈值，则输出报警信号以启动报警器报警；
由此可见，通过本实用新型提供的一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，通过在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器，从而采集所述待测轨道的应变信息，所述分布式光纤传感器接收到来自应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，从而将该待测轨道的应变信息转换为可传输的光信息，并经nb-iot模块传输至监控平台，监控平台对接收到的信息进行解码，最终反推出该待测轨道应变信息，从而实现了轨道应变精准检测，解决现有技术采用的应变检测系统存在易受环境影响、且误差较大等技术问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，包括报警器，其特征在于，包括：在待测轨道两侧沿所述待测轨道水平延伸方向分别设置分布式光纤传感器、应变检测仪、nb-iot模块、以及监控平台；其中：
所述应变检测仪用于发出预设频率的探测光，以作为检测光源信号；
所述分布式光纤传感器与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪发出的预设频率的探测光，并输出携带所述待测轨道应变信息的偏移信号；
所述nb-iot模块与所述应变检测仪信号连接，用于接收所述应变检测仪输出的携带所述待测轨道应变信息的偏移信号，并传输至所述监控平台；
所述监控平台与所述nb-iot模块信号连接，用于所述nb-iot模块输出的信息并显示；
所述报警器与所述监控平台信号连接，用于当所述监控平台显示的该待测轨道应变量高于预设的应变量阈值时，启动报警器报警。
2.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，还包括可开合封装套件，所述分布式光纤传感器封装在所述封装套件中。
3.如权利要求2所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述可开合封装套件包括易开合盒子、固定盖、以及螺丝；其中，所述分布式光纤传感器封装在所述易开合盒子中，所述固定盖位于所述易开合盒子的开口部分，所述螺丝用于固定所述易开合盒子和所述固定盖。
4.如权利要求3所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述分布式光纤传感器为标准的通讯单模光纤。
5.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述应变检测仪为布里渊光时域反射应变监测器。
6.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述预设频率为10ghz～11ghz。
7.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述偏移信号为背向spbs信号，其频率范围为以预设频率为中心频率，以布里渊频移为偏移量。
8.如权利要求7所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述布里渊频移为偏移量为
fb＝(2f0nv/c)sin(θ/2)，其中，
f0为入射进入光纤的光波频率；
n为材料的折射率；c为真空光波的传播速度；
v为材料中的声速；
θ是发生在光纤中散射光信号和原始光信号的夹角。
9.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感器的轨道应变测量系统，其特征在于，所述报警器为声光报警器。
技术总结