1 光纤传感技术概述

光纤传感（FOS）技术的基本原理是将光缆与光学单元连接，使其成为振动传感器。光学单元会以2 000次/s的频率将激光脉冲发送到光纤中，并捕捉反射回来的脉冲，对其进行测量。由于声波和振动波作用在光纤上时，反射的脉冲数量会发生变化，因此通过测量和分析反射脉冲就可以在最长80 km的线路上检测多种对象和事件，如检测运行中列车的振动频谱。

FOS系统不仅能够对反射脉冲进行定性测量，以确定列车的位置、行进方向和速度，而且可在升级后对其进行定量测量（图1）。定量测量可获取更多的列车特征，例如，图1中定量测量的结果可显示列车的各车轴。通过 各种特殊算法对测量数据进行分析，可获取除列车精确位置之外的更多信息，如线路占用情况、列车质量等。此外，利用该系统还能够监控和检测线路状况、轨道车辆和基础设施元件的损伤，以及光缆附近人和动物的活动等。

2 技术条件

2.1 电平范围和传感器质量

每列列车都有其独特的声学信号。人可以通过听觉直接分辨德国城际高速铁路（ICE）与满载货运列车的声学信号差异，但却无法感知其细节，原因在于各种轨道车辆的声音信号中都包含了许多与其特性相关的信息。在检测这些信息时，检测范围的动态性和传感器的灵敏度至关重要。

FOS系统可检测的电平范围由其固有噪声及信号频带宽度超范围现象的影响决定。

图1 FOS系统定性和定量测量的列车信号对比