基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统及信号处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统及信号处理方法，其中系统包括围栏钢丝绳，固定在围墙的若干支柱上；光纤光栅应变传感器，与围栏钢丝绳连接，并固定在支柱上；属于同一通道的光纤光栅应变传感器串接在一根光缆上；所述光纤光栅应变传感器包括主轴、旋转空间凸轮、差动弹簧机构和等强度应变片；光纤光栅信号解调仪，与光缆连接，将光纤光栅应变传感器的信号发送到报警管理计算机；报警管理计算机，对接收的信号进行处理和分析，根据分析结果进行报警。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统及信号处理方法
本专利技术涉及光纤周界安防
，尤其涉及一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统及信号处理方法。
技术介绍
光纤光栅传感技术是近年发展起来的先进传感技术，与传统的电类传感技术相比，具有现场无源防爆、耐候防雷、布设灵活、使用寿命长、灵敏度高等优势，可对多种物理参量进行实时监测，包括：应变、温度、加速度等等，因此，非常适合应用于周界安防领域。现有的光纤光栅周界入侵报警系统主要是通过分析作用于光纤布拉格光栅振动传感器上的振动波来判断是否报警，所以安装介质的振动波传递特性，以及振动传感器的安装环境对系统的报警性能有着直接的影响，诸如围墙共振、树枝拍打等因素都有可能导致振动监测报警系统频繁误报。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中周界安防系统容易导致振动监测报警系统频繁误报的缺陷，提供一种可避免误报的基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统及信号处理方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统，包括：围栏钢丝绳，固定在围墙的若干支柱上；光纤光栅应变传感器，与围栏钢丝绳连接，并固定在支柱上；属于同一通道的光纤光栅应变传感器串接在一根光缆上；所述光纤光栅应变传感器包括主轴、旋转空间凸轮、差动弹簧机构和等强度应变片，该等强度应变片上固定有光纤光栅；围栏钢丝绳部分绕设在主轴上；旋转空间凸轮套设在主轴上，并连接一旋转回复机构；该旋转空间凸轮的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳的状态变化时，带动主轴旋转，旋转空间凸轮也随主轴转动；差动弹簧机构通过一安装支架设置在该旋转空间凸轮的上方，该差动弹簧机构包括顶杆和滚轮，顶杆与等强度应变片接触，滚轮与该旋转空间凸轮的上表面接触；光纤光栅信号解调仪，与光缆连接，将光纤光栅应变传感器的信号发送到报警管理计算机；报警管理计算机，对接收的信号进行处理和分析，根据分析结果进行报警。接上述技术方案，该多个凹凸区间具体包括预张初始区域，该预张初始区域的一侧设有张紧上限区域和入侵报警区域，该预张初始区域的另一侧设有张紧下限区域、松弛报警区域和张拉失效区域。接上述技术方案，所述旋转回复机构为扭簧，围栏钢丝绳起初处于预张紧状态时，扭簧也处于预紧状态。本专利技术还提供了一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统的信号处理方法，该方法基于上述周界安防系统，具体包括步骤：标定并设置光纤光栅应变传感器“静态”、“松弛”、“失效”、“入侵”状态下的波长变化阈值，并设置系统采样率fs，基准值更新周期Tb；系统开始运行后，对每个探测点，即每一个光纤光栅应变传感器所在位置，先读取各自第一次采样值作为基准值，若无异常事件发生，按照基准值更新周期Tb更新基准值；若某探测点判断有异常事件发生，则这个点不更新基准值；计算每个探测点当前时刻波长数值与基准值的差值，并已设置的波长变化进行比较，判断是否发生异常。接上述实施例，波长变化阈值具体设置为：接上述实施例，根据当前时刻波长数值与基准值的差值的数值范围，确定当前的受力状态，输出对应事件信息。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术采用具有特定结构的光纤光栅应变传感器，结合相应的信号分析算法，对监测区域围栏的受力状态进行监测，能够直接避免振动因素对监测系统带来的干扰。光纤光栅应变传感器中可使用普通布拉格光栅或者弱反射布拉格光栅，组成复用系统，实现长距离实时的应变监测。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例光纤光栅应变传感器的结构示意图；图3是图2的俯视图；图4是本专利技术实施例旋转空间凸轮的示意图；图5是本专利技术实施例旋转空间凸轮轮廓轨迹曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统包括多个光纤光栅应变传感器10，围栏钢丝绳30、光纤光栅信号解调仪40和报警管理计算机50。围栏钢丝绳30固定在围墙的若干支柱20上，可以通过设置在支柱20上的钢丝绳固定点20进行固定。光纤光栅应变传感器10与围栏钢丝绳30连接，并固定在支柱20上；属于同一通道的光纤光栅应变传感器10串接在一根光缆40上。光纤光栅信号解调仪40，与光缆连接，将光纤光栅应变传感器的信号发送到报警管理计算机；报警管理计算机50，对接收的信号进行处理和分析，根据分析结果进行报警。本专利技术所采用的传感器是特定结构的传感器，如图2所示，该光纤光栅应变传感器10包括主轴11，旋转空间凸轮12，差动弹簧机构13，旋转回复机构14，安装支架15，等强度应变片16，光纤光栅17和围栏钢丝绳18，整体呈中心旋转结构。旋转回复机构14的作用主要是给旋转空间凸轮12一个回复力，使其回到初始位置，旋转回复机构4可选用扭簧。围栏钢丝绳18部分绕设在主轴上。旋转空间凸轮12套设在主轴11上，并连接一旋转回复机构14；该旋转空间凸轮12的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳18的状态变化时，带动主轴11旋转，旋转空间凸轮12也随主轴11转动。各个凹凸区间对应围栏钢丝绳不同的状态变化区间。本专利技术的一个实施例中，该多个凹凸区间具体包括预张初始区域，该预张初始区域的一侧设有张紧上限和入侵报警区域，该预张初始区域的另一侧设有张紧下限、松弛报警区域和张拉失效区域。差动弹簧机构13通过安装支架15设置在该旋转空间凸轮12的上方，该差动弹簧机构13包括顶杆和滚轮，顶杆与等强度应变片16接触，滚轮与该旋转空间凸轮12的上表面接触。安装支架15为轻质支架，如可选用轻质的铝合金。该差动弹簧机构13还包括壳体和弹簧，弹簧竖直放置于该壳体中，且该壳体与安装支架15固定连接。如图2所示，本专利技术的一个实施例中，安装支架15为滑动安装支架，套设在主轴11上，沿主轴11可上下自由移动。差动弹簧机构13还包括弹簧，弹簧一端为自由端，连接轮轴，轮轴上套设滚轮；弹簧的另一端也为自由端，连接顶杆；其中顶杆设置在该差动弹簧机构13的顶部，滚轮设置在该差动弹簧机构13的底部。该实施例中，通过弹簧将力传递给顶杆，再通过顶杆将力传递给等强度应变片16。本专利技术的另一实施例中，安装支架15为固定安装支架，并与等强度应变片16固定连接。弹簧套设在顶杆上，弹簧一端为自由端，连接轮轴，轮轴上套设滚轮；弹簧的另一端为固定端，与固定安装支架连接。与上一个实施例的区别在于弹簧只有一端为自由端，顶杆为刚性顶杆，通过刚性顶杆将力传递给等强度应变片16。围栏钢丝绳30起初处于预张紧状态，即旋转回复机构14也处于预紧状态，当围栏钢丝绳30状态变化时(受拉、松弛、断裂)，旋转空间凸轮12也随之正反转动，带动差动弹簧机构13底部的滚轮上下运动，使得差动弹簧机构13顶端传递给等强度应变片16的作用力随之改变，等强度应变片16上产生的应变也随之变化，最终光纤光栅17因应变片表面应变的变化而产生波长的漂移，光纤光栅波长解调仪就可以通过波长的变化而监测张力围栏钢丝绳30的状态变化，从而判定张力围栏所处状态，系统完成安防本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统，其特征在于，包括：围栏钢丝绳，固定在围墙的若干支柱上；光纤光栅应变传感器，与围栏钢丝绳连接，并固定在支柱上；属于同一通道的光纤光栅应变传感器串接在一根光缆上；所述光纤光栅应变传感器包括主轴、旋转空间凸轮、差动弹簧机构和等强度应变片，该等强度应变片上固定有光纤光栅；围栏钢丝绳部分绕设在主轴上；旋转空间凸轮套设在主轴上，并连接一旋转回复机构；该旋转空间凸轮的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳的状态变化时，带动主轴旋转，旋转空间凸轮也随主轴转动；差动弹簧机构通过一安装支架设置在该旋转空间凸轮的上方，该差动弹簧机构包括顶杆和滚轮，顶杆与等强度应变片接触，滚轮与该旋转空间凸轮的上表面接触；光纤光栅信号解调仪，与光缆连接，将光纤光栅应变传感器的信号发送到报警管理计算机；报警管理计算机，对接收的信号进行处理和分析，根据分析结果进行报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统，其特征在于，包括：围栏钢丝绳，固定在围墙的若干支柱上；光纤光栅应变传感器，与围栏钢丝绳连接，并固定在支柱上；属于同一通道的光纤光栅应变传感器串接在一根光缆上；所述光纤光栅应变传感器包括主轴、旋转空间凸轮、差动弹簧机构和等强度应变片，该等强度应变片上固定有光纤光栅；围栏钢丝绳部分绕设在主轴上；旋转空间凸轮套设在主轴上，并连接一旋转回复机构；该旋转空间凸轮的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳的状态变化时，带动主轴旋转，旋转空间凸轮也随主轴转动；差动弹簧机构通过一安装支架设置在该旋转空间凸轮的上方，该差动弹簧机构包括顶杆和滚轮，顶杆与等强度应变片接触，滚轮与该旋转空间凸轮的上表面接触；光纤光栅信号解调仪，与光缆连接，将光纤光栅应变传感器的信号发送到报警管理计算机；报警管理计算机，对接收的信号进行处理和分析，根据分析结果进行报警。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅应变传感器的周界安防系统，其特征在于，该多个凹凸区间具体包括预张初始区域，该预张初始区域的一侧设有张紧上限区域和入侵报警区域，该预张初始区域的另一侧设有张紧下限区域、松弛报警区域和张拉失...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玥，何光辉，董雷，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42