一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法，基于全新设计原理，引入组合测量工具，使用光纤光栅传感器网络阵列作为监测传感器，与其他监测传感器相比，其不仅灵敏度高，具有较强的精确性，而且质量轻，极大地减轻测量装置的试件重量，减少对结构的影响，同时应用参考FBG消除测量过程中温度因子的偏差影响，能够直接反应树木生长情况，针对树木的树径变化实现高效监测，同时针对试验期间所测量的应变监测数据进行统计分析,构建能够对树木生长进行数据管理、数据分析的树木生长数据库，不仅能实现对树径生长数据的预测，同时能够对统计数据进行特征分析，发现数据异常值等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法
本专利技术涉及一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法，属于树木生长监测

技术介绍
树木作为生态系统的重要组成部分，对自然生态的发展和平衡有着非同寻常的意义。近年来，随着生态环境问题的日趋严重，人们需要更加科学地了解生态发展的内部规律，提高生态保护意识。在此基础上，对树木生长数据的获取和分析，能够让人们更加熟练地了解生态系统的运作规律，因此，合理的树木生长监测系统对生态环境有着积极的影响，它能够方便人们对生态环境的现实状况进行更加充分的了解，更加深入地把握生态环境内部的演化规律及其主要问题，从而采取一系列措施进行预防和控制，同时能够在很大程度上影响社会的可持续发展和生态文明建设，提升人们的环境思维。目前树木生长监测系统较多，但是这些监测所用的装置结构复杂，适用性不强，监测仪灵敏度较低，可靠性差，同时在监测过程中无法消除环境因子对测量过程的影响，缺乏对所获取数据进行数据储存管理和数据分析。例如专利《一种树木胸径监测方法和装置》(CN201811473456.4)公开发布一种树木胸径监测装置，所采用的直线位移传感器灵敏度相较光纤光栅传感器偏低，在结构上对测量装置容易造成偏差影响。例如专利《一种架空线树木生长监测系统》(CN201721136493.7)提供了一种架空线树木生长监测系统，实现一种低成本且效率较高的监测方法，但未构建能够对获取数据进行后续统计和分析的平台。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，基于全新设计原理，引入组合测量工具，能够针对树木的树径变化实现高效监测，为树木生长研究提供准确的数据依据。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，用于针对树木生长过程，实现对树径变化的监测；包括测量环、光纤光栅传感器网络阵列、光纤光栅解调仪；其中，测量环为闭环结构，且测量环的内径与树木的外径相适应，测量环套设于树木的外周上，且测量环的内壁与其所套设树木外壁的相应位置接触；光纤光栅传感器网络阵列包括至少三个光纤光栅传感器，各个光纤光栅传感器分别设置于测量环的外壁上，各个光纤光栅传感器分别与光纤光栅解调仪相连接；伴随树木生长，测量环受树木径向生长力作用产生应变，光纤光栅解调仪接收各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括设置于所述测量环外壁上的参考光纤光栅传感器，参考光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪接收参考光纤光栅传感器针对环境温度变化所获得的监测结果，结合所述各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括终端设备，所述光纤光栅解调仪的输出端对接终端设备，终端设备用于接收来自光纤光栅解调仪的测量数据，实现对树径变化的监测。与上述相对应，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统的监测方法，基于全新设计原理，引入组合测量工具，能够针对树木的树径变化实现高效监测，为树木生长研究提供准确的数据依据。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统的监测方法，用于针对树木生长过程，实现对树径变化的监测；所述监测方法包括实时执行如下步骤A至步骤B，获得各个时刻所对应的树径生长指标；步骤A.检测获得当前时刻下、光纤光栅传感器网络阵列中各个光纤光栅传感器分别相对其初始中心波长λBi的波长偏移值ΔλBi，并发送给光纤光栅解调仪，以及检测获得当前时刻下、参考光纤光栅传感器相对其初始中心波长λBr的波长偏移值ΔλBr，并发送给光纤光栅解调仪，其中，1≤i≤I，I表示光纤光栅传感器网络阵列中光纤光栅传感器的个数，然后进入步骤B；步骤B.由终端设备根据来自光纤光栅解调仪的测量数据，按如下公式：获得当前时刻所对应的树径生长指标ε，其中，Pe为有效弹光系数。作为本专利技术的一种优选技术方案：基于实时执行步骤A至步骤B，获得各个时刻所对应的树径生长指标，按如下公式：获得目标测量期对应的树径平均生长量ε'，其中，表示目标测量期的起始时刻所对应树径生长指标，表示目标测量期的结束时刻所对应树径生长指标，Δt表示目标测量期的时间长度。作为本专利技术的一种优选技术方案：基于步骤A至步骤B实时执行，实时获得各个时刻所对应的树径生长指标，结合时间序列，构建获得树径生长指标-时间趋势图。本专利技术所述一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计基于光纤光栅传感器的树径监测系统及监测方法，基于全新设计原理，引入组合测量工具，使用光纤光栅传感器网络阵列作为监测传感器，与其他监测传感器相比，其不仅灵敏度高，具有较强的精确性，而且质量轻，极大地减轻测量装置的试件重量，减少对结构的影响，同时应用参考FBG消除测量过程中温度因子的偏差影响，能够直接反应树木生长情况，针对树木的树径变化实现高效监测，同时针对试验期间所测量的应变监测数据进行统计分析,构建能够对树木生长进行数据管理、数据分析的树木生长数据库，不仅能实现对树径生长数据的预测，同时能够对统计数据进行特征分析，发现数据异常值等问题。附图说明图1是本专利技术本专利技术所设计基于光纤光栅传感器的树径监测系统的模块示意图；图2是本专利技术所设计基于光纤光栅传感器的树径监测系统的应用示意图；图3是本专利技术设计中测量环及光纤光栅传感器粘贴位置示意图。其中，1.测量环，2-5.光纤光栅传感器测量网络阵列，6.参考光纤光栅传感器。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。本专利技术设计了一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，用于针对树木生长过程，实现对树径变化的监测；如图1所示，具体包括终端设备、测量环、光纤光栅传感器网络阵列、光纤光栅解调仪；其中，测量环为闭环结构，且测量环的内径与树木的外径相适应，测量环套设于树木的外周上，且测量环的内壁与其所套设树木外壁的相应位置接触；具体实际应用中，测量环可以通过铰接和扣子的结构，固定于待测树木树径处。光纤光栅传感器网络阵列包括至少三个光纤光栅传感器，如图3所示，各个光纤光栅传感器分别设置于测量环的外壁上，各个光纤光栅传感器分别与光纤光栅解调仪相连接；伴随树木生长，测量环受树木径向生长力作用产生应变，光纤光栅解调仪接收各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。实际应用中，基于上述技术方案，进一步加入参考光纤光栅传感器，如图3所示，参考光纤光栅传感器设置于所述测量环外壁上，参考光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，实际应用中，光纤光栅解调仪接收参考光纤光栅传感器针对环境温度变化所获得的监测结果，结合所述各个光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，用于针对树木生长过程，实现对树径变化的监测；其特征在于：包括测量环、光纤光栅传感器网络阵列、光纤光栅解调仪；其中，测量环为闭环结构，且测量环的内径与树木的外径相适应，测量环套设于树木的外周上，且测量环的内壁与其所套设树木外壁的相应位置接触；/n光纤光栅传感器网络阵列包括至少三个光纤光栅传感器，各个光纤光栅传感器分别设置于测量环的外壁上，各个光纤光栅传感器分别与光纤光栅解调仪相连接；/n伴随树木生长，测量环受树木径向生长力作用产生应变，光纤光栅解调仪接收各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，用于针对树木生长过程，实现对树径变化的监测；其特征在于：包括测量环、光纤光栅传感器网络阵列、光纤光栅解调仪；其中，测量环为闭环结构，且测量环的内径与树木的外径相适应，测量环套设于树木的外周上，且测量环的内壁与其所套设树木外壁的相应位置接触；
光纤光栅传感器网络阵列包括至少三个光纤光栅传感器，各个光纤光栅传感器分别设置于测量环的外壁上，各个光纤光栅传感器分别与光纤光栅解调仪相连接；
伴随树木生长，测量环受树木径向生长力作用产生应变，光纤光栅解调仪接收各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。


2.根据权利要求1所述一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，其特征在于：还包括设置于所述测量环外壁上的参考光纤光栅传感器，参考光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪接收参考光纤光栅传感器针对环境温度变化所获得的监测结果，结合所述各个光纤光栅传感器针对测量环产生应变所获得的监测结果，实现对树径变化的监测。


3.根据权利要求1或2所述一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统，其特征在于：还包括终端设备，所述光纤光栅解调仪的输出端对接终端设备，终端设备用于接收来自光纤光栅解调仪的测量数据，实现对树径变化的监测。


4.一种基于权利要求3所述一种基于光纤光栅传感器的树径监测系统的监测方法，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆观，朱天宇，徐一鸣，邱自学，谢海兵，袁江，邵建新，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32