基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法技术

本发明专利技术将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，将该薄膜与待传感的应力传感面(例如银行金库门或保险柜内壁)紧密贴合；当入侵事件发生时，应力传感面局部产生形变或振动信号，应力发光薄膜在外力作用下产生光学信号并由光电探测器探测感知。本发明专利技术所述应力发光薄膜具备“无源待机、入侵唤醒”的优势，同时具备高精度、可视化、分布式连续检测等技术优势，有望解决光纤传感系统在封闭空间、移动空间周界安全防护中面临的高能耗问题，为周界安全防护方法革新提供一种解决方案。周界安全防护方法革新提供一种解决方案。周界安全防护方法革新提供一种解决方案。

【技术实现步骤摘要】
基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法


[0001]本专利技术属于光电探测和光学传感的交叉学科，具体是指一种将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备应力发光薄膜、在外力作用下产生力致发光效应并由光电探测器探测、实现高精度、可视化、分布式无源周界安全防护的方法。

技术介绍

[0002]周界安全系统是指部署于银行、保险箱等安全攸关场所的，集物理场传感、信号处理、模式识别等功能于一身的，能够对入侵事件进行精确感知和类型甄别的综合防护系统。周界安全系统的识别精度主要取决于传感器精度，各类光学传感器以高精度、高灵敏度、多物理场可协同等优势，目前在主流周界安全系统中得以广泛运用。周界安全系统典型结构包括红外探测识别系统、空间光路探测识别系统和光纤传感系统，其中光纤传感系统应用范围最为广泛：一是光纤传感系统能够将多物理场信号转换为光电信号进行解调，规避难度最大；二是光纤传感系统可以大范围布设，对分布式、连续变形目标都具备较高的探测精度；三是光纤传感系统能够获取入侵事件的高阶物理量变化，对于信号处理、模式识别具有重要意义。
[0003]周界安全系统除需要具备较高的探测精度和准智能的入侵态势感知能力外，对能耗也提出了特殊要求。首先，相比于入侵事件而言，无任何物理量变化的非入侵状态才是常态，此时采集的信息为无用信息，能耗为无意义能耗；其次，周界安全系统经年累月运行时能耗巨大，除去信息处理和模式识别系统所需能耗外，传感器部分最好以零功耗方式待机并在入侵事件发生时迅速唤醒。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是如何将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度与应力大小正相关；如何将应力发光薄膜贴敷于应力传感面，应力传感面将入侵事件引发的外力传导至应力发光薄膜，光场分布通过光电探测器探测转换为电学信号，经模式识别还原甄别为入侵事件。
[0005]针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法，将应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备成应力发光薄膜，薄膜任何一处均在应力作用下产生发光效应，光场强度分布反映应力大小分布；将应力发光薄膜贴附于周界安全系统所需监测的应力传感面，当入侵事件没有发生时，应力发光薄膜处于无能耗待机状态，当入侵事件发生时，应力发光薄膜将应力传感面感知的应力分布转化为光场分布；利用光电探测阵列探测光场变化，唤醒信号处理电路并进行信号处理和模式识别，通过反演出来的应力分布推测入侵事件类型以实现周界安全。
[0006]优选的，上述应力发光材料完成动能向光能的转换，在应力作用下会辐射光信号，光信号强度与应力大小正相关。
[0007]优选的，上述方法具体包括以下步骤：
[0008]S1、将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，应力发光薄膜作用面尺寸大于厚度，薄膜内应力发光材料均匀分布，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度与应力大小正相关；
[0009]S2、将应力发光薄膜贴敷与于应力传感面，应力传感面将入侵事件引发的外力传导至应力发光薄膜，所述应力发光薄膜与阵列化布设的光电探测器紧密集成，应力发光薄膜的光强分布通过多个光电探测器探测形成多通道信号，并经过空间建模等方式还原为应力分布图谱；
[0010]S3、通过对应力分布图谱进行时空两维度的模式识别，分析应力分布的空间特征同时分析应力强度随时间的变化曲线，最终判断甄别入侵事件。
[0011]优选的，上述发光薄膜作用面尺寸超过厚度的十倍以上。
[0012]优选的，上述应力发光材料在薄膜内均匀分布，对材料种类、配比、浓度以及薄膜机械结构进行优化使每个点位产生的力致发光响应达到最大。
[0013]优选的，通过应力发光薄膜对入侵对象对应力传感面施加的压力进行感知，获取应力传感面上的应力分布。
[0014]优选的，上述应力发光薄膜将与阵列化分布的光电探测器贴合，将应力分布产生的光强分布通过多通道数据解析还原为应力分布。
[0015]本专利技术提供一种如上述基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的系统，包括应力发光薄膜、光电探测器和信号处理系统，应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备而成柔性的应力发光薄膜，柔性垫料材质和结构需进行优化使外力产生内部形变，应力发光薄膜均匀贴敷于应力传感面；当入侵事件发生时，应力传感面会受到外力作用并将外力传导至应力发光薄膜并引发光辐射信号；连续布设的光电探测阵列感知光强信号，将光强信号转换为电学信号，唤醒信号处理系统和模式识别系统，通过信号处理系统还原为应力分布信号，通过模式识别系统甄别出入侵事件类型。
[0016]优选的，上述应力发光材料的化学成分和烧制工艺需进行优化使较小的内部形变能产生尽可能大的、对应光电探测器灵敏度峰值波长的、强度与形变呈线性关系的光辐射信号。
[0017]本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
[0018]与现有技术相比，本专利技术达到了以下技术效果：
[0019]首先，本专利技术提出一种可视化分布式应力传感方法，即通过柔性的应力发光薄膜实现应力场的分布式连续测量，将时变的应力变化转换为可视化可重构可回溯的光强变化，为应力传感技术提供了一种全新手段；
[0020]其次，本专利技术提出的基于应力发光薄膜的分布式周界安全系统具有近无源运转的特点，即当且仅当入侵事件发生时系统才会需要供能，这一特性将极大拓展周界安全系统的续航时间和适用范围；
[0021]此外，本专利技术提出的应力发光薄膜不仅能在周界安全系统中得到应用，对于建筑物形变监测、桥梁应力告警等需要长时间、大范围、高灵敏、分布式传感的场合亦有重要价值。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1示出了本专利技术基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法的一实施例示意图；
[0024]图2示出了本专利技术基于应力发光薄膜的分布式周界安全系统示意图；
[0025]图3示出了本专利技术基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法的另一实施例示意图。
具体实施方式
[0026]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更好的理解。
[0027]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法，将应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备成应力发光薄膜，薄膜任何一处均在应力作用下产生发光效应，光场强度分布反映应力大小分布；将应力发光薄膜贴附于周界安全系统所需监测的应力传感面，当入侵事件没有发生时，应力发光薄膜处于无能耗待机状态，当入侵事件发生时，应力发光薄膜将应力传感面感知的应力分布转化为光场分布；利用光电探测阵列探测光场变化，唤醒信号处理电路并进行信号处理和模式识别，通过反演出来的应力分布推测入侵事件类型以实现周界安全。2.根据权利要求1所述的基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法，其特征在于，所述应力发光材料完成动能向光能的转换，在应力作用下会辐射光信号，光信号强度与应力大小正相关。3.根据权利要求1所述的基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1、将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，应力发光薄膜作用面尺寸大于厚度，薄膜内应力发光材料均匀分布，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度与应力大小正相关；S2、将应力发光薄膜贴敷与于应力传感面，应力传感面将入侵事件引发的外力传导至应力发光薄膜，所述应力发光薄膜与阵列化布设的光电探测器紧密集成，应力发光薄膜的光强分布通过多个光电探测器探测形成多通道信号，并经过空间建模等方式还原为应力分布图谱；S3、通过对应力分布图谱进行时空两维度的模式识别，分析应力分布的空间特征同时分析应力强度随时间的变化曲线，最终判断甄别入侵事件。4.根据权利要求1
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3之一所述的基于应力发光薄膜实现分布式周界安全的方法，其特征在于，所述发光薄膜作用面尺寸超过厚度的十倍以上。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，曹毅宁，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：