【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，属于安防系统。
技术介绍
1、现代社会，人们都很重视个人财产安全。但现有的周界安防手段均存在缺点，如视频监控有死角，且对人员入侵事件无法做到主动报警，同时还消耗大量的人力；红外监测受环境因素影响较大，无法精准识别人员入侵事件；脉冲围栏安防手段易产生电火花，容易引发火灾，且无法对人员入侵事件做到精准定位。因此，现有周界安防技术存在诸多不足，不能满足人们对安防的需求。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有安防系统存在的监控不全面或对入侵人员定位不准确等问题，提出了一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，包括作为光源的激光器、进行光纤信号拾取的传感模块、光发送机、光中继放大器、光接收机和计算机，所述激光器发出的激光经过分光器后分为两束光，一束光作为传感光纤进入传感模块，另一束光作为参考光纤进入耦合器，其中传感光纤经过传感模块分别输出三束光，一束光用于输出安防区振动方向信号传输至光发送机，一束光用于输出安防区热源信号传输至光发送机，一束光用于输出安防区振动信号将其耦合参考光纤后传输至光发送机，所述光发送机将安防区振动方向信号、安防区热源信号和安防区振动信号的光信号进行整合放大后发经过光中继放大器后进行长距离传输至光接收机，所述光接收机将传输过来的光信号进行放大后再分波为振动方向信号、热源信号、振动信号三种光信号，
3、所述传感模块包括设置在pmma板材上的传感光纤、热释电红外传感器和三轴加速度传感器，其中传感光纤成等速螺线式嵌入pmma板材，所述传感光纤采用单根双芯光纤，通过单根双芯光纤构成双马赫泽德干涉结构，实现对安防区振动信号的拾取；
4、所述热释电红外传感器设置于pmma板材中部，通过热释电红外传感技术实现对安防区热源信号的拾取；
5、所述三轴加速度传感器设置于pmma板材上部，通过加速度传感技术实现对安防区振动方向信号的拾取；
6、所述传感模块所监测到的安防区振动信号由传感模块的c端口输出，所述传感模块所监测到的安防区热源信号由传感模块的b端口输出，所述传感模块所监测到的安防区振动方向信号由传感模块的a端口输出，所述传感模块的b端口输出的热释电信号经过第二光电转换器将电信号转换为光信号，所述传感模块的a端口输出的加速度信号经过第一光电转换器将电信号转换为光信号，所述第一光电转换器、第二光电转换器和耦合器的三个出输出信号传输到光发送机。
7、所述热释电红外传感器只允许接收红光，人体作为热源穿过感应区热释电红外传感器上的探头，并在传感模块的b端口输出电压信号序列。
8、所述三轴加速度传感器只允许接收蓝光，在三轴加速度传感器上设置有4个相互垂直的单端固支硅悬臂梁，4个悬梁臂支撑着中间的质量悬块，用来检测三个方向的加速度，悬臂梁上分布着压敏电阻，将压敏电阻连接成惠斯通电桥，通过压阻效应在传感模块的a端输出相应的电压信号。
9、传感光纤进入传感模块的输入端口，利用双马赫泽德光路干涉系统，将安防区振动信号从传感模块的c端输出，进入耦合器的a端口，分光器的c端口输出的参考光纤进入耦合器的b端口，耦合之后将最终的安防区振动信号从耦合器的c端口输出，输出波长为1550nm的光纤并进入光发送机。
10、所述光发送机包括第一光转发器、第二光转发器、第三光转发器、光合波器、光功率放大器和第一光监控信道发送器，所述第一光转发器用于接收第一光电转换器的输出信号，所述第二光转发器用于接收第二光电转换器的输出信号，所述第三光转发器用于接收耦合器c端输出的信号，所述光合波器用于接收第一光转发器、第二光转发器和第三光转发器的输出信号，所述光功率放大器用于接收光合波器的输出信号，所述第一光监控信道发送器用于接收光功率放大器的输出信号，所述光中继放大器用于接收第一光监控信道发送器的输出信号。
11、所述光中继放大器包括第一光监控信道接收器、第二光监控信道发送器和光纤放大器，所述光纤放大器用于接收第一光监控信道接收器的输出信号，所述第二光监控信道发送器用于接收光纤放大器的输出信号，所述光接收机用于接收第二光监控信道发送器的输出信号。
12、所述所述光接收机包括第四光转发器、第五光转发器、第六光转发器、光分波器、第二光监控信道接收器、前置放大器，所述前置放大器用于接收第二光监控信道接收器的输出信号，所述光分波器用于接收前置放大器的输出信号，所述第四光转发器用于接收光分波器的a端口输出信号，所述第五光转发器用于接收光分波器的b端口的输出信号，所述第六光转发器用于接收光分波器的c端口输出信号，所述第三光电转换器用于接收第四光转发器的输出信号，所述第四光电转换器用于接收第五光转发器的输出信号，所述第五光电转换器用于接收第六光转发器的输出信号。
13、在光接收机中，经第二光监控信道发送器输出的光信号进入第二光监控信道接收器，通过前置放大器进行放大，输入光分波器后，用于感知振动传播信号的波长为1550nm的光信号经过第六光转发器进入第五光电转换器，将光信号转化为两路电信号，对其进行预处理去除噪声、直流干扰信息后，将数据传输至计算机，所述计算机对数据进行等数据量分帧后利用伯格算法进行频谱分析，然后通过互相关时延算法获得振动定位信息，达到对安防区振动信号的拾取；
14、用于感知热源信号的红光信号经过第五光转发器进入第四光电转换器，将光信号转化为电信号，通过信号调理电路对信号中的直流分量进行滤除，并对交流的部分信号进行放大，将数据输入计算机后利用matlab软件对其进行数据帧时间序列的预处理、网络模型训练和信号分类，从而达到对安防区热源信号的拾取；
15、用于感知振动信息的蓝光信号经过第四光转发器后进入第三光电转换器，将光信号转化为电信号，输入至计算机中经过计算绘制出输出电压图，算出其x轴、y轴和z轴的加速度，从而得到运动信息，达到对安防区振动方向信号的拾取。
16、本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：通过单根双芯光纤构成双马赫泽德干涉结构，实现对安防区振动信号的拾取，通过热释电红外传感技术实现对安防区热源信号的拾取，通过加速度传感技术实现对振动方向信息的拾取，将三种信号通过波分复用技术整合为一种信号，实现长距离传输，本专利技术可精准识别人员入侵事件和人员行进方向，将定点监测与分布式监测技术融合，可大范围、高精度监测，采用多传感器融合技术实现对安防区的全方位感知，提高对人员入侵事件的识别精度。
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1.一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：包括作为光源的激光器（1）、进行光纤信号拾取的传感模块（3）、光发送机（26）、光中继放大器（27）、光接收机（28）和计算机（25），所述激光器（1）发出的激光经过分光器（2）后分为两束光，一束光作为传感光纤进入传感模块（3），另一束光作为参考光纤进入耦合器（6），其中传感光纤经过传感模块（3）分别输出三束光，一束光用于输出安防区振动方向信号传输至光发送机（26），一束光用于输出安防区热源信号传输至光发送机（26），一束光用于输出安防区振动信号将其耦合参考光纤后传输至光发送机（26），所述光发送机（26）将安防区振动方向信号、安防区热源信号和安防区振动信号的光信号进行整合放大后发经过光中继放大器（27）后进行长距离传输至光接收机（28），所述光接收机（28）将传输过来的光信号进行放大后再分波为振动方向信号、热源信号、振动信号三种光信号，将上述三种光信号分别经过光电转换后发送至计算机（25），所述计算机（25）分别对振动方向信号、热源信号、振动信息进行数据分析处理后得到安防区振动方向、热源和振动信号。
2.根
3.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述热释电红外传感器（30）只允许接收红光，人体作为热源穿过感应区热释电红外传感器（30）上的探头，并在传感模块（3）的B端口输出电压信号序列。
4.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述三轴加速度传感器（31）只允许接收蓝光，在三轴加速度传感器（31）上设置有4个相互垂直的单端固支硅悬臂梁，4个悬梁臂支撑着中间的质量悬块，用来检测三个方向的加速度，悬臂梁上分布着压敏电阻，将压敏电阻连接成惠斯通电桥，通过压阻效应在传感模块（3）的A端输出相应的电压信号。
5.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：传感光纤进入传感模块（3）的输入端口，利用双马赫泽德光路干涉系统，将安防区振动信号从传感模块（3）的C端输出，进入耦合器（6）的a端口，分光器（2）的c端口输出的参考光纤进入耦合器（6）的b端口，耦合之后将最终的安防区振动信号从耦合器（3）的c端口输出，输出波长为1550nm的光纤并进入光发送机（26）。
6.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述光发送机（26）包括第一光转发器（7）、第二光转发器（8）、第三光转发器（9）、光合波器（10）、光功率放大器（11）和第一光监控信道发送器（12），所述第一光转发器（7）用于接收第一光电转换器（4）的输出信号，所述第二光转发器（8）用于接收第二光电转换器（5）的输出信号，所述第三光转发器（9）用于接收耦合器（6）c端输出的信号，所述光合波器（10）用于接收第一光转发器（7）、第二光转发器（8）和第三光转发器（9）的输出信号，所述光功率放大器（11）用于接收光合波器（10）的输出信号，所述第一光监控信道发送器（12）用于接收光功率放大器（11）的输出信号，所述光中继放大器（27）用于接收第一光监控信道发送器（12）的输出信号。
7.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述光中继放大器（27）包括第一光监控信道接收器（13）、第二光监控信道发送器（15）和光纤放大器（14），所述光纤放大器（14）用于接收第一光监控信道接收器（13）的输出信号，所述第二光监控信道发送器（15）用于接收光纤放大器（14）的输出信号，所述光接收机（28）用于接收第二光监控信道发送器（15）的输出信号。
8.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述所述光接收机（28）包括第四光转发器（19）、第五光转发器（20）、第六光转发器（21）、光分波器（18）、第二光监控信道接收器（16）、前置放大器（17），所述前置放大器（17）用于接收第二光监控信道接收器（16）的输出信号，所述光分波器（18）用于接收前置放大器（17）的输出信号，所述第四光转发器（19）用于接收光分波器（18）的a端口输出信号，所述第五光转发器（20）用于...
【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：包括作为光源的激光器（1）、进行光纤信号拾取的传感模块（3）、光发送机（26）、光中继放大器（27）、光接收机（28）和计算机（25），所述激光器（1）发出的激光经过分光器（2）后分为两束光，一束光作为传感光纤进入传感模块（3），另一束光作为参考光纤进入耦合器（6），其中传感光纤经过传感模块（3）分别输出三束光，一束光用于输出安防区振动方向信号传输至光发送机（26），一束光用于输出安防区热源信号传输至光发送机（26），一束光用于输出安防区振动信号将其耦合参考光纤后传输至光发送机（26），所述光发送机（26）将安防区振动方向信号、安防区热源信号和安防区振动信号的光信号进行整合放大后发经过光中继放大器（27）后进行长距离传输至光接收机（28），所述光接收机（28）将传输过来的光信号进行放大后再分波为振动方向信号、热源信号、振动信号三种光信号，将上述三种光信号分别经过光电转换后发送至计算机（25），所述计算机（25）分别对振动方向信号、热源信号、振动信息进行数据分析处理后得到安防区振动方向、热源和振动信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述传感模块（3）包括设置在pmma板材上的传感光纤（29）、热释电红外传感器（30）和三轴加速度传感器（31），其中传感光纤（29）成等速螺线式嵌入pmma板材，所述传感光纤（29）采用单根双芯光纤，通过单根双芯光纤构成双马赫泽德干涉结构，实现对安防区振动信号的拾取；
3.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述热释电红外传感器（30）只允许接收红光，人体作为热源穿过感应区热释电红外传感器（30）上的探头，并在传感模块（3）的b端口输出电压信号序列。
4.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：所述三轴加速度传感器（31）只允许接收蓝光，在三轴加速度传感器（31）上设置有4个相互垂直的单端固支硅悬臂梁，4个悬梁臂支撑着中间的质量悬块，用来检测三个方向的加速度，悬臂梁上分布着压敏电阻，将压敏电阻连接成惠斯通电桥，通过压阻效应在传感模块（3）的a端输出相应的电压信号。
5.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其特征在于：传感光纤进入传感模块（3）的输入端口，利用双马赫泽德光路干涉系统，将安防区振动信号从传感模块（3）的c端输出，进入耦合器（6）的a端口，分光器（2）的c端口输出的参考光纤进入耦合器（6）的b端口，耦合之后将最终的安防区振动信号从耦合器（3）的c端口输出，输出波长为1550nm的光纤并进入光发送机（26）。
6.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于多传感器融合的光纤智能周界安防系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张智星，乔茜，赵静姝，邓博韦，王宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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