CN102221398B

CN102221398B - 光纤振动传感系统及方法

Info

Publication number: CN102221398B
Application number: CN2011100881797A
Authority: CN
Inventors: 韦波
Original assignee: HANGZHOU ANYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU ANYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102221398A

Abstract

本发明提供了一种光纤振动传感方法，包括以下步骤：(A1)向传感光缆施加标准振动行为，接收所述传感光缆输出的标准输出信号；(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；(A3)在应用现场安装所述传感光缆，向所述传感光缆施加标准振动行为，得到与该标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，从而输出该标准输出信号和所述输出结果间的差别；(A4)根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，返回到所述步骤(A3)，直至差别为零；(A5)所述传感光缆感知外界的振动，依据所述映射关系得出与所述外界的振动对应的输出信号，从而探测外界的振动。

Description

光纤振动传感系统及方法

技术领域

本发明涉及光纤围界防护，特别涉及光纤振动传感系统及方法。

背景技术

光纤振动传感器的工作原理是通过光纤探测外界的振动信号，当外界的干扰影响传到光纤时，光纤传输的光信号部分特性就会改变，通过配置专门的探测仪表就能探测到光的特性(即衰减、相位、波长、极化、模场分布和传播时间)的变化，从而对振动进行探测，因此光纤振动传感器对振动具有很高的探测灵敏度。

外界对物理围界施加振动行为时，物理围界会产生相应的振动，物理围界上的光纤振动传感器探测到该振动并输出探测信号。不同的振动行为产生的振动信号存在差异，通过不同的探测信号输出能识别不同振动，进而探测出施加在物理围界上的动作。

光纤振动传感器是通过探测振动，来判断施加在围界上的动作，因此需要建立动作与探测信号之间的映射关系，即探测信号对振动行为的灵敏度应保持一致。

由于一段物理围界范围内的结构不一样，导致在同样的振动行为下，围界产生的振动情况不一样，如果不对光缆的探测灵敏度进行调整，输出结果也会有相应的变化。

为了使光纤振动传感器传递准确的信息，就必须控制在施加振动行为条件一致的情况下，输出的探测信号是一致的，即光纤振动传感器对振动行为的灵敏度，在一段物理围界范围内保持一致，这样才能使光纤振动传感器准确的识别振动行为信号，识别出一致的结果。反之，光纤振动传感器将无法给上游系统提供准确信息，大大提高了上游系统的误报率。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供一种误报率低、结构简单、成本低的光纤振动传感系统，以及误报率低、易实现、可控性好的光纤振动传感方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光纤振动传感系统，包括监控设备、传感光缆；所述光纤振动传感系统还包括：

标准振动施加模块，所述标准振动施加模块用于在所述光纤振动传感系统安装前、后向所述传感光缆直接或间接地施加标准振动行为；

建模模块，所述建模模块用于在所述光纤振动传感系统安装前，建立所述标准振动行为和所述传感光缆的标准输出信号间的映射关系并储存在电子装置中；

电子装置，所述电子装置用于在所述光纤振动传感系统安装后，得到所述监控设备传输来的与标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，输出所述输出结果和该标准输出信号的差别；

调整人员设备，所述调整人员设备用于在所述传感系统安装后，根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，直到差别为零。

根据所述的光纤振动传感系统，比对标准输出信号和输出结果的振幅、波形、时延或频谱分量，从而得出所述差别。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述标准振动施加模块包括支撑件、弹性部件和杆，所述杆穿过所述支撑件，所述弹性部件的两端分别连接支撑件、杆。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述支撑件为套筒。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述杆上具有刻度。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述标准振动施加模块包括斜坡、撞击物。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述斜坡的倾斜度可调节。

根据所述的光纤振动传感系统，可选地，所述调整人员设备用于通过调整所述传感光缆的张力、捆扎松紧度去调整传感光缆的灵敏度。

根据所述的光纤振动传感系统，所述调整人员设备包括相互连接的张力调节部、张力显示部、固定部，所述调整人员设备两端分别通过所述固定部连接在所述传感光缆、物理围界上。

本发明的目的还通过以下技术方案实现：

一种光纤振动传感方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)向传感光缆直接或间接地施加标准振动行为，接收所述传感光缆输出的标准输出信号；

(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；

(A3)在应用现场安装所述传感光缆，向所述传感光缆直接或间接地施加标准振动行为，得到与该标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，从而输出该标准输出信号和所述输出结果间的差别；

(A4)根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，返回到所述步骤(A3)，直至差别为零；

(A5)所述传感光缆感知外界的振动，依据所述映射关系得出与所述外界的振动对应的输出信号，从而探测外界的振动。

根据所述的光纤振动传感方法，通过调整传感光缆的捆扎松紧度、张力或探测长度去调整所述传感光缆的灵敏度。

根据所述的光纤振动传感方法，通过比对标准输出信号和输出结果的振幅、波形、时延或频谱分量，从而得出所述差别。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、可以很好的使光纤振动的灵敏度保持一致，从而准确地反馈外界的振动，识别出对光缆施加的不同动作，大大降低了误报率。

2、使用的是纯机械动力源，无需电源，故不受能量源通断或能量不足的影响，可全天候使用。

3、实现简单，可控性强，操作方便，符合人机操作要求。

4、加工工艺简单，易于制造，低成本，易实现。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例1中光纤振动传感系统的基本结构图；

图2是根据本发明实施例1中光纤振动传感方法的流程图；

图3是根据本发明实施例2中标准振动施加模块的基本结构图；

图4是根据本发明实施例2中张力调整装置的基本结构图；

图5是根据本发明实施例3中标准振动施加模块的基本结构图；

图6是根据本发明实施例3中传感光缆捆扎松紧度调整装置的基本结构图。

具体实施方式

图1-6和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了光纤振动传感系统的基本结构图。如图1所示，所述光纤振动传感系统包括：

传感光缆1，所述传感光缆是现有技术，在此不再赘述。

监控设备，用于根据外界对传感光缆的直接或间接的振动而接收和处理所述传感光缆的输出信号。所述监控设备是现有技术，在此不再赘述。

可选地，所述标准振动施加模块可采用撞击的方式对传感光缆施加振动，撞击的冲量应定量控制。

可选地，为了保护传感光缆免受振动的直接冲击，在出厂前，将传感光缆安装在物理围界(因为传感光缆在应用现场是安装在物理围界上的，因此在传感系统出厂前，模拟应用现场的物理围界)上，对所述物理围界施加标准振动行为。而在出厂后，传感光缆安装在现场的物理围界上，对现场的物理围界施加标准振动行为。根据力的相互作用，传感光缆间接地感知标准的振动行为。

建模模块，所述建模模块用于在所述光纤振动传感系统安装前，建立由所述标准振动施加模块向所述传感光缆施加的标准振动行为和所述监控设备接收到的所述传感光缆的标准输出信号间的映射关系并储存在电子装置；如采用标准曲线法、人工神经网络法建立上述映射关系。

电子装置，所述电子装置用于在所述光纤振动传感系统安装后，得到与由所述标准振动施加模块向所述传感光缆施加的标准振动行为对应的所述监控设备接收到的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，输出所述输出结果和该标准输出信号的差别；

可选地，所述差别可以是振幅、波形、时延或频谱分量的差别。

调整人员设备，所述调整人员设备用于在所述传感系统安装后，根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，直到差别为零，从而保证传感光缆灵敏度的一致性。

可选地，通过调整传感光缆的张力大小、捆扎松紧度、在物理围界上探测长度去调整传感光缆的灵敏度。

根据实验数据分析，传感光缆上的张力越大、被捆扎的越紧、探测长度越长，传感光缆灵敏度就越高，反之灵敏度就越低。由于物理围界是提前安装好，结构部分不具备可调性，所以要解决光纤振动传感器灵敏度问题必须从光纤安装方式方法上实现。

图2示意性地给出了光纤振动传感方法的基本流程图。如图2所示，所述光纤振动传感方法包括以下步骤：

(A1)建立标准振动行为与标准输出信号间的映射关系

标准振动施加模块向传感光缆直接或间接地施加标准振动行为，监控设备接收所述传感光缆的标准输出信号；

可选地，所述标准振动施加模块可采用撞击的方式对传感光缆施加振动，撞击的冲量应定量控制，如控制力的大小和施力距离。

(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；

可选地，采用标准曲线法或人工神经网络法建立上述映射关系；

(A3)在应用现场将所述传感光缆安装在物理围界上，利用上述标准振动施加模块向所述传感光缆直接施加标准振动行为或向所述物理围界施加标准振动行为(即间接地向传感光缆施加标准振动行为)，得到与该标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，从而输出该标准输出信号和所述输出结果间的差别；

可选地，比对上述输出结果和标准输出信号的振幅、波形、时延或频谱分量，从而得出差别；

(A4)根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，返回到所述步骤(A3)，直至差别为零(允许通常存在的误差)；

可选地，调整方式包括：调整传感光缆的张力大小、捆扎松紧度、在物理围界上探测长度去调整传感光缆的灵敏度；

可选地，在所述传感光缆上的不同点重复步骤(A3)、(A4)；

根据本实施例1达到的益处为：有效地保证了传感光缆灵敏度的一致性，降低了探测系统的误报率。

实施例2：

根据实施例1的光纤振动传感系统和方法在入侵探测中的应用例，具体应用在栅栏上。所述光纤振动传感系统包括传感光缆、监控设备，还包括：

标准振动施加模块，图3示意性地给出了标准振动施加模块的基本结构图，如图3所示，所述标准振动施加模块包括支撑部件21，如套筒，弹性部件23(如弹簧)，起撞击作用的杆22；所述杆穿过所述套筒，所述弹性部件的两端分别连接支撑部件、杆，使得当拉动杆22时，弹性部件23发生弹性形变，利用弹力(不能太大，否则损伤光缆)直接去撞击传感光缆，而弹力的大小和作用距离可控制，以对传感光缆施加直接、定量的振动。

可选地，所述杆上具有刻度24，从而定量控制弹性部件的形变量，定量控制施加到传感光缆上的标准振动行为。

建模模块，所述建模模块用于在所述光纤振动传感系统安装前，建立由所述标准振动施加模块向所述传感光缆直接地施加的标准振动行为和所述监控设备接收到的所述传感光缆的标准输出信号间的映射关系；如采用标准曲线法、人工神经网络法建立上述映射关系并储存在电子装置。

电子装置，所述电子装置用于在所述光纤振动传感系统安装后，得到与由所述标准振动施加模块向所述传感光缆直接施加的标准振动行为对应的所述监控设备接收到的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，输出所述输出结果和该标准输出信号的差别；

调整人员设备，所述调整人员设备包括张力调整装置，图4示意性地给出了张力调整装置的基本结构图。如图4所示，具体包括张力调节部33、张力显示部32和固定部31，所述张力调整装置的一端通过所述固定部31连接在栅栏上，另一端通过所述固定部31连接在所述传感光缆1上。所述张力显示部32采用弹性拉力计，所述张力显示部32和张力调节部33之间通过螺纹连接，通过旋转张力调节部33，从而调整张力调节部33和张力显示部32间的距离(也即弹簧的形变量)，进而调整传感光缆1上的张力，使所述差别为零，之后固定所述传感光缆1，从而保证传感光缆灵敏度的一致性。

光纤振动传感方法，所述方法包括以下步骤：

(A1)建立标准振动行为与标准输出信号间的映射关系

利用上述标准振动施加模块向传感光缆直接施加标准振动行为，定量控制力大小和施力距离，监控设备接收所述传感光缆的标准输出信号；

(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；

(A3)在应用现场将所述传感光缆安装在栅栏上，利用上述标准振动施加模块向所述传感光缆直接施加标准振动行为，得到与该标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，从而输出该标准输出信号和所述输出结果间的差别；

(A4)根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，调整方式为：使用上述调整人员设备，将上述张力调整装置的一端通过固定部连接在栅栏上，另一端通过所述固定部连接在所述传感光缆上。通过调整传感光缆上的张力，返回到所述步骤(A3)，直至差别为零(允许通常存在的误差)，之后固定所述传感光缆，从而保证传感光缆灵敏度的一致性；

在所述传感光缆上的不同点重复步骤(A3)、(A4)，直至差别为零(允许通常存在的误差)；

(A5)所述传感光缆感知外界的振动，依据所述映射关系得出与所述外界的振动对应的输出信号，从而探测外界的振动，有效地探测栅栏上的非法入侵行为。

根据本实施例2达到的益处为：有效地保证了传感光缆灵敏度的一致性，降低了探测系统的误报率。使用的标准振动施加模块和调整人员设备都是纯机械动力源，无需电源，故不受能量源通断或能量不足的影响。标准振动施加模块和调整人员设备结构简单，成本低，可控性强，操作方便，符合人机操作要求。

实施例3：

标准振动施加模块，图5示意性地给出了标准振动施加模块的基本结构图，如图5所示，所述标准振动施加模块包括斜坡41、撞击物42(如金属小球)。将撞击物放置在斜坡的不同高度(或调整撞击物的重量、斜坡的坡度)，利用滚落的撞击物去撞击物理围界(模拟应用现场的栅栏)100，从而间接地对传感光缆施加标准振动行为，而撞击物理围界100的冲击力的大小和作用距离可定量控制。

建模模块，所述建模模块用于在所述光纤振动传感系统安装前，建立由所述标准振动施加模块向所述传感光缆施加直接的标准振动行为和所述监控设备接收到的所述传感光缆的标准输出信号间的映射关系；如采用标准曲线法、人工神经网络法建立上述映射关系并储存在电子装置。

电子装置，所述电子装置用于在所述光纤振动传感系统安装在栅栏上之后，得到与由所述标准振动施加模块间接地向所述传感光缆施加的标准振动行为对应的所述监控设备接收到的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，输出所述输出结果和该标准输出信号的差别；

调整人员设备，所述调整人员设备包括捆扎松紧度调整装置，图6示意性地给出了捆扎松紧度调整装置的基本结构图。如图6所示，具体包括扣丝钩52、连接键53、离合块54、离合块55、连接键56、压紧片57、扭力调节环58、驱动轴59、外套筒60、轴承61、摩擦片62、摩擦片63、压力弹簧64、不可动导向件65、可动导向件66、回复弹簧67和弹簧挡片68。如上所述先旋拧捆扎松紧调整装置的扭力调节环58预置合适的扭力，扭力调节环58将推压压力片57，从而把压力弹簧64压缩，压力弹簧64的压力将压紧离合块55，从而使摩擦片63和摩擦片62之间产生正向压力提供所需的摩擦力，即可实现扭力预置；接着将所述的扣丝钩52钩住带环钢丝51的两个环，手握住外套筒60并向后拉动，驱动轴59和外套筒60发生相对运动，驱动轴59旋转并伸出外套筒60，接着带动带环钢丝51旋转；完成一次拉伸后减小拉力，这样在回复弹簧的作用下，外套筒60将收缩至未工作状态，经过三至四次的重复操作，就可以把传感光缆1绑好。具体过程是向后拉伸外套筒60，驱动轴59伸出外套筒60，(可动导向件66和不可动导向件65为棘齿配合，可动导向件66和驱动轴59为螺旋配合)回复弹簧67将被压缩，并把可动导向件66顶住；驱动轴59外伸出外套筒时，可动导向件66有跟着驱动轴59旋转的趋势，但是由于可动导向件66和不可动导向件65为棘齿配合，这样将使可动导向件66不能旋转，而只有驱动轴59旋转。完成一次操作后减小拉力，这样在回复弹簧67的作用下，使驱动轴59向后退，同时可动导向件66和不可动导向件65将在弹力的作用下分离，分离过程中驱动轴59不转动，完成一次操作；重复三至四次操作即可把传感光缆1绑好。过载保护过程为当外部扭力大于预置扭力时摩擦片63和摩擦片62发生相对转动，即驱动轴59相对扣丝钩52转动，但扣丝钩52并不转动，驱动轴59形成空转，保护传感光缆不被绑坏，实现过载保护。通过调整所述传感光缆的捆扎松紧度，使所述差别为零，之后固定所述传感光缆，从而保证传感光缆灵敏度的一致性。

光纤振动传感方法，所述方法包括以下步骤：

(A1)建立标准振动行为与标准输出信号间的映射关系

利用上述标准振动施加模块向物理围界施加标准振动行为(即向传感光缆间接施加标准振动行为)，定量控制力大小和施力距离，监控设备接收所述传感光缆的标准输出信号；

(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；

(A3)在应用现场将所述传感光缆安装在栅栏上，利用上述标准振动施加模块向栅栏施加标准振动行为，得到与该标准振动行为对应的传感光缆的输出结果，并依据所述映射关系得出与该标准振动行为对应的标准输出信号，从而输出该标准输出信号和所述输出结果间的差别；

(A4)根据所述差别去调整所述传感光缆的灵敏度，调整方式为：先对捆扎松紧度调整装置进行扭力预置一个合适大的扭力，然后利用捆扎松紧度调整装置的扣丝钩将带环钢丝钩持住，向后拉动捆扎松紧度调整装置，来回拉动和收缩几次后完成绑好传感光缆。通过调整传感光缆上的捆扎松紧度，返回到所述步骤(A3)，直至差别为零(允许通常存在的误差)，之后固定所述传感光缆，从而保证传感光缆灵敏度的一致性；

根据本实施例3达到的益处为：有效地保证了传感光缆灵敏度的一致性，降低了探测系统的误报率。使用的标准振动施加模块和调整人员设备都是纯机械动力源，无需电源，故不受能量源通断或能量不足的影响。标准振动施加模块和调整人员设备结构简单，成本低，可控性强，操作方便，符合人机操作要求。

Claims

1.一种光纤振动传感系统，包括监控设备、传感光缆；其特征在于：所述光纤振动传感系统还包括：

2.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于：比对标准输出信号和输出结果的振幅、波形、时延或频谱分量，从而得出所述差别。

3.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于：所述标准振动施加模块包括支撑件、弹性部件和杆，所述杆穿过所述支撑件，所述弹性部件的两端分别连接支撑件、杆。

4.根据权利要求3所述的光纤振动传感系统，其特征在于：所述杆上具有刻度。

5.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于：所述标准振动施加模块包括斜坡、撞击物。

6.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于：所述调整人员设备用于通过调整所述传感光缆的张力、捆扎松紧度去调整传感光缆的灵敏度。

7.根据权利要求6所述的光纤振动传感系统，其特征在于：所述调整人员设备包括相互连接的张力调节部、张力显示部、固定部，所述调整人员设备两端分别通过所述固定部连接在所述传感光缆和物理围界上。

8.一种光纤振动传感方法，所述传感方法包括以下步骤：

(A1)向传感光缆施加标准振动行为，接收所述传感光缆输出的标准输出信号；

(A2)建立所述标准振动行为和标准输出信号间的映射关系；

9.根据权利要求8所述的光纤振动传感方法，其特征在于：通过调整传感光缆的松紧度、张力或探测长度去调整所述传感光缆的灵敏度。

10.根据权利要求8所述的光纤振动传感方法，其特征在于：通过比对标准输出信号和输出结果的振幅、波形、时延或频谱分量，从而得出所述差别。