CN103823237A - 基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统 - Google Patents

基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统 Download PDF

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陈典
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Abstract

本发明公开了基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，包括：迈克尔逊干涉光路模块、扩束系统和光阑、电路处理模块、信号处理及显示模块组成，迈克尔逊干涉光路模块中器件包括：光学全反镜、衰减片、光学45度反射镜、地面反射镜、非偏振1∶1分光镜；电路处理模块包括：光电传感器、隔直放大电路、滤波电路，光电传感器通过线路与隔直放大电路连接，隔直放大电路与滤波电路连接；信号处理及显示模块包括：单片机及信号处理程序、报警系统，单片机使用ADC采样信号数据。本发明基于迈克尔逊干涉原理，其测量灵敏度高，测量误差小，能够对微弱的振动进行精确报警，具有非常广阔应用前景。

Description

基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统
技术领域
本发明涉及地面微弱震动报警系统，尤其是涉及基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统。
背景技术
震动报警系统广泛应用于地震监测、防盗报警等领域，目前，现有的震动报警器其采用的原理导致在使用过程中存在灵敏度高，制造成本昂贵，不易维护维修等诸多的不足，严重影响监测结果和防盗功能。中国专利号：201120006477.2公开了一种微地震监测系统，包括三分量地震传感器和/或加速度检波器、中央处理电脑和地震记录器，其中三分量地震传感器和/或加速度检波器，为多数个以阵列的形式安装于地下和/或土地表面，用于探测和测量微震活动信号，并将检测到的微地震信号传至地震记录器；地震记录器，接收三分量地震传感器和/或加速度检波器传送的微地震信号，并转换为数字信号后传到中央处理电脑；中央处理电脑，根据数字信号对微地震活动自动定位和作图，提供一个交互的三维可视化地震规模和地点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有地面微弱震动报警系统的不足之处，采用独特创新性的设计，利用迈克尔逊干涉法测量微弱振动，从而基于提出了一种基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其不仅可用于地震报警，还可以用于博物馆或保险室等一些存放贵重物品的地方，在非参观期间的防入侵报警，当人接近，会引起地面微弱震动，进而引发报警装置。
本发明解采用以下技术方案来解决现有的技术问题。
基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，包括：迈克尔逊干涉光路模块、电路处理模块、扩束系统和光阑、信号处理及显示模块，所述的迈克尔逊光路模块通过扩束系统和光阑与电路处理模块连接并传递激光信号，所述的电路处理模块采用通信线路与信号处理模块和显示模块连接，并进行信号传输。
所述的迈克尔逊干涉光路模块器件包括：氦氖激光器、光学全反镜、衰减片、光学45度反射镜、地面反射镜、非偏振1∶1分光镜，氦氖激光器发射激光束，激光束照射至非偏振1∶1分光镜，光束分为两束，一束照射至光学全反镜作为参考光束，另一束照射至光学45度反射镜，光学45度反光镜将光束反射至地面反射镜，来采集振动信息，所述的地面反射镜固定在地面上。所述的地面反射镜反射包含地面震动信息的激光束至光学45度反射镜，光学45度反射镜将包含地面震动信息的激光束反射至非偏振1∶1分光镜，光学全反镜反射的激光束经过衰减片至非偏振1∶1分光镜，两束激光束一起通过扩束系统和光阑照射到电路模块中的光电传感器上，光阑控制光束通过的数量，主要用于调节通过的光束的强弱。
所述的非偏振1∶1分光镜与光学全反镜的安装距离是100～2000mm，非偏振1∶1分光镜与光学45度的安装距离是50～1000mm，非偏振1∶1分光镜与扩束系统的安装距离是20～100mm
所述的衰减片设置在非偏振1∶1分光镜与光学全反镜之间，衰减片与光学全反镜的安装距离是20～500mm。
所述的光阑设置在光电传感器和扩束系统之间，光阑与光电传感器的安装距离是10～100mm。
所述的电路处理模块包括：光电传感器、隔直放大电路、滤波电路，光电传感器通过线路与隔直放大电路连接，隔直放大电路与滤波电路连接，所述的光电传感器采用半导体材料制成的光电器件，光电传感器是硫化镉光敏电阻，光敏电阻没有极性，是电阻器件，光敏电阻的相对灵敏度较高，所述的滤波电路器件是滤波器，滤波器是采用4阶有源巴特沃兹滤波器，滤波器的截止频率设置在100Hz。
所述的信号处理及显示模块包括：单片机及信号处理程序、报警系统，单片机使用ADC采样信号数据，作傅里叶变换得到fft的频谱图，通过频域滤波法将100hz以上和50hz的干扰给滤去，傅里叶反变换得到滤波后的时域波形，在报警系统上的液晶显示器上显示出时域和频域的波形。
基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，通过上述三个模块来实现对地面微弱振动的非接触式测量，达到显示模拟地面微弱振动频率和波形的目的，该系统首先通过迈克尔逊干涉光路，将激光器的光束分为两束，一束作为参考光，另一束为通过地面反射镜反射回来的光来采集震动信息，最后通过光电传感器将干涉光的震动信息转换成电信号送给后级处理，电路部分主要是通过滤波放大对传感器传来的电信号做一些信号处理，滤除杂波，放大信号，单片机处理显示部分则是通过采样，显示出信号时域波形，然后通过傅里叶变换得到信号的频谱并显示出来，从而得到模拟地面微弱振动的频率和波形。
本发明的有益效果是：本发明采用迈克尔逊干涉法测量振动，基于迈克尔逊干涉原理，测量属于零差测量，区别于外差测量，省去了外差测量需要的移频网络，其设计科学合理，测量灵敏度高，测量误差小，能够对微弱的振动进行精确报警，不仅可用于地震报警，还可以用于博物馆或保险室等一些存放贵重物品的地方，在非参观期间的防入侵报警，当人接近，会引起地面微弱震动，进而引发报警装置，具有非常广阔应用前景。
附图说明
图1是基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统的光路原理图；
图2是基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统的系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，包括：迈克尔逊干涉光路模块、扩束系统和光阑、电路处理模块、信号处理及显示模块，所述的迈克尔逊光路模块通过扩束系统和光阑与电路处理模块连接并传递激光信号，所述的电路处理模块采用通信线路与信号处理模块和显示模块连接，并进行信号传输。
如图1所示，所述的迈克尔逊干涉光路模块中器件包括：光学全反镜、衰减片、光学45度反射镜、地面反射镜、非偏振1∶1分光镜，氦氖激光器发射激光束，激光束照射至非偏振1∶1分光镜，光束分为两束，一束照射至光学全反镜作为参考光束，另一束照射至光学45度反射镜，光学45度反光镜将光束反射至地面反射镜，来采集振动信息，所述的地面反射镜固定在地面上。所述的地面反射镜反射包含地面震动信息的激光束至光学45度反射镜，光学45度反射镜将包含地面震动信息的激光束反射至非偏振1∶1分光镜，光学全反镜反射的激光束经过衰减片至非偏振1∶1分光镜，两束激光束一起通过扩束系统和光阑照射到电路模块中的光电传感器上，光阑控制光束通过的数量，主要用于调节通过的光束的强弱。
如图1所示，非偏振1∶1分光镜与光学全反镜的安装距离是100～2000mm，非偏振1∶1分光镜与光学45度的安装距离是50～1000mm，非偏振1∶1分光镜与扩束系统的安装距离是20～100mm。
衰减片设置在非偏振1∶1分光镜与光学全反镜之间，衰减片与光学全反镜的安装距离是20～500mm。
光阑设置在光电传感器和扩束系统之间，光阑与光电传感器的安装距离是10～100mm。
如图1所示，所述的电路处理模块包括：光电传感器、隔直放大电路、滤波电路，光电传感器通过线路与隔直放大电路连接，隔直放大电路与滤波电路连接，所述的光电传感器采用半导体材料制成的光电器件，光电传感器是硫化镉光敏电阻，光敏电阻没有极性，是电阻器件，光敏电阻的相对灵敏度较高，所述的滤波电路器件是滤波器，滤波器是采用4阶有源巴特沃兹滤波器，滤波器的截止频率设置在100Hz。
如图1所示，所述的信号处理及显示模块包括：单片机及信号处理程序、报警系统，单片机使用ADC采样信号数据，作傅里叶变换得到fft的频谱图，通过频域滤波法将100hz以上和50hz的干扰给滤去，傅里叶反变换得到滤波后的时域波形，在报警系统上的液晶显示器上显示出时域和频域的波形。
基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其具体是采用上述三个模块来实现对地面微弱振动的非接触式测量，达到显示模拟地面微弱振动频率和波形的目的，该系统首先通过迈克尔逊干涉光路，将激光器的光束分为两束，一束作为参考光，另一束为通过地面反射镜反射回来的光来采集震动信息，最后通过光电传感器将干涉光的震动信息转换成电信号送给后级处理，电路部分主要是通过滤波放大对传感器传来的电信号做一些信号处理，滤除杂波，放大信号，单片机处理显示部分则是通过采样，显示出信号时域波形，然后通过傅里叶变换得到信号的频谱并显示出来，从而得到模拟地面微弱振动的频率和波形。
基于迈克尔逊干涉原理，测量属于零差测量，区别于外差测量，省去了外差测量需要的移频网络，其设计科学合理，测量灵敏度高，测量误差小，能够对微弱的振动进行精确报警，不仅可用于地震报警，还可以用于博物馆或保险室等一些存放贵重物品的地方，在非参观期间的防入侵报警，当人接近，会引起地面微弱震动，进而引发报警装置，具有非常广阔应用前景.
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，包括：迈克尔逊干涉光路模块、电路处理模块、扩束系统和光阑、信号处理及显示模块，所述的迈克尔逊光路模块通过扩束系统和光阑与电路处理模块连接并传递激光信号，所述的电路处理模块采用通信线路与信号处理模块和显示模块连接并进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的迈克尔逊干涉光路模块器件包括：氦氖激光器、光学全反镜、衰减片、光学45度反射镜、地面反射镜、非偏振1∶1分光镜，氦氖激光器发射激光束，激光束照射至非偏振1∶1分光镜，光束分为两束，一束照射至光学全反镜作为参考光束，另一束照射至光学45度反射镜，光学45度反光镜将光束反射至地面反射镜来采集振动信息；所述的地面反射镜固定在地面上，所述的地面反射镜反射包含地面震动信息的激光束至光学45度反射镜，光学45度反射镜将包含地面震动信息的激光束反射至非偏振1∶1分光镜，光学全反镜反射的激光束经过衰减片至非偏振1∶1分光镜，两束激光束通过扩束系统和光阑照射到电路模块中的光电传感器上。
3.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的非偏振1∶1分光镜与光学全反镜的安装距离是100mm～2000mm，非偏振1∶1分光镜与光学45度的安装距离是50mm～1000mm，非偏振1∶1分光镜与扩束系统的安装距离是20～100mm。
4.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的衰减片设置在非偏振1∶1分光镜与光学全反镜之间，衰减片与光学全反镜的安装距离是20～500mm。
5.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的光阑设置在光电传感器和扩束系统之间，光阑与光电传感器的安装距离是10～100mm。
6.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的电路处理模块包括：光电传感器、隔直放大电路、滤波电路，光电传感器通过线路与隔直放大电路连接，隔直放大电路与滤波电路连接。
7.根据权利要求6所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的光电传感器采用半导体材料制成的光电器件，光电传感器是硫化镉光敏电阻。
8.根据权利要求6所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的滤波电路器件是滤波器，滤波器是采用4阶有源巴特沃兹滤波器，滤波器的截止频率设置在100Hz。
9.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的地面震动报警系统，其特征在于：所述的信号处理及显示模块包括：单片机及信号处理程序、报警系统，单片机使用ADC采样信号数据，作傅里叶变换得到fft的频谱图，通过频域滤波法将100hz以上和50hz的干扰给滤去，傅里叶反变换得到滤波后的时域波形，在报警系统上的液晶显示器上显示出时域和频域的波形。
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