CN104408848A - 一种精确定位型光纤感应预警报警系统 - Google Patents

一种精确定位型光纤感应预警报警系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种精确定位型光纤感应预警报警系统，包括信息采集器、头光模块组和尾光模块组，所述信息采集器包括正向激光探测器、反向激光探测器和激光发射器，所述头光模块组包括分发光模块、正向光模块和反向光模块，所述尾光模块组包括转发光模块，所述激光发射器与所述分发光模块连接，所述正向激光探测器与所述正向光模块连接，所述反向激光探测器与所述反向光模块连接；所述分发光模块与所述正向光模块连接，所述分发光模块与所述反向光模块连接；所述正向光模块与所述转发光模块连接，所述反向光模块与所述转发光模块连接。本发明探测距离长、可精确定位、抗干扰能力和适应性强、成本低。

Description

一种精确定位型光纤感应预警报警系统
技术领域
本发明涉及一种光纤感应报警系统，具体的说是一种精确定位型光纤感应预警报警系统。
背景技术
光纤不仅可以用于信号传输，还可以作为安全防范应用中的传感器，在光线链路中信号传输的同时，仅需其中的三芯光纤，即可实现光纤感应探测器。当现场光纤传感器或其周边环境受到干扰或破坏时，光线中传输的光信号部分特性就会改变，通过先进的智能感应监测系统就能光信号的特性变化，通过检测光信号的特性变化，使得许多事件和状态的测量得以实时监控，通过光纤感应报警控制器的特殊算法和分析处理，就能够有效识别入侵行为与干扰破坏，实现快速报警及精确定位功能。
现有光纤感应（振动）报警系统从技术原理上分为光纤光栅及马赫曾德尔（M一Z）干涉仪传感，从功能上分为点位型和防区型。光纤光栅技术，利用了色谱光栅作为探测点，是一种点位型的周界入侵报警技术，马赫曾德尔（M一Z）干涉仪技术，利用光模块组成防区，采用单发单收完成防振动报警，单发单收的报警系统报警灵敏度高，但是，不能准确定位报警的位置，光纤信号传输的距离有限，最大只能实现32公里范围的防护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种准确定位报警位置、增大光纤信号传输距离的精确定位型光纤感应预警报警系统。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种精确定位型光纤感应预警报警系统，包括信息采集器、头光模块组和尾光模块组，所述信息采集器包括正向激光探测器、反向激光探测器和激光发射器，所述头光模块组包括分发光模块、正向光模块和反向光模块，所述尾光模块组包括转发光模块，
所述激光发射器通过光纤与所述分发光模块连接，所述正向激光探测器通过光纤与所述正向光模块连接，所述反向激光探测器通过光纤与所述反向光模块连接；
所述分发光模块通过光纤与所述正向光模块连接，所述分发光模块通过光纤与所述反向光模块连接；
所述正向光模块通过光纤与所述转发光模块连接，所述反向光模块通过光纤与所述转发光模块连接。
本发明采用一个激光发射器发射激光和两路分发模块进行分发，与传统的两个激光发射器相比避免了激光发射不同步的问题，同时，通过光纤双向回路进行双向收发，实现振动点的精确定位。
本发明技术方案的进一步限定为，所述正向激光探测器和反向激光探测器与所述信息采集器的中央处理器之间连接2路模拟量采集电路，所述模拟量采集电路包括运算放大芯片SGM358，所述运算放大芯片SGM358的2脚连接激光探测器，同时，所述运算放大芯片SGM358的2脚、电阻R12和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的1脚、滑动变阻器R16和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的8脚接电源，同时与电容C8和电容C21的并联电路连接后接地；所述运算放大芯片SGM358的6脚与电阻R13串联后接地，同时，所述运算放大芯片SGM358的的6脚与滑动变阻器R17串联后与所述运算放大芯片SGM358的7脚连接，所述运算放大芯片SGM358的7脚与电阻R20串联后做为信号输出端口；所述运算放大芯片SGM358的3脚和4脚接地。运算放大芯片SGM358对信号进行较大倍数放大的同时增大了信号的干扰，使信号识别精度出现困难，因此，光纤信号接收的过程中，通常不采用运算放大芯片SGM358，而本申请电路通过精确的电阻电容设定，对放大后的信号进行滤波，从而实现信号的充分放大，能接收1550波长-50db的弱光信号。
进一步地，所述信息采集器控制生成振动信号正向光路和振动信号反向光路，
所述振动信号正向光路为：激光发射器—分发光模块—光纤—正向光模块—光纤—转发光模块—光纤—反向光模块—光纤—反向激光探测器；
所述振动信号反向光路为：激光发射器—分发光模块—光纤—反向光模块—光纤—转发光模块—光纤—正向光模块—光纤—正向激光探测器。采用双向收发技术进行信号对比，不会丢失有效的震动报警数据，同时，对报警位置进行准确定位。
进一步地，所述信息采集器控制生成检测信号正向电路和检测信号反向电路，
所述检测信号正向电路为：激光发射器—分发光模块—光纤—正向光模块—光纤—正向激光探测器；
所述检测信号反向电路为：激光发射器—分发光模块—光纤—反向光模块—光纤—反向激光探测器。通过双向自检电路，提高自检的准确和有效性，避免无效工作。
进一步地，所述信息采集器的中央处理器采用芯片STM32F103RBT6，所述芯片STM32F103RBT6的15脚、16脚和17脚连接通信电路，所述通信电路采用低功耗半双工收发器。
进一步地，所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接继电器电路，所述继电器电路包括继电器Relay1、二极管D3、三极管Q2、三极管Q3和电阻R24，所述继电器Relay1的1脚与二极管D3串联后与所述继电器Relay1的2脚串联，所述继电器Relay1的2脚与所述三极管Q2和三极管Q3组成的桥式电路连接，所述电阻R24的一端与所述三极管Q2的基极连接，所述电阻R24的另一端与所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接。
本发明将RFID射频技术与人体或振动感应技术的结合，在RFID射频卡里装入人体或振动感应器来控制RFID信号的发送，当人体或振动感应器检测到人体或振动信号时，通过激活RFID 芯片，把信号发送至RFID接受系统，由接收系统发出报警信号。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，通过独特的光纤链路，使用10mw/1550波长激光器最长能传输220公里光纤链路，也就是说现在的光纤链路设计的是光缆内部从0米端传到110公里端在通过光模块特殊结构传回0米端，这样一个来回实际是220公里；本发明通过双向收发技术实现双向定位，在110公里防护区域可以达到10米精确定位，同时，可以解析发生的振动信号源振动幅度，频率及力度等，通过这些项目的监测达到模式化的信号识别；本发明使用普通单模通信光缆作为前端传感器，不需要特种光缆，不需要分段增加光缆芯数，因此成本低；本发明前端前端使用光缆，光缆体积小，质量轻，外形可变，不受周界介质类型，形状，环境等因素影响，因此，适应性强。
附图说明
图1是本发明提供的一种精确定位型光纤感应预警报警系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种精确定位型光纤感应预警报警系统的工作示意图；
图3为本发明所述的模拟量采集电路的电路图；
图4为本发明所述的信息采集器1的中央处理器的电路图；
图5为本发明所述的通信电路的电路图；
图6为本发明所述的继电器的电路图。
具体实施方式
    实施例1
本实施例提供一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其结构示意图如图1所示，包括处理计算机7、信息采集器1、头光模块组2和尾光模块组3。
针对上述模块，首先介绍上述模块的组成部分：信息采集器1包括正向激光探测器4、反向激光探测器5和激光发射器6。头光模块组2包括分发光模块A、正向光模块B和反向光模块C。尾光模块组3包括转发光模块D。
上述模块通过光纤进行连接，为了便于链路的描述，对每条连接光纤进行标号，其链路连接关系为：激光发射器6通过光纤a与所述分发光模块A连接，正向激光探测器4通过光纤g与正向光模块B连接，反向激光探测器5通过光纤h与反向光模块C连接。分发光模块A通过光纤b与正向光模块B连接，分发光模块A通过光纤c与反向光模块C连接。正向光模块B通过光纤d、e与转发光模块D连接，反向光模块C通过光纤f与转发光模块D连接。上述连接采用一个激光发射器发射激光和两路分发模块进行分发，与传统的两个激光发射器相比避免了激光发射不同步的问题，同时，通过光纤双向回路进行双向收发，实现振动点的精确定位。
为了实现双向收发技术，信息采集器控制生成振动信号正向光路和振动信号反向光路，振动信号正向光路为：激光发射器6—分发光模块A—光纤b—正向光模块B—光纤d、e—转发光模块D—光纤f—反向光模块C—光纤h—反向激光探测器5。
振动信号反向光路为：激光发射器6—分发光模块A—光纤c—反向光模块C—光纤f—转发光模块D—光纤d、e—正向光模块B—光纤g—正向激光探测器4。
采用双向收发技术进行信号对比，不会丢失有效的震动报警数据，同时，对报警位置进行准确定位，其具体的定位方法在后续的工作方式中进行详细说明。
为了提高自检的准确和有效性，避免无效工作，信息采集器控制生成检测信号正向电路和检测信号反向电路，所述检测信号正向电路为：激光发射器6—分发光模块A—光纤b—正向光模块B—光纤g—正向激光探测器4。所述检测信号反向电路为：激光发射器6—分发光模块A—光纤c—反向光模块C—光纤h—反向激光探测器5。
通过上述电路，对激光信号进行采集分析，信息采集器1的中央处理器负责对采集的信号进行处理。信息采集器1的中央处理器采用芯片STM32F103RBT6，其电路图如图4所示。芯片STM32F103RBT6的15脚、16脚和17脚连接通信电路，通信电路的电路图如图5所示，所述通信电路采用低功耗半双工收发器。
正向激光探测器4和反向激光探测器5与所述信息采集器1的中央处理器之间连接2路模拟量采集电路，模拟量采集电路的电路图如图3所示，包括运算放大芯片SGM358，所述运算放大芯片SGM358的2脚连接激光探测器，同时，所述运算放大芯片SGM358的2脚、电阻R12和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的1脚、滑动变阻器R16和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的8脚接电源，同时与电容C8和电容C21的并联电路连接后接地；所述运算放大芯片SGM358的6脚与电阻R13串联后接地，同时，所述运算放大芯片SGM358的的6脚与滑动变阻器R17串联后与所述运算放大芯片SGM358的7脚连接，所述运算放大芯片SGM358的7脚与电阻R20串联后做为信号输出端口；所述运算放大芯片SGM358的3脚和4脚接地。运算放大芯片SGM358采用SO-8和MSOP-8封装，对信号进行较大倍数放大的同时增大了信号的干扰，使信号识别精度出现困难，因此，光纤信号接收的过程中，通常不采用运算放大芯片SGM358，而本申请电路通过精确的电阻电容设定，对放大后的信号进行滤波，从而实现信号的充分放大，能接收1550波长-50db的弱光信号。
另外，所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接继电器电路，所述继电器电路的电路图如图6所示，包括继电器Relay1、二极管D3、三极管Q2、三极管Q3和电阻R24，所述继电器Relay1的1脚与二极管D3串联后与所述继电器Relay1的2脚串联，所述继电器Relay1的2脚与所述三极管Q2和三极管Q3组成的桥式电路连接，所述电阻R24的一端与所述三极管Q2的基极连接，所述电阻R24的另一端与所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接。
本实施例的精确定位型光纤感应预警报警系统，其工作示意图如图2所示，在振动壁（光纤d、e）无外力挤压时激光通过振动壁光信号不会形变，当在1号振动点有外力振动时，同时会有两路光形变波形，一路是正向振动信号，另一路是反向振动信号。正向信号自1号振动点向转发光模块D方向由光纤f传导到反向光模块C，再经光纤h传导至反向激光探测器后，传入中央处理器；另外一路反向振动信号由1号振动点向正向光模块B方向经光纤g最后由正向激光探测器4接收。由于光纤链路总长=振动壁+光纤，正向信号到激光探测器比反向信号到激光探测器的距离要长，所以反向激光探测器始终比向正激光探测器要晚一些时间接收到1号振动点的振动信号，而系统通过他们接收信号的时间差就能得出1号振动点的具体位置，从而达到精确定位。通过独特的光纤链路，使用10mw/1550波长激光器最长能传输220公里光纤链路，也就是说现在的光纤链路设计的是光缆内部从0米端传到110公里端在通过光模块特殊结构传回0米端，这样一个来回实际是220公里，通过双向收发技术实现双向定位，在110公里防护区域可以达到10米精确定位。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种精确定位型光纤感应预警报警系统，包括信息采集器（1）、头光模块组（2）和尾光模块组（3），其特征在于，所述信息采集器（1）包括正向激光探测器（4）、反向激光探测器（5）和激光发射器（6），所述头光模块组（2）包括分发光模块（A）、正向光模块（B）和反向光模块（C），所述尾光模块组（3）包括转发光模块（D），
所述激光发射器（6）通过光纤（a）与所述分发光模块（A）连接，所述正向激光探测器（4）通过光纤（g）与所述正向光模块（B）连接，所述反向激光探测器（5）通过光纤（h）与所述反向光模块（C）连接；
所述分发光模块（A）通过光纤（b）与所述正向光模块（B）连接，所述分发光模块（A）通过光纤（c）与所述反向光模块（C）连接；
所述正向光模块（B）通过光纤（d、e）与所述转发光模块（D）连接，所述反向光模块（C）通过光纤（f）与所述转发光模块（D）连接。
2.根据权利要求1所述的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其特征在于，所述正向激光探测器（4）和反向激光探测器（5）与所述信息采集器（1）的中央处理器之间连接2路模拟量采集电路，所述模拟量采集电路包括运算放大芯片SGM358，所述运算放大芯片SGM358的2脚连接激光探测器，同时，所述运算放大芯片SGM358的2脚、电阻R12和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的1脚、滑动变阻器R16和所述运算放大芯片SGM358的5脚串联；所述运算放大芯片SGM358的8脚接电源，同时与电容C8和电容C21的并联电路连接后接地；所述运算放大芯片SGM358的6脚与电阻R13串联后接地，同时，所述运算放大芯片SGM358的的6脚与滑动变阻器R17串联后与所述运算放大芯片SGM358的7脚连接，所述运算放大芯片SGM358的7脚与电阻R20串联后做为信号输出端口；所述运算放大芯片SGM358的3脚和4脚接地。
3.根据权利要求1所述的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其特征在于，所述信息采集器控制生成振动信号正向光路和振动信号反向光路，
所述振动信号正向光路为：激光发射器（6）—分发光模块（A）—光纤（b）—正向光模块（B）—光纤（d、e）—转发光模块（D）—光纤（f）—反向光模块（C）—光纤（h）—反向激光探测器（5）；
所述振动信号反向光路为：激光发射器（6）—分发光模块（A）—光纤（c）—反向光模块（C）—光纤（f）—转发光模块（D）—光纤（d、e）—正向光模块（B）—光纤（g）—正向激光探测器（4）。
4.根据权利要求1所述的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其特征在于，所述信息采集器控制生成检测信号正向电路和检测信号反向电路，
所述检测信号正向电路为：激光发射器（6）—分发光模块（A）—光纤（b）—正向光模块（B）—光纤（g）—正向激光探测器（4）；
所述检测信号反向电路为：激光发射器（6）—分发光模块（A）—光纤（c）—反向光模块（C）—光纤（h）—反向激光探测器（5）。
5.根据权利要求1所述的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其特征在于，所述信息采集器（1）的中央处理器采用芯片STM32F103RBT6，所述芯片STM32F103RBT6的15脚、16脚和17脚连接通信电路，所述通信电路采用低功耗半双工收发器。
6.根据权利要求5所述的一种精确定位型光纤感应预警报警系统，其特征在于，所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接继电器电路，所述继电器电路包括继电器Relay1、二极管D3、三极管Q2、三极管Q3和电阻R24，所述继电器Relay1的1脚与二极管D3串联后与所述继电器Relay1的2脚串联，所述继电器Relay1的2脚与所述三极管Q2和三极管Q3组成的桥式电路连接，所述电阻R24的一端与所述三极管Q2的基极连接，所述电阻R24的另一端与所述芯片STM32F103RBT6的27脚连接。
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