CN110648481B - 一种校准方法及周界告警装置 - Google Patents

一种校准方法及周界告警装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种校准方法及周界告警装置，该方法用于周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器及数据采集器，其中，所述光环形器与所述光源发射器和所述探测器通过外部光纤连接，所述校准方法包括：初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；检测所述反向散射信号是否稳定；若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。具有成本低、结构简单的优点，可以自校正光纤的损耗、受到弯曲或受压拉伸造成的干扰。

Description

一种校准方法及周界告警装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种校准方法及周界告警装置。
背景技术
光纤周界防御系统也称周界告警系统，其是以光纤传感器来感知外界信号的变化，通过对直接作用于光纤或承载物，如覆土或围栏等传递给光纤各种扰动，进行实时在线的监控。采集到的扰动数据经过主机分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰，包括攀爬围栏、围墙、设防区域的行走、挖掘，以及可能威胁光纤的承载物等类型，实现系统预警或实时告警、定位，从而达到对侵入设防区域周界、以及内部核心区域的威胁行为进行预警监测的目的。
该系统通过利用光时域反射仪(OTDR，Optical Time-Domain Reflectometry)的光学检测原理，即根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的背向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光在光纤中传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起散射，光时域反射仪记录下每个时间点采集到的散射光强度。因为光速是固定的，采集信号的时间与光在光纤中传输距离具有对应关系，因此可以将时间转换为光纤的长度。
光纤周界防御系统的光纤在受到外界扰动时在对应的而扰动点会产生较为强烈的背向散射光信号，通过检测该点位置，即可获知对应扰动点的位置。
然而，在实际应用过程中，光纤种类不同，光纤熔接工艺不同，或实际工程安装过程出于固定目的对光纤有不同程度的压迫，在这些局部压迫点造成损耗，从而会影响周界告警系统报警结果的准确性。
因此，为提高报警结果的准确性，有必要对周界告警系统进行校准。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种校准方法及周界告警装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种校准方法，用于周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器及数据采集器，其中，所述光环形器与所述光源发射器和所述探测器通过外部光纤连接，其特征在于，所述校准方法包括：
初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；
控制所述数据采集器以T时间为周期采集经所述信号探测器获取的反向散射信号；
检测所述反向散射信号是否稳定；
若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；
存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
优选地，所述检测所述反向散射信号是否稳定，包括：
检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
优选地，所述方法还包括：
若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述探测器以T时间为周期采集所述反向散射信号。
优选地，所述计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，包括：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值之差，其中，2≤i≤K。
优选地，所述周界告警装置还设置有开关，所述校准方法还包括：
检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；
若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
本发明还提供一种周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器、数据采集器以及处理器，其中，所述光环形器与将所述光源发射器和所述信号探测器通过外部光纤连接，所述处理器与所述光源发射器、光环形器及信号探测器通信连接，所述处理器包括：
光源控制模块，用于初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；
采集控制模块，用于控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；
检测模块，用于检测所述反向散射信号是否稳定；
计算模块，用于若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；
存储模块，用于存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
优选地，所述检测模块还用于：检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
优选地，所述采集控制模块还用于：若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述探测器以T时间为周期采集所述反向散射信号。
优选地，所述计算模块，还用于：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值之差，其中，2≤i≤K。
优选地，所述周界告警装置还设置有开关，所述处理器还包括指令接收模块，所述指令接收模块用于检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
与现有技术相比，本发明提供了一种校准方法，用于周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器及数据采集器，其中，所述光环形器与所述光源发射器和所述探测器通过外部光纤连接，所述校准方法包括：初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；检测所述反向散射信号是否稳定；若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
本发明通过计算光纤在正常状态下不同位置的静态阈值，并建立校准样本数据库，从而可以利用该校准样本数据库作为校准样本，当光纤在相应位置受到的外部扰动时的动态反向散射信号，可以通过计算扰动信号的动态阈值与相应的静态阈值判断该位置是否有入侵，动态阈值的计算方法与静态阈值的计算方法相同，只是所处的状态不同，从而排除由于光纤在熔接处或施工过程中误压造成的误差干扰。具有成本低、结构简单的优点，可以自校正光纤的损耗、受到弯曲或受压拉伸造成的干扰。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的校准方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例提供的校准方法的应用场景示意图；
图3为周界告警装置信号探测曲线的示意图；
图4为本发明一实施例提供的周界告警装置的处理器的模块结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的周界告警装置的模块结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供了本发明提供了一种校准方法，该校准方法用于周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器及数据采集器，其中，所述光环形器与所述光源发射器和所述探测器通过外部光纤连接，所述校准方法包括：初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；控制所述数据采集器以T时间为周期采集经所述信号探测器接收到的反向散射信号；检测所述反向散射信号是否稳定；若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
本发明通过计算光纤在正常状态下不同位置的静态阈值，并建立校准样本数据库，从而可以利用该校准样本数据库作为校准样本，当光纤在相应位置受到的外部扰动时，可以通过扰动信号的动态阈值与相应的静态阈值之差判断该位置是否有入侵，从而排除由于光纤在熔接处或施工过程中误压造成的误差干扰。
具体的，当动态阈值减去静态阈值之差大于入侵判断阈值α，则认定为此处因外部入侵而产生的扰动。该入侵判断阈值α可选取第一次的采集到的反向散射信号的前第M点前峰峰值β乘以一个系数c而确定，此处M值不做限定，即：α＝β*c。系数c是人为根据识别不同程度的入侵可设置该参数，范围可为0.5～3，系数c默认取0.8。
请参阅图1-2，图1为本发明提供的一种校准方法流程图，图2为周界告警装置10。
周界告警装置10设置有光源发射器101、光环形器102、信号探测器103、数据采集器104以及处理器105，其中，光环形器102与光源发射器101和探测器103通过外部光纤20连接，处理器105与光源发射器101、光环形器102、信号探测器103及数据采集器104通信连接。
请参阅图1，所述方法包括：
步骤S1：初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲。
周界告警装置10启动后，调用预设初始化配置对该周界告警装置10进行系统初始化，初始化完成后，周界告警装置10的处理器105控制光源发射器101发射光脉冲，光脉冲通过光环形器102进入光纤20并在光纤20内产生反向散射信号，反向散射信号经光环形器102由信号探测器103接收。其中，该光源发射器为激光光源发射器，即光脉冲为激光脉冲。
步骤S2：控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号。
周界告警装置10的处理器105控制数据采集器104以周期T采集由信号探测器103接收到的反向散射信号，该周期T可以根据需要人为设置。
步骤S3：检测所述反向散射信号是否稳定。
在部分实施例中，检测所述反向散射信号是否稳定，包括：
检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
通过检测反向散射信号是否有阶跃变化从而可以有效判断出该反向散射信号是否稳定。
在部分实施例中，所述方法还包括：
若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的所述反向散射信号。
步骤S4：若所述反向散射信号稳定，则若所述反向散射信号稳定，则获取周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2。
在部分实施例中，获取周期T时间在所述光纤上K个位置点所对应的静态阈值，包括：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值之差，其中，2≤i≤K。
示例性地，以2n个点为8个点为例进行说明。
若第i点前包括第i点总共为8个点的反向散射信号的平均值为s1，若第i点后包括第i点总共为8个点的反向散射信号的平均值为s2，则静态阈值s为：s＝s1-s2。
步骤S5：存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
存储该K个静态阈值，其中，K可以根据需要设定，如1000，2000等，在此不做限定。
在部分实施例中，所述周界告警装置还设置有开关，所述方法还包括：
检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；
若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
示例性地，当用户在利用该周界告警装置10与另外光纤适配时，若判断另外关系的安装环境与原来适配的光纤20相近时，则可以通过设置于周界告警装置10上的开关向周界告警装置10发送指令，以使周界告警装置10调用所述校准样本数据库作为基准，从而避免该周界告警装置10再次进行校准。
如图3所示，通过周界告警装置10获得该光纤20在长度为x1、x2、x3处存在信号阶跃，则表明该光纤20在x1、x2、x3处存在熔接点(Splice)a、光纤接续盒(Connection)b、断裂点(break)或光纤终点(End of fiber)c，从而使得该处反向散射信出现显著变化，且所述在图3曲线中的随着光纤20的长度增加，相应的反向散射信的强度或振幅随之衰减，从所接收的反向散射信的强弱变化，可以判断光纤各个位置的传输特性。存储光纤20上多个位置点反向散射信的静态阈值，作为该光纤20外部扰动的参考基准进行校准，当光纤在相应位置受到的外部扰动时，可以通过获取扰动信号的动态阈值与相应的静态阈值做差判断该位置是否有入侵，从而排除由于光纤在熔接处或施工过程中误压造成的误差干扰，以较为精确获取对外界入侵进行检测。
请参阅图4，在部分实施例中，周界告警装置10的处理器105包括：
光源控制模块1051，用于初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；
采集控制模块1052，用于控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；
检测模块1053，用于检测所述反向散射信号是否稳定；
计算模块1054，若所述反向散射信号稳定，则获取周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；
存储模块1055，用于存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库。
在部分实施例中，所述检测模块1053还用于：
检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
在部分实施例中，所述采集控制模块1052还用于：若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的所述反向散射信号。
在部分实施例中，所述计算模块1053，还用于：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值做差值处理，其中，2≤i≤K。
在部分实施例中，所述周界告警装置10还设置有开关，所述处理器105还包括指令接收模块1056，所述指令接收模块1056用于，检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
请参阅图5，本发明还提供一种周界告警装置40，周界告警装置40包括存储器401及处理器402，存储器401与处理器402电连接。
其中，存储器401至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器401在一些实施例中可以是周界告警装置40的内部存储单元，例如该周界告警装置40的硬盘。存储器401在另一些实施例中也可以是周界告警装置40的外部存储设备，例如周界告警装置40上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器401不仅可以用于存储安装于服务器10的应用软件及各类数据，例如计算机可读的校准程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器402在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，处理器402可调用存储器401中存储的程序代码或处理数据，以执行前述的校准方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种校准方法，用于周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器及数据采集器，其中，所述光环形器与所述光源发射器和所述探测器通过外部光纤连接，其特征在于，所述校准方法包括：
初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；
控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；
检测所述反向散射信号是否稳定；
若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；
存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库；
所述计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，包括：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值之差，其中，2≤i≤K。
2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述检测所述反向散射信号是否稳定，包括：
检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的所述反向散射信号。
4.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述周界告警装置还设置有开关，所述校准方法还包括：
检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；
若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
5.一种周界告警装置，所述周界告警装置设置有光源发射器、光环形器、信号探测器、数据采集器以及处理器，其中，所述光环形器与将所述光源发射器和所述信号探测器通过外部光纤连接，所述处理器与所述光源发射器、光环形器及信号探测器通信连接，其特征在于，所述处理器包括：
光源控制模块，用于初始化完成后，控制所述光源发射器向光纤发射光脉冲；
采集控制模块，用于控制所述数据采集器以T时间为周期采集由所述信号探测器接收到的反向散射信号；
检测模块，用于检测所述反向散射信号是否稳定；
计算模块，用于若所述反向散射信号稳定，则计算周期T时间在所述光纤上的K个位置点所对应的静态阈值，其中，K≥2；
存储模块，用于存储所述静态阈值，以形成校准样本数据库；
所述计算模块，还用于：
预设第一个位置点的静态阈值为零；
计算K个位置点所对应的静态阈值，其中，第i个位置点的静态阈值为第i点前包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值与第i点后包括第i点总共为2n个点的反向散射信号的平均值之差，其中，2≤i≤K。
6.如权利要求5所述的周界告警装置，其特征在于，所述采集控制模块还用于：若所述反向散射信号不稳定，则再次控制所述探测器以T时间为周期采集所述反向散射信号。
7.如权利要求5所述的周界告警装置，其特征在于，所述检测模块还用于：检测所述反向散射信号是否有阶跃变化；
若所述反向散射信号没有阶跃变化，则判断所述反向散射信号稳定；
若所述反向散射信号有阶跃变化，则判断所述反向散射信号不稳定。
8.如权利要求5所述的周界告警装置，其特征在于，所述周界告警装置还设置有开关，所述处理器还包括指令接收模块，所述指令接收模块用于检测是否接收到校准指令，其中，所述校准指令为用户操控所述开关发送的指令；若接收到所述校准指令，则调用所述校准样本数据库。
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