CN113091880B - 一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明给出了一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置和方法，包括主板、内盒体和外盒体，主板上固定设置有振动发生模块和驱动模块，且主板与外盒体固定，外盒体固定安装于人孔井的侧壁，内盒体和外盒体之间通过弹簧连接，内盒体与人孔井盖连接；其中，振动发生模块包括触动子和振动静子，触动子的触动点呈阵列排布，并与多频振动结构的振动静子相互作用形成振动频率编码，振动发生模块与光缆连接；驱动模块与触动子连接，在内盒体相对外盒体位移时驱动振动发生模块动作。利用该装置配合分布式光纤振动传感系统可以实时获取不同位置的人孔井盖的开关状态，且无源式的技术安全度更高，后期维护量也更小。
Description
技术领域
本发明涉及地下管线安防领域，尤其是一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置和方法。
背景技术
庞大的地下管网系统配置了数量巨大的人孔井，该类人孔井原本是为了维护对应的地下管道和其内的管线和设施而设，但是也给外部对管道和内部设施的非法入侵和破坏提供了一个通道。如何防止非法通过人孔井进入管道是困扰管道运营单位的一个巨大难题。目前已有许多针对防止人孔盖的专门技术。分为无源被动式(如加锁、封固等)和有源两大类，均有不同的优势和缺点。无源式的优点是无需关注供电，无需担心供电带来的安全隐患(如输油、输气管道需全面考虑带电装置的安全隐患)，但其本身遭到破坏时无法主动发送信息。
有源类的技术方式很多，都需一个井内装置，该装置基本由三大模块组成：电池、测量/控制机构、信息发送/接收机构，三个模块或集成或分离安装于同一井内。电池供电。测量/控制机构检测井盖的开启/关闭，控制锁栓闭锁/解锁，信息发送/接收机构负责状态或控制信息的接收与发送，目前基本都是带电话卡的移动终端模块，通过移动通信基站网络完成信息交流。从上述可以看出，本类技术的突出优点是可以主动控制井盖的闭锁/解锁，并能发送信息，但存在两点不足：一是有供电电源、有电磁信号，在防火防爆等级高的地下管线不易实施，在其他管线也无法完全避免此类隐患的发生，并需要定期更换电池；二是需要大量的移动终端模块，占用大量移动资源。
发明内容
为了解决现有技术中存在的人孔井盖监测装置必须有源才能实现自动检测并发出信息的技术问题，本发明提出了一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置和方法，实现在完全无源的情况下对井盖状态的实时智能监测，满足实际需求。
在一个方面，本发明提出了一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，包括主板、内盒体和外盒体，主板上固定设置有振动发生模块和驱动模块，且主板与外盒体固定，外盒体固定安装于人孔井的侧壁，内盒体和外盒体之间通过弹簧连接，内盒体与人孔井盖连接；其中，
振动发生模块包括触动子和振动静子，触动子的触动点呈阵列排布，并与多频振动结构的振动静子相互作用形成振动频率编码，振动发生模块与光缆连接；
驱动模块与触动子连接，在内盒体相对外盒体位移时驱动振动发生模块动作。
在具体的实施例中，触动子的驱动方式包括储能式和非储能式驱动，触动点为一维和二维排列。多种驱动方式的选择性便于根据不同的需求选择合适的触动子的驱动，触动点的排列可以构成不同的触动编码。
在具体的实施例中，触动子通过发条驱动。凭借该驱动方式可以简单的实现对触动子的驱动控制。
在具体的实施例中，驱动模块包括驱动轮、滑轮和驱动线，驱动轮与发条的转动轴固接，驱动轮缠绕驱动线，驱动线绕过内盒体上设置的滑轮固定于主板上。凭借该结构可以使得内盒体位移时产生驱动效果。
在具体的实施例中，设置有两组对应配合的振动发生模块和驱动模块，其中一个驱动模块中的滑轮设置于内盒体的位移方向的上端，另一个驱动模块中的滑轮设置于内盒体的位移方向的下端。凭借该设置能够在内盒体不同位移方向产生不同的振动频率编码。
在另一个具体的实施例中，设置有一组对应配合的振动发生模块和驱动模块，驱动模块通过换向机与发条的转动轴固接。凭借换向机的设置可以只依靠一组振动发生模块和驱动模块产生不同的振动频率编码。
在具体的实施例中，内盒体通过长度可调的井盖接触模块与人孔井盖连接。凭借该设置可以将人孔井该的开启/关闭动作传递至内盒体。
在具体的实施例中，振动发生模块通过振动传导模块与光缆连接，振动传导模块为长条状。凭借该结构能够将振动发生模块的振动传递至光缆。
根据本发明的第二方面，提出了一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的方法，利用上述的装置，包括：
调节连接人孔井盖与内盒体之间的接触模块的长度以使得接触模块与关闭的井盖紧密贴合；
响应于井盖由关闭状态开启，内盒体相对外盒体位移，使得驱动模块驱动振动发生模块产生第一振动频率编码，响应于井盖由开启状态关闭，内盒体相对外盒体位移，使得驱动模块驱动振动发生模块产生第二振动频率编码，第一振动频率编码和第二振动频率编码通过振动传导模块传导至光缆；
利用分布式光纤振动传感系统监测并解析振动信号，判读编码，获得人孔井盖的开启/关闭状态的实时监测。
在具体的实施例中，不同位置的人孔井盖设置有不同的振动频率编码，振动频率编码中包括校验码和信息码。凭借该设置能够对不同位置的人孔井盖分别进行状态的监控。
本发明提出一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置和方法，该装置和方法既能实现井内装置无源、井内无额外产生的电磁信号，无需大量移动终端模块接入移动通信网络，又能实时监测井盖的开启/关闭动作，实时发出报警。本发明基于分布式光纤振动传感技术，通过在井内安装特别设计的无源装置，在井盖开启/关闭时产生包括振动频率编码信息的特定振动，分布式光纤振动传感系统监测该特定振动，在监测主机终端实时给出井盖的状态信息，实现了对人孔井盖的无源智能监测。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的一个实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的结构示意图；
图2是本申请的一个实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的侧视图；
图3是本申请的一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构的主视图；
图4是本申请的一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构的后视图；
图5是本申请的另一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构主视图；
图6是本申请的另一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构后视图；
图7是本申请的一个实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了根据本申请的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括外盒体1、内盒体2、井盖接触模块3、弹簧4和振动传导模块5，其中井盖接触模块3的一端设置于内盒体2的上部，另一端用于与人孔井盖接触，并且井盖接触模块3为长度可调的结构，以便于安装时调节保证与人孔井盖的紧密接触。外盒体1固定安装在人孔井的侧壁。图2示出了根据本申请的一个实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的侧视图，如图2所示，内盒体2设置于外盒体1的内部，并通过弹簧4与外盒体1连接，使得内盒体2可以在人孔井盖作用于井盖接触模块3的作用力下在外盒体1的内部位移，压缩弹簧4，弹簧4可以采用普通螺旋弹簧，亦或者选择气/液压弹簧。优选的，外盒体1的内部或内盒体2的外部设置有滑轨或其他导向机构，以保证内盒体2能够稳定地在外盒体1的内部位移。
继续参考图3，图3示出了根据本申请的一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构的主视图；如图3所示，内盒体2的内部有一主板6，该主板6通过主板连接杆8固定于外盒体1的内底部，内盒体2的底部开设有对应的孔位，以使得内盒体2可以相对于主板6上下位移。主板6上设置有振动发生模块7，振动发生模块7通过振动传导模块5将振动传递至光缆。
在具体的实施例中，振动发生模块7包括两部分，每部分包含一个发条驱动的触动子，一个振动静子，触动子的触动点为一维和二维排列，利用排列方式的不同构成触动编码，振动静子为特定频率间隔的多频振动结构，触动子在发条驱动下运动，与振动静子相互作用，两者的结构使该作用产生一特定时长的一组振动，振动包含自己特有的时间和频率结构，形成编码振动。两部分结构相同，但编码不同，对应井盖开启和关闭的不同动作。通过金属连接体连接两个模块的振动端，并连接到振动传导模块5。
图4示出了根据本申请的一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构的后视图；如图4所示，主板6的背面设置有驱动模块9，该驱动模块9包括驱动轮91、驱动线92和滑轮93，其中，驱动轮91与振动发生模块7的发条的转动轴固接，驱动线92缠绕驱动轮91，并绕过设置于内盒体2的上端的滑轮93，驱动线92的末端固定在主板6上，同样的，因为振动发生模块7有两部分，驱动模块9对应设置于振动发生模块7的两部分背部，同样由两组驱动轮、驱动线和滑轮，滑轮设置于内盒体2的位移方向的上下两端，使得内盒体2上下位移时能够分别触发对应的驱动轮转动，并触发相应部分的振动发生模块产生编码振动。
在另一个实施例中，图5示出了根据本申请的另一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构主视图，图6示出了根据本申请的另一个具体的实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置的内盒体结构后视图；如图5和图6所示，振动发生模块7’只具有一个部分，驱动模块9’为单轮驱动，驱动轮91’与振动发生模块7’的发条的转动轴固接，驱动线92’缠绕驱动轮91’，并绕过设置于内盒体2的上端(或下端)的滑轮93’，驱动线92’的末端固定在主板6上，该结构需再增设换向机10，驱动模块9’通过换向机10与振动发生模块7’发条的转动轴固接来实现两种编码振动。
在具体的实施例中，振动发生模块7通过振动传导模块5将振动传递至光缆，振动传导模块5的主体为长条状，一端与振动发生模块7连接，一端与传感光缆连接。该振动传导模块5的材质包括金属、塑料、金属与橡胶复合体、金属与塑料复合体等材质，可以为实心或中空结构，振动传导模块5的材质、结构与连接方式可以保证振动的可靠传导。振动传导模块5与光缆的连接可采用卡箍、扎线、带锁紧结构的金属盒固定。
在上述实施例中，振动发生模块7除了通过发条驱动的方式之外，可以采用气压或液压的储能式驱动方式，亦或者采用其他非储能的相对运动产生振动频率编码的方式，同样能够实现本发明的技术效果。
在具体的实施例中，该装置的运行机制为：外盒体1固定安装在人孔井侧壁，调节井盖接触模块3的长度使之与关闭的井盖紧密贴合。井盖处于关闭状态时，井盖的重量产生的压力通过井盖接触模块3将弹簧4压缩。井盖由关闭状态开启时，弹簧4变化，内盒体2动作，驱动轮91转动，产生编码振动，振动通过振动传导模块5传导到传感光缆。井盖由开启状态关闭时，压下弹簧4，使其弹簧4变化，内盒体2动作，驱动轮91转动，产生另一组编码振动，振动通过振动传导模块5传导到传感光缆。
根据本发明的另一方面，提出了一种利用上述装置进行人孔井盖监控的方法，图7示出了根据本申请的一个实施例的基于光纤传感技术的人孔井盖监控的方法流程图，如图7所示，该方法包括：
S1：调节连接人孔井盖与内盒体之间的井盖接触模块的长度以使得井盖接触模块与关闭的井盖紧密贴合。保证井盖接触模块与关闭的井盖的紧密贴合能够准确地将井盖开合的动作传递至监控装置内。
S2：响应于井盖由关闭状态开启，内盒体相对外盒体位移，使得驱动模块驱动振动发生模块产生第一振动频率编码，响应于井盖由开启状态关闭，内盒体相对外盒体位移，使得驱动模块驱动振动发生模块产生第二振动频率编码，第一振动频率编码和第二振动频率编码通过振动传导模块传导至光缆。
S3：利用分布式光纤振动传感系统监测并解析振动信号，并判读编码，获得人孔井盖的开启/关闭状态的实时监测。分布式光纤振动传感系统上安装有分析软件，该软件分析系统监测到的振动信号，当监测到井内装置发出的特定振动信号后，计算得出该信号对应的人孔井位置和井盖动作状态。
在具体的实施例中，不同位置的人孔井盖设置有不同的振动频率编码，振动频率编码中包括校验码和信息码。不同人孔井的装置设置不同的振动频率编码，经光缆被分布式光纤振动传感系统监测到，信号传送给井盖监测软件，即可获得人孔井的对应位置和井盖开或关的动作。实现对人孔井盖的开启/关闭的实时监测。
上述方法基于监测的人孔井盖所在的管道已完成分布式光纤振动传感系统的建立，被监测管道内已布放单模光缆，在该光缆的两端(通常是该长距离管道两端的设施设备机房)，光缆接入分布式光纤振动传感系统，光信号在光纤中的传输过程中，外界振动信号使光的参数发生变化，分布式光纤振动传感系统监测该变化，获得该振动的信息，经过处理分析该信息，可得到该振动的位置和性质。
与无源式技术比较，其它无源式技术均是完全被动安防，井盖开启/关闭都不能发出信号。本发明能主动发出井盖开启和关闭的不同告警，能给出井盖动作遂对应的人孔井的位置。与有源式技术比较，其它有源式技术需通常需在每个井内装置中配置电源和移动终端模块，通过与移动网络基站的通信完成信息的传输，存在电磁安全隐患。本发明井内装置完全无源，井内装置也不需要安装通信模块，安全度高，实际应用中的后期维护量也相对小很多。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，包括主板、内盒体和外盒体，所述主板上固定设置有振动发生模块和驱动模块，且所述主板与所述外盒体固定，所述外盒体固定安装于人孔井的侧壁，所述内盒体和所述外盒体之间通过弹簧连接，所述内盒体与人孔井盖连接；其中，
振动发生模块包括触动子和振动静子，所述触动子的触动点呈阵列排布，并与多频振动结构的所述振动静子相互作用形成振动频率编码，所述振动发生模块与光缆连接，所述振动发生模块通过振动传导模块将振动传递至光缆，振动传导模块一端与所述振动发生模块连接，另一端与光缆连接；
驱动模块与所述触动子连接，在所述内盒体相对所述外盒体位移时驱动所述振动发生模块动作，所述驱动模块包括驱动轮、滑轮和驱动线，所述驱动轮与发条的转动轴固接，所述驱动轮缠绕驱动线，所述驱动线绕过所述内盒体上设置的所述滑轮固定于所述主板上。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，所述触动子的驱动方式包括储能式和非储能式驱动，所述触动点为一维和二维排列。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，所述触动子通过发条驱动。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，设置有两组对应配合的所述振动发生模块和驱动模块，其中一个驱动模块中的滑轮设置于所述内盒体的位移方向的上端，另一个驱动模块中的滑轮设置于所述内盒体的位移方向的下端。
5.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，设置有一组对应配合的所述振动发生模块和驱动模块，所述驱动模块通过换向机与所述发条的转动轴固接。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，所述内盒体通过长度可调的井盖接触模块与所述人孔井盖连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的装置，其特征在于，所述振动发生模块通过振动传导模块与光缆连接，所述振动传导模块为长条状。
8.一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的方法，利用如权利要求1-7中任一所述的装置，其特征在于，包括：
调节连接所述人孔井盖与所述内盒体之间的接触模块的长度以使得所述接触模块与关闭的井盖紧密贴合；
响应于井盖由关闭状态开启，所述内盒体相对所述外盒体位移，使得所述驱动模块驱动所述振动发生模块产生第一振动频率编码，响应于井盖由开启状态关闭，所述内盒体相对所述外盒体位移，使得所述驱动模块驱动所述振动发生模块产生第二振动频率编码，所述第一振动频率编码和所述第二振动频率编码通过振动传导模块传导至光缆；
利用分布式光纤振动传感系统监测并解析振动信号，判读编码，获得所述人孔井盖的开启/关闭状态的实时监测。
9.根据权利要求8所述的一种基于光纤传感技术的人孔井盖监控的方法，其特征在于，不同位置的人孔井盖设置有不同的振动频率编码，所述振动频率编码中包括校验码和信息码。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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