CN115051750B - 一种野外传感光纤的智能监测保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外传感光纤的智能监测保护系统，该系统由野外监测保护模块和数据处理监控模块组成，通过将观测光纤的地表冗余部分安放在野外监测保护模块中，实现对冗余光纤接口的保护，并且通过模块内部装置的联动实时监测光纤情况，整理光纤数据、保存并与数据处理监控模块实时通信，便于实时监测光纤数据，了解光纤的变形情况。从而达到了保证光纤数据的采集质量，减少工作量，降低人工成本，提高光纤观测孔工程价值的目的。

Description

一种野外传感光纤的智能监测保护系统

技术领域

本发明属于传感光纤数据智能采集和保护技术领域，更具体的，涉及到一种野外传感光纤的智能监测保护系统。

背景技术

随着光纤监测在各种工程建设方面的应用，特别是分布式光纤在岩层变形大范围监测中的广泛应用，在野外布设的光纤监测点越来越多。多数情况下，特别是矿山覆岩的变形监测过程中，一般通过在岩层中钻孔的方式安装光纤。使用的光纤多采用金属基索状结构，传感光纤外包高轻度金属加强件极大的提高传感光纤的抗拉强度，通过在地表冗余光纤部分外接跳线的方式进行观测。但是在实际工作过程中，由于光纤数据无法实时采集且矿井开采过程中极易造成地下光纤损坏，同时地下光纤破坏后无法采集数据且无法修复。易造成人力财力物力的浪费，观测数据缺失，成本极高。

发明内容

本发明的目的是针对目前光纤监测技术中存在的不足，提供一种野外传感光纤的智能监测保护系统，该系统由野外监测保护模块和数据处理监控模块组成，将观测光纤的地表冗余部分安放在野外监测保护模块中，对冗余光纤接口进行保护，并且通过模块内部装置联动实时监测光纤情况，整理光纤数据、保存并与数据处理监控模块实时通信，便于实时监测光纤数据了解光纤的变形情况。

为了实现上述目的，本发明提供一种野外传感光纤的智能监测保护系统，该系统的技术方案和系统内容包括：野外监测保护模块和数据处理监控模块。

数据处理监控模块由信号接受器和数据处理器组成。其中信号接受器用于接收、识别和解译野外监测保护模块的信号，数据处理器对信号接受器中接收到野外监测保护模块的数据进行分析和储存。

其中野外监测保护模块包括：

地面保护仓，所述的地面保护仓为圆柱型密封仓状，由两个圆柱型组合成的套筒和圆形翻盖组成，圆形翻盖上表面安装有太阳能电池板，圆形盖下表面外延装有气密圈。内部安装有冗余光纤、数据集成单元、智能监测单元和电路与网络线路，传输单元，所述的数据集成单元、智能监测单元和线路单元，传输单元用于监测光纤运行，整理并储存数据。

传输单元，所述的传输单元单元由外接信号传输装置和电源组成，其中外接信号传输装置安装在野外监测保护模块中地面保护仓的外表面，由天线和信号接收器组成，通过接受网络信号的方式实现与数据处理监控模块的实时通信。所述的电源部分由太阳能电池板和蓄电池组成，为野外监测保护模块提供电源。蓄电池安装在地面保护内层套筒的内部，太阳能电池板安装在地面保护仓圆形翻盖的上表面，与蓄电池相连。线路单元，所述的线路单元由电线、网线和单元间连接线组成，安装于野外监测保护模块中地面保护仓外层套筒的内表面，与传输单元、数据集成单元和智能监测单元连接。起到连接野外监测保护模块各部分的功能。

智能监测单元，所述的智能监测单元设置在野外监测保护模块中地面保护仓的两个套筒之间，为野外监测保护模块中的主要单元，由光纤监测报警器、线路监测报警器和数据处理器组成，能够实时监测数据采集器、光纤和线路单元的运行情况。并通过线路单元和传输单元交互，实时的传输光纤观测数据和野外监测保护模块的运行情况，综合处理野外监测保护模块中的各项数据信息

数据集成单元，所述的数据集成单元设置在地面保护仓两个套筒之间的夹层中，由光纤数据采集器和数据储存器组成。通过线路单元与传输单元，智能监测单元交互，能够实时采集光纤观测数据、储存光纤数据。

作为本技术方案的进一步阐述，所述的数据处理监控模块中的数据处理器对信号接受器中接收到野外监测保护模块的数据进行分析和储存时，能够利用深度神经网络组合推测模型对缺失的光纤数据进行补齐，同时进行精度评定。所述的数据处理器最终输出检测孔位光纤的逐时刻形变值、温度值和野外监测保护模块的运行情况，在光纤故障或野外监测保护模块故障时报警。

作为本技术方案的进一步阐述，所述的野外监测保护模块中的地面保护仓为圆柱型密封仓状，由两个圆柱型组合成的套筒和圆形翻盖组成，外层套筒可以替换为其他形状，内层套筒直径40cm，外层套筒直径60cm，圆形翻盖直径65cm，圆形翻盖顶部装有太阳能电池板和定位装置。同时可根据野外的实际环境更换尺寸、材料，更根据实际需要加装测温器、测试器、除湿装置和降温、升温装置。

作为本技术方案的进一步阐述，所述的野外监测保护模块中的传输单元，所述的传输单元单元由外接信号传输装置和电源组成。其中外接信号单元采用双向端口，能够接受数据处理监控模块的指令，具有远程管理功能，支持远程开启或关闭智能监测单元和数据集成单元，能够对智能监测单元进行参数变更和程序迭代。

作为本技术方案的进一步阐述，所述野外监测保护模块中的线路单元由电线、网线和单元间连接线组成，连接线表面包裹有防水防腐蚀的柔性材料。

作为本技术方案的进一步阐述，所述的野外监测保护模块中的智能监测单元，其中所述的线路监测报警器由电流传感器、电压检测传感器、网络信号传感器、信号采集器、信号发送器，数据集成单元通过将采集到的数据发送给智能监测单元，从而用对野外监测保护模块的传输单元的运行情况进行统计与判断，可根据野外监测保护模块的运转情况和具体环境，通过接受数据处理监控模块的信号开启或关闭降温、升温装置和除湿装置。

作为本技术方案的进一步阐述，所述的野外监测保护模块中的数据集成单元，留有USB接口，可通过在U盘内集成安装数据采集程序的方法，在传输单元故障的情况下，在现场进行数据采集。

与现有的技术相比，本发明的有益效果为：

1.该系统能够将传感光纤的冗余部分安装在其中野外监测保护模块的地面保护仓内，对传感光纤的地表部分进行有效保护。

2.该系统的野外监测保护模块能够实时采集、整理和传输光纤观测数据，避免因地下光纤断裂而导致数据缺失，保证光纤数据的采集质量，减少工作量，降低人工成本，提高的光纤观测孔的工程价值。

3.该系统的数据处理监控模块，能够与野外监测保护模块实时通信，获取野外监测保护模块的实时观测数据和运行情况，并进行数据处理。并且能够根据实际情况对野外监测保护模块进行操作和管理，提高了该系统的可靠性和使用寿命。

4.该系统通过野外监测保护模块和数据处理监控模块之间的联动实现了对于野外传感光纤的智能监测和保护。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统中野外监测保护模块的地面保护壳盖体侧视图。

图2为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统中野外监测保护模块的地面保护壳盖体俯视图。

图3为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统中野外监测保护模块的地面保护壳壳体示意图。

图4为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统中野外监测保护模块的地面保护壳的内部示意图。

图5为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统中野外监测保护模块的装配示意图。

图6为本发明为本发明的一个实施例的一种野外传感光纤的智能监测保护系统的单元模块示意图。

附图标记说明：1、太阳能板 2、盖体 3、外壳体 4、内壳体 5、天线6、传输单元 7、数据集成单元 8、智能监测单元 9、线路监测报警器 10、电瓶11、光纤安装槽。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，更详尽的描述本发明的优选实施方式和技术方案，但可以以各种形式实现本发明而不被这里阐述的实施方式所限制。并且提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，同时能够将本发明的技术方案完整地传达给本领域的从业人员。

如图6所示，本发明提供的本发明提供提供一种野外传感光纤的智能监测保护系统，该系统的技术方案和系统内容包括：野外监测保护模块和数据处理监控模块。

本发明中，数据处理监控模块由信号接受器和数据处理器组成。野外监测保护模块包括：地面保护仓，数据集成单元、智能监测单元和传输单元。

本发明中，信号接受器用于接收、识别和解译野外监测保护模块的信号，数据处理器对信号接受器中接收到野外监测保护模块的数据进行分析和储存。

本发明中，传输单元由外接信号传输装置和电源组成，用于和数据处理监控模块通信和为野外监测保护模块提供能源。

本发明中，线路单元，所述的线路单元由电线、网线和单元间连接线组成，起到连接野外监测保护模块各部分的功能。

本发明中，智能监测单元由光纤监测报警器、线路监测报警器和数据处理器组成，能够实时监测数据采集器、光纤和线路单元的运行情况。并通过线路单元和传输单元交互，实时的传输光纤观测数据和野外监测保护模块的运行情况，综合处理野外监测保护模块中的各项数据信息。

本发明中，数据集成单元由光纤数据采集器和数据储存器组成。能够实时采集光纤观测数据、储存光纤数据。

本发明中，传输单元采用双向端口，支持远程开启或关闭智能监测单元和数据集成单元，能够对智能监测单元进行参数变更和程序迭代。

如图1到图5所示，本发明提供的野外传感光纤的智能监测保护系统中的野外监测保护模块，在本实施例中该模块包括：

太阳能板1，太阳能板安装在野外监测保护模块上，与盖体2相连

盖体2，与太阳能板1相连，为其提供固定的装置，1与内壳体4相连构成密封结构

外壳体3，与内壳体4相连，形成密闭夹层，安放有传输单元、数据集成单元、智能监测单元、线路报警器。

内壳体4，与外壳体3和盖体2相连形成密闭空间，空间内有电瓶10，内表面有光纤安装槽11，

天线5，与传输单元6连接

传输单元6，与数据集成单元7、智能监测单元8、线路报警器9和电瓶10相互连接

电瓶10，与传输单元6、数据集成单元7、智能监测单元8和线路监测报警器9相连。

光纤安装槽11，用于安放冗余光纤。

在本实施例中，外层套筒长方体，内层套筒直径40cm，圆形翻盖直径65cm，圆形翻盖顶部装有太阳能电池板和定位装置。

具体的，外壳体3的形状材料可根据安装的环境的特性进行选择，尽量减少占地面积，在多灰尘、潮湿的地方外壳加装密封胶圈，选用耐腐蚀的不锈钢材料。

在本实施例中，蓄电池安放在内层套筒的内部，太阳能板子安放在翻盖的上表面，两者通过电线连接。外接信号传输装置包括：天线，信号传输器器(天线安装在外圈套筒的外表面，头朝向下方开口)信号传输器安装在天线对应的外圈套筒的内表面，两者通过信号传输线连接。信号传输器与电源通过电线连接，信号传输器通过仪器间连接线与智能监测单元连接。

具体的，在外圈壳体的外表面安装天线，在离地面30cm处往上有一个上面边长5cm的，高50cm的正方体柱，和外表面焊接在一起两者接触的地方是连通。

在本实施例中，内层壳体的内表面有螺纹，用于安装冗余光纤，且内层壳体留有线路接口。

具体的，螺纹之间间距为5cm，螺纹的齿高为3cm。

在本实施例中，线路排布在内层套筒外表面，信号接收装置安装在地面保护仓外层套筒的外表面；地面保护仓的外层留有线路接口，安装有信号接收装置。

在本实施例中，地面保护仓的套筒夹层处安装有湿度、温度监测装置。

在本实施例中，地面保护仓的套筒内层内表面附有柔性材料。

在本实施例中，数据集成单元上留有USB接口。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种野外传感光纤的智能监测保护系统，其特征在于，该系统包括：野外监测保护模块和数据处理监控模块；

其中野外监测保护模块包括：

地面保护仓，所述的地面保护仓内部安装有冗余光纤、数据集成单元、智能监测单元和线路单元：

传输单元，安装于地面保护仓上，通过传输单元和智能监测单元连接，所述的传输单元由外接信号传输装置和电源组成，其中外接信号传输装置安装在野外监测保护模块中地面保护仓的外表面，由天线和信号接收器组成，通过接受网络信号的方式实现与数据处理监控模块的实时通信，所述的电源由太阳能电池板和蓄电池组成，为野外监测保护模块提供电源；

线路单元，安装于地面保护仓中，与传输单元、数据集成单元和智能监测单元连接，起到连接野外监测保护模块各部分的功能；

数据集成单元，安装于地面保护仓之中，与光纤和线路单元连接，实时监测光纤数据并集成储存，所述数据集成单元由光纤数据采集器和数据储存器组成，通过线路单元与传输单元，智能监测单元交互，能够实时采集光纤观测数据、储存光纤数据；

智能监测单元，安装地面保护仓中，与冗余光纤、线路单元和数据集成单元连接，所述智能监测单元能够实时监测数据采集器、光纤和线路单元的运行情况，并通过线路单元和传输单元交互，实时的传输光纤观测数据和野外监测保护模块的运行情况，综合处理野外监测保护模块中的各项数据信息。

2.按照权利要求1所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的数据处理监控模块由信号接受器和数据处理器组成。

3.按照权利要求1所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中的线路单元由电线、网线和单元间连接线组成，安装于野外监测保护模块中地面保护仓外层套筒的内表面。

4.按照权利要求1所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中的智能监测单元为主要单元，设置在野外监测保护模块中地面保护仓的两个套筒之间，由光纤监测报警器、线路监测报警器和数据处理器组成。

5.按照权利要求1所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中的数据集成单元，设置在地面保护仓两个套筒之间的夹层中。

6.按照权利要求1所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中的地面保护仓为圆柱型密封仓状，由两个圆柱型组合成的套筒和圆形翻盖组成，内层套筒直径40cm，外层套筒直径60cm，圆柱体高80cm，圆形翻盖直径65cm。

7.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中地面保护仓的套筒内层有螺纹用于安放冗余光纤，夹层部分用于安放数据集成单元、线路单元和智能监测单元，内层壳体留有线路接口。

8.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于：所述的野外监测保护模块中地面保护仓的外层留有线路接口，安装有信号接收装置。

9.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于，所述的野外监测保护模块中地面保护仓的圆形翻盖顶部安装有太阳能电池板和定位装置。

10.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于，所述的野外监测保护模块中地面保护仓的套筒夹层处安装有湿度、温度监测装置。

11.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于，所述的野外监测保护模块中地面保护仓的套筒内层内表面附有柔性材料。

12.按照权利要求6所述的野外传感光纤智能监测保护系统，其特征在于，所述蓄电池安放在地面保护仓套筒内层中，线路排布在内层套筒外表面，信号接收器安装在地面保护仓外层套筒的外表面。

13.一种野外传感光纤的智能监测保护方法，基于权利要求1-12任一项所述的野外传感光纤的智能监测保护系统，其特征在于，该方法包括：

获取多组地面保护仓、数据集成单元、传输单元、智能监测单元、线路单元、传输单元和数据处理监控模块；

将多组地面保护仓，数据集成单元，传输单元，智能监测单元，线路单元组合成野外保护监测模块，将野外监测保护模块和数据处理监控模块组合为野外传感光纤的智能监测保护系统，将野外监测保护模块安装到野外传感光纤测试接口处。

14.根据权利要求13所述的野外传感光纤的智能监测保护方法，其特征在于，根据所述野外传感光纤所处的环境确定野外监测保护模块中地面保护仓的取材、电源类型、除湿装置和降温、升温装置。