CN115311805B - 一种综合多参数传感的消防安全系统及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种综合多参数传感的消防安全系统及信号处理方法，该系统中温度传感光纤中一段缠绕在加热体上，以使该温度传感光纤段构成三维形状；消防安全传感器对除温度外的其他参数进行测量，加热控制电路根据消防安全传感器测得的参数控制加热加热体，将其他参数转换为温度；测量光信号被传输给温度传感光纤后，将产生的散射光信号传输回信息处理分析装置；信息处理分析装置根据散射光信号进行三维温度传感，根据温度传感光纤沿线温度及其对应段的形状，确定消防安全传感器测量到的参数信息、温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件。本发明利用温度传感光纤可实现多参数远程并行传输，且可实现多参数区分。

Description

一种综合多参数传感的消防安全系统及信号处理方法

技术领域

本发明属于消防安全领域，具体涉及一种综合多参数传感的消防安全系统。

背景技术

在生产生活中，例如厂房和住户厨房等都属于安全隐患较大的场所，人们粗心大意做出操作错误会导致火灾，管道泄露等也会造成火灾。为了提高生产生活安全性，现有的消防安全系统通常设有温度传感器、气体传感器和烟雾传感器，气体传感器和烟雾传感器在进行远程信息传送时，通常需要配合路由器等将检测到的信息封装至WiFi信号中进行传送，这种方式需要配合使用价格相对较高的设备，因此远程信息传送成本较高。

发明内容

本发明提供一种综合多参数传感的消防安全系统及信号处理方法，以解决目前消防安全系统进行远程信息传送成本较高的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种综合多参数传感的消防安全系统，包括温度传感光纤、消防安全传感器、环形器和信息处理分析装置，所述消防安全传感器与加热控制电路连接，所述加热控制电路与加热体连接，所述温度传感光纤中一段缠绕在所述加热体上，以使该温度传感光纤段构成三维形状；所述消防安全传感器用于对消防安全中除温度外的其他参数进行测量，所述加热控制电路根据所述消防安全传感器测量到的参数信息控制加热该加热体，从而使缠绕在该加热体上温度传感光纤段测得的温度发生变化，将所述消防安全传感器测得的其他参数信息转换为温度信息；

测量光信号通过所述环形器被传输给所述温度传感光纤，所述温度传感光纤在接收到该测量光信号后，将产生的散射光信号后向传输回该环形器，所述散射光信号被该环形器传输至所述信息处理分析装置；

所述信息处理分析装置根据所述散射光信号进行三维温度传感，根据所述温度传感光纤沿线温度及其对应段的形状，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件。

在一种可选的实现方式中，缠绕在所述加热体上的所述温度传感光纤段反映出所述加热体的形状，所述消防安全传感器包括对不同参数进行测量的不同类型的传感器，针对每个传感器，其均与对应的加热控制电路连接，针对不同类型的传感器，其对应加热控制电路与不同形状的加热体连接。

在另一种可选的实现方式中，所述加热控制电路可以根据对应消防安全传感器测量到的参数信息，控制对应加热体的加热程度，使消防安全传感器测得的参数信息与加热体的温度相对应，从而使消防安全传感器测得的参数信息与温度传感光纤测得的温度变化量相对应；

所述加热控制电路在检测到对应消防安全传感器测得的参数值超过设定预警阈值时，表示该消防安全传感器测得的参数出现异常，此时控制加热对应加热体，直至缠绕在该加热体上的温度传感光纤段所测得的温度达到设定预警温度阈值，以便对参数异常进行预警。

在另一种可选的实现方式中，针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；所述信息处理分析装置以各条温度传感光纤的起始位置为起点，根据各条温度传感光纤反向传输回的散射光信号，分别进行三维温度传感。

在另一种可选的实现方式中，还包括用户监测终端，所述信息处理分析装置将用户对应消防安全传感器测量到的参数信息，所述用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件传送给对应用户监测终端；

和/或还包括消防集中监测终端，所述信息处理分析装置将各个用户对应消防安全传感器测量到的参数信息、各个用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件均传送给所述消防集中监测终端。

根据本发明实施例的第二方面，还提供一种上述综合多参数传感的消防安全系统的信号处理方法，所述信息处理分析装置按照以下步骤对所述散射光信号进行处理：

步骤S110、将所述散射光信号转换为散射电信号；

步骤S120、根据所述散射电信号进行三维温度传感；

步骤S130、根据所述温度传感光纤所反映出的形状以及沿线温度，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件。

在一种可选的实现方式中，针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；

所述步骤S120具体包括：

步骤S121、针对每条温度传感光纤，根据该温度传感光纤的沿线空间分辨率δ，确定该温度传感光纤沿线测得的离散温度数据的个数L表示该温度传感光纤段的总长度；

步骤S122、针对每两个相邻离散温度数据，采用插值法对该两个相邻离散温度数据进行连续化处理，从而获得该温度传感光纤段沿线的连续温度数据，并采用不同的颜色表示该温度传感光纤上连续温度数据；

步骤S123、确定各个用户在光纤网络中对应温度传感光纤的起始位置，针对每个用户对应的一条温度传感光纤，根据各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤上的起止位置，确定其各个温度传感光纤段是缠绕在加热体上，还是平铺在对应面上，若是缠绕在加热体上，则根据该温度传感光纤上各点的三维空间坐标建立三维温度感知结构，若是平铺在对应面上，则直接建立温度感知线，相邻两个三维温度感知结构之间通过温度感知线连接。

在另一种可选的实现方式中，在所述步骤S120之前，所述步骤S110之后，所述方法还包括：

按照以下公式，利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号p_E：

其中p表示由信息处理分析装置接收到的散射光信号转换成的散射电信号，F表示傅里叶正变换，F^-1表示傅里叶逆变换；通过调节K值，使p_E的脉宽比p的脉宽窄，由此来提高所述温度传感光纤的三维空间温度分辨率；所述处理后的散射电信号为：将相比于实际测量光信号脉宽较窄的理论测量光信号传输给该温度传感光纤后，由该温度传感光纤传输回该信息处理分析装置的散射光信号，转换形成的电信号。

在另一种可选的实现方式中，在利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号之后，所述步骤S120之前，还包括：利用累积平均法和编码脉冲算法对所述处理后的散射电信号进行降噪处理。

在另一种可选的实现方式中，所述步骤S130具体包括：

步骤S131、针对每个三维温度感知结构，首先确定在该三维温度感知结构两侧的温度感知线，计算出两条温度感知线在紧挨该三维温度感知结构的对应区域内的温度平均值，将该温度平均值作为该三维温度感知结构所处周围环境的温度；

步骤S132、判断该三维温度感知结构上的温度分布是否均匀，若均匀，则表示该三维温度感知结构未受到温度事件影响，执行步骤S133；否则，表示该三维温度感知结构受到温度事件影响，执行步骤S134；

步骤S133、判断该三维温度感知结构上的温度值是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则确定该三维温度感知结构受到周围环境温度和加热体温度共同影响，将该三维温度结构上的温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S134、判断该三维温度感知结构上的局部温度是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则将该三维温度感知结构上的最低温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S135、针对每个温度感知线，判断该温度感知线上是否存在温度突变，若存在，则表示该温度感知线所处区域受到温度事件影响，若不存在，则表示该温度感知线所处区域未受到温度事件影响。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用温度传感光纤对温度进行测量，沿线温度测量空间分辨率高且铺设简单、占用空间不大；利用消防安全传感器对除温度外的其他参数进行测量，在对消防安全传感器的信息进行远程传送时，是将其测得的参数信息转换为温度信息，通过温度传感光纤将转换成的温度信息传输至远程信息处理分析装置，由于本发明消防安全传感器并不是借助于价格较高的路由器等设备，通过无线网络将测得的参数信息发送给远程设备，而是直接借助于温度传感光纤进行参数信息远程传送，因此实现了多种消防安全测量参数的并行传送，远程信息传送的成本较低；另外，本发明将温度传感光纤缠绕在加热体上，使温度传感光纤构成三维结构，可以保证缠绕在加热体上的温度传感光纤段中至少有部分反映出消防安全传感器测得的参数，从而即便缠绕在加热体上的温度传感光纤段，同时受到加热体温度、周围环境温度和温度事件影响，也可以对此予以区分；

2、本发明在消防安全传感器包括多种不同类型的传感器时，使不同类型传感器对应的加热体的形状各不相同，由此在感知到三维温度后，可以根据缠绕在加热体上的温度传感光纤段的形状来区分传感器的类型，使多种消防安全传感器与温度传感光纤的测量信息并行远程传送，实现传送一体化；

3、在对大量用户进行消防安全集中监测时，本发明将各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置、每条温度传感光纤中各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置、以及每条温度传感光纤中各个加热体上缠绕的温度传感光纤段上各点的三维空间坐标预先存储在信息处理分析装置中，并以各条温度传感光纤的起始位置为起点，根据各条温度传感光纤反向传输回的散射光信号，分别进行三维温度传感，本发明安装调试过程不受其他用户温度传感光纤连通状态影响，维护时不受用户原温度传感光纤长度限制，因此调试和维护灵活度更高，并且输入测量光信号进行调试时安装人员一个人就可完成整个调试工作，并不需要远程人员协调作业，因而调试方式更加简单；

4、本发明通过设置用户监测终端，可以实现用户实时监测；通过设置消防集中监测终端，还可以实现大范围大基数用户消防安全信息快速集中实时监测；

5、本发明在进行温度三维传感时，采用插值法实现离散温度数据连续化，可以提高温度测量完整度，全面展示温度传感光纤的沿线温度；采用不同的颜色表示温度传感光纤上连续温度数据，可以方便直观识别不同温度，在消防安全中，可直观精确发现温度异常的部分，进而实现对火灾险情等的准确判断；

6、本发明反卷积算法利用所测温度迹线之间的联系，对实际测量光信号对应散射电信号进行处理，可以获得比实际散射电信号脉宽窄的散射电信号，也就是说，本发明利用反卷积算法对实际散射电信号进行处理，相当于改用了脉宽较窄的激光器提供测量光信号，因此在相同铺设范围内，即便本发明中温度传感光纤增长，也不会降低温度传感光纤的空间分辨率；

7、本发明将累积平均法和编码脉冲算法相结合，对经反卷积算法处理后的散射电信号进行降噪处理，可以得到更优的信噪比。

附图说明

图1是本发明综合多参数传感的消防安全系统的一个实施例结构示意图；

图2是在一个用户中温度传感光纤的埋设示意图；

图3是本发明测量光信号生成装置和信息处理分析装置的一个实施例结构示意图；

图4是本发明用户监测终端和消防集中监测终端上一个服务平台显示页面实施例；

图5是本发明缠绕在加热体上温度传感光纤段的一个三维温度感知结构实施例；

图6是本发明实际测量光信号和经反卷积算法处理后的理论测量光信号对应散射电信号的脉宽示意图；

图7是本发明信噪比提升算法示意图；

图8是本发明智能服务平台的监控示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明综合多参数传感的消防安全系统的一个实施例结构示意图。该综合多参数传感的消防安全系统可以包括温度传感光纤、消防安全传感器、环形器和信息处理分析装置，所述消防安全传感器与加热控制电路连接，所述加热控制电路与加热体连接，所述温度传感光纤中一段缠绕在所述加热体上，以使该温度传感光纤段构成三维形状；所述消防安全传感器用于对消防安全中除温度外的其他参数进行测量，所述加热控制电路根据所述消防安全传感器测量到的参数信息控制加热该加热体，从而使缠绕在该加热体上温度传感光纤段测得的温度发生变化，将所述消防安全传感器测得的其他参数信息转换为温度信息；测量光信号通过所述环形器被传输给所述温度传感光纤，所述温度传感光纤在接收到该测量光信号后，将产生的散射光信号后向传输回该环形器，所述散射光信号被该环形器传输至所述信息处理分析装置；所述信息处理分析装置根据所述散射光信号进行三维温度传感，根据所述温度传感光纤所反映出的形状以及沿线温度，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及温度事件。

本实施例中，缠绕在所述加热体上的所述温度传感光纤段可以反映出所述加热体的形状，所述消防安全传感器可以包括对不同参数进行测量的不同类型的传感器，针对每个传感器，其均与对应的加热控制电路连接，针对不同类型的传感器，其对应加热控制电路与不同形状的加热体连接。本发明在消防安全传感器包括多种不同类型的传感器时，使不同类型传感器对应的加热体的形状各不相同，由此在感知到三维温度后，可以根据缠绕在加热体上的温度传感光纤段的形状来区分传感器的类型，使多种消防安全传感器与温度传感光纤的测量信息并行远程传送，实现传送一体化。其中，所述消防安全传感器可以为点式传感器，包括气体传感器和烟雾传感器，气体传感器用于检测各种易燃易爆气体(例如甲烷等)和有毒有害气体(例如一氧化碳等)的浓度，烟雾传感器用于监测烟雾和湿度信息。气体传感器主要架设在天然气入户管道、天然气表、天然气灶、厨房偏上部分等易有危险火源，易发生气体泄漏的地方，一般在房屋建成之初或者旧房屋改造时就将本发明消防安全系统整体埋入。在一个用户中温度传感光纤的埋设示例如图2所示。

参见图3，为本发明测量光信号生成装置和信息处理分析装置的一个实施例结构示意图。所述测量光信号生成装置可以包括依次连接的激光器、声光调制器和光放大器，声光调制器在驱动器的驱动下，对激光器产生的激光信号进行声光调制，生成脉冲形式的测量光信号，光放大器对该测量光信号进行放大，放大后的测量光信号通过该环形器被传输给温度传感光纤。所述信息处理分析装置可以包括波分复用器、第一雪崩二极管、第二雪崩二极管、数据采集卡和处理器，所述散射光信号被该环形器传输给波分复用器，所述波分复用器将该散射光信号分成两路，一路通过第一雪崩二极管传输给数据采集卡的第一输入端，另一路通过第二雪崩二极管传输给数据采集卡的第二输入端，所述第一雪崩二极管和第二雪崩二极管分别将对应一路散射光信号转换为模拟电信号，所述数据采集卡将两路模拟电信号转换成数字形式的散射电信号后，将该散射电信号传输给所述处理器；所述处理器根据所述散射电信号进行三维温度传感，根据所述温度传感光纤沿线温度及其对应段的形状，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件。

需要注意的是：该温度传感光纤可以是分布式传感光纤，该散射光信号可以为拉曼散射光信号，提供测量光信号的激光器可以为窄线宽激光器，因为窄线宽激光色散效应较弱，能保证短脉冲激光在光纤中长距离传播后脉宽不明显展宽，保障长距离分布式温度传感的空间分辨率。光放大器可以为高增益的掺铒光纤放大器，因为高增益的掺铒光纤放大器能放大重复频率更高的周期脉冲光，降低测温时间。温度传感光纤可以为多模光纤，因为多模光纤受激拉曼散射阈值较高，允许高峰值功率脉冲激光输入，得到的有用信号功率更高，保障温度迹线的信噪比。雪崩二极管可以为高带宽的雪崩光电二极管，因为带宽越大，可用于反卷积算法的温度迹线高频信息越多，还原出的温度迹线在提高空间分辨率的同时，保障温度迹线的信噪比。信息处理分析装置中可以设置多个计算模块并行计算，提升计算效率，从而实现温度的实时探测。

为了实现各户消防安全集中监测，通常需要建立光纤网络，将每个用户对应设置的温度传感光纤依次相连。由于每个消防安全传感器对应加热体上的温度传感光纤段在光纤网络中都存在对应的起止位置，对于消防安全传感器，若直接根据光纤段在光纤网络中的起止位置，来确定消防安全传感器对应的温度传感光纤段，那么在现场安装调试时，当前用户与激光器(其用于提供测量光信号)之间各个用户的温度传感光纤必须处于连通状态，这样调试加热加热体后，信息处理分析装置才能根据温度传感光纤反向传输回的散射光信号，确定加热体上温度传感光纤段的起止位置。由于在安装调试时对当前用户与激光器之间各个用户温度传感光纤的连通状态有要求，因此直接利用光纤段在光纤网络中的起始来表征消防安全传感器对应的温度传感光纤段，会使安装调试灵活度较差，并且调试过程需要远程激光器配合完成，使得调试方式也比较复杂。

此外，在当前用户与激光器之间任意一个用户的温度传感光纤长度发生变化时，对应地当前用户加热体上的温度传感光纤段，在整个光纤网络中的起止位置也会发生变化，因而此时需要对消防安全传感器进行重新调试，以使信息处理分析装置重新获取当前用户对应加热体上温度传感光纤段的起止位置。为了避免出现反复调试的情况，维护时要求各个用户温度传感光纤的长度保持不变，但这对维护人员提出了较高的铺设要求，降低了铺设灵活度。可见，当针对大范围大量用户铺设温度传感光纤时，若直接利用光纤段在光纤网络中的起始位置来表征消防安全传感器对应的温度传感光纤段，会导致安装调试和维护灵活度较低，且调试方式比较复杂。

为此，本发明针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；所述信息处理分析装置以各条温度传感光纤的起始位置为起点，根据各条温度传感光纤反向传输回的散射光信号，分别进行三维温度传感。

如此，安装人员在安装调试，并不需要管理人员协远程助提供激光信号，而是可以将测量光信号直接从当前用户对应温度传感光纤的起始位置处输入，此后安装人员依次加热当前用户对应的各个加热体，每加热一个加热体，就利用调试用信息处理分析装置，根据当前用户温度传感光纤反向传输回的散射光信号，对该加热体上缠绕的温度传感光纤段，在当前用户温度传感光纤上的起止位置进行存储，并以缠绕在该加热体上的温度传感光纤段的一端(起始位置或终止位置)为原点，对缠绕在该加热体上的温度传感光纤段进行定标，获得该温度传感光纤段沿线各点的三维空间位置坐标。此后，安装人员将当前用户温度传感光纤的长度输入至测试装置中，测试装置会根据当前用户温度传感光纤的长度，更新各个用户对应温度传感光纤在光纤网络中的起止位置。安装人员通过测试装置将各个用户对应温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标传送给信息处理分析装置。这样在实际运用中，信息处理分析装置可以根据温度传感光纤在光纤网络中的起始位置，确定其所属用户，根据温度传感光纤段在当前用户温度传感光纤上的起止位置以及三维形状，可以确定该温度传感光纤段是否对应于消防安全传感器，以及该消防安全传感器的类型。

从上述描述可以看出，在对大量用户进行消防安全集中监测时，本发明将各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置、每条温度传感光纤中各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置、以及每条温度传感光纤中各个加热体上缠绕的温度传感光纤段上各点的三维空间坐标预先存储在信息处理分析装置中，并以各条温度传感光纤的起始位置为起点，根据各条温度传感光纤反向传输回的散射光信号，分别进行三维温度传感，本发明安装调试过程不受其他用户温度传感光纤连通状态影响，维护时不受用户原温度传感光纤长度限制，因此调试和维护灵活度更高，并且输入测量光信号进行调试时安装人员一个人就可完成整个调试工作，并不需要远程人员协调作业，因而调试方式更加简单。

其中，所述加热控制电路可以根据对应消防安全传感器测量到的参数信息，控制对应加热体的加热程度，使消防安全传感器测得的参数信息与加热体的温度相对应，从而使消防安全传感器测得的参数信息与温度传感光纤测得的温度变化量相对应。所述加热控制电路在检测到对应消防安全传感器测得的参数值超过设定预警阈值时，表示该消防安全传感器测得的参数出现异常，此时控制加热对应加热体，直至缠绕在该加热体上的温度传感光纤段所测得的温度达到设定预警温度阈值，以便对参数异常进行预警。此外，针对每条温度传感光纤中除缠绕在加热体上之外的其他温度传感光纤段，该温度传感光纤段测得的温度可能受到周围环境温度和温度事件共同影响，用于检测可能引发危险的温度事件(如火星等)。针对每条温度传感光纤中缠绕在加热体上的温度传感光纤段，该温度传感光纤段的温度可能受到周围环境温度、温度事件和加热体温度共同影响。

所述信息处理分析装置在根据所述散射光信号进行三维温度传感时，首先将散射光信号转换为可处理的散射电信号，然后基于散射电信号进行三维温度传感：确定各个用户在光纤网络中对应温度传感光纤的起始位置，针对每个用户对应的一条温度传感光纤，根据各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤上的起止位置，确定各个温度传感光纤段是缠绕在加热体上，还是平铺在对应面上，若是缠绕在加热体上，则根据该温度传感光纤上各点的三维空间坐标建立三维温度感知结构，若是平铺在对应面上，则直接建立温度感知线，相邻两个三维温度感知结构之间通过温度感知线连接。

对于消防安全传感器对应的温度传感光纤段，若直接将温度传感光纤段平铺在加热体上，那么在加热体温度和温度事件同时作用于该温度传感光纤段时，无法区分该温度传感光纤段上的温度信息是由消防安全传感器测得的参数信息转换而来的，还是温度事件引起的温度突变；而将消防安全传感器对应的温度传感光纤段缠绕在对应加热体上时，即便出现温度事件，该温度事件通常也只会作用于该温度传感光纤段的局部，不会环绕360度包裹作用于整个该温度传感光纤段。因此，本发明将温度传感光纤缠绕在加热体上，可以保证缠绕在加热体上的温度传感光纤段中至少有部分反映出消防安全传感器测得的参数，从而即便缠绕在加热体上的温度传感光纤段的温度，同时受到消防安全传感器测得参数信息转换而来的温度和温度事件的影响，也可以予以区分。

具体地，所述信息处理分析装置在根据所述温度传感光纤沿线温度及其对应段的形状，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件时，针对每个三维温度感知结构，首先确定在该三维温度感知结构两侧的温度感知线，计算出两条温度感知线在紧挨该三维温度感知结构的对应区域(其可以为温度感知线上除温度突变外的区域)内的温度平均值，将该温度平均值作为该三维温度感知结构所处周围环境的温度；判断该三维温度感知结构上的温度分布是否均匀，若均匀，则表示该三维温度感知结构未受到温度事件影响，此时若该三维温度感知结构上的温度值等于其周围环境温度，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若该三维温度感知结构上的温度不等于其周围环境温度，则确定该三维温度感知结构受到周围环境温度和加热体温度共同影响，将该三维温度结构上的温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息。若该三维温度感知结构上的温度分布不均匀，则表示该三维温度感知结构受到温度事件影响，此时若该三维温度感知结构上的局部温度等于其周围环境温度，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若该三维温度感知结构上的温度不等于其周围环境温度，则将该三维温度感知结构上的最低温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息。此外，所述信息处理分析装置针对每个温度感知线，判断该温度感知线上是否存在温度突变，若存在，则表示该温度感知线所处区域受到温度事件影响，若不存在，则表示该温度感知线所处区域未受到温度事件影响。

本发明综合多参数传感的消防安全系统还可以包括用户监测终端，所述信息处理分析装置将用户对应消防安全传感器测量到的参数信息、所述用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件传送给对应用户监测终端；和/或还包括消防集中监测终端，所述信息处理分析装置将各个用户对应消防安全传感器测量到的参数信息、各个用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件均传送给所述消防集中监测终端。本发明通过设置用户监测终端，可以实现用户实时监测；通过设置消防集中监测终端，还可以实现大范围大基数用户消防安全信息快速集中实时监测。在消防安全传感器测得的其他参数和温度传感光纤测得的周围环境温度出现异常时，可以通过用户监测终端和消防集中监测终端进行实时预警。其中，用户监测终端和消防集中监测终端上服务平台显示页面可以如图4所示，信息处理分析装置可以通过5G等无线网络，将所述消防安全传感器测量到的参数信息，以及所述用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值传送给该用户监测终端和/或消防集中监测终端。

由上述实施例可见，本发明利用温度传感光纤对温度进行测量，沿线温度测量空间分辨率高且铺设简单、占用空间不大；利用消防安全传感器对除温度外的其他参数进行测量，在对消防安全传感器的信息进行远程传送时，是将其测得的参数信息转换为温度信息，通过温度传感光纤将转换成的温度信息传输至远程信息处理分析装置，由于本发明消防安全传感器并不是借助于价格较高的路由器等设备，通过无线网络将测得的参数信息发送给远程设备，而是直接借助于温度传感光纤进行参数信息远程传送，因此实现了多种消防安全测量参数的并行传送，远程信息传送的成本较低；另外，本发明将温度传感光纤缠绕在加热体上，使温度传感光纤构成三维结构，可以保证缠绕在加热体上的温度传感光纤段中至少有部分反映出消防安全传感器测得的参数，从而即便缠绕在加热体上的温度传感光纤段，同时受到加热体温度、周围环境温度和温度事件影响，也可以对此予以区分。

另外，本发明还提供一种上述综合多参数传感的消防安全系统的信号处理方法，所述信息处理分析装置按照以下步骤对所述散射光信号进行处理：

步骤S110、将所述散射光信号转换为散射电信号；

步骤S120、根据所述散射电信号进行三维温度传感；

步骤S130、根据所述温度传感光纤所反映出的形状以及沿线温度，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件。

其中，针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；所述步骤S120可以具体包括：

步骤S121、针对每条温度传感光纤，根据该温度传感光纤的沿线空间分辨率δ，确定该温度传感光纤沿线测得的离散温度数据的个数L表示该温度传感光纤段的总长度；其中相邻两个离散温度数据之间可以视为一条直线，温度数据均匀分布在该条直线上。

步骤S122、由于温度数据是连续分布的，自然界之间不存在温度不连续的情况，因此针对每两个相邻离散温度数据，可以采用插值法对该两个相邻离散温度数据进行连续化处理，从而获得该温度传感光纤沿线的连续温度数据，并采用不同的颜色表示该温度传感光纤上连续温度数据，以便直观识别不同温度。本发明在进行温度三维传感时，采用插值法实现离散温度数据连续化，可以提高温度测量完整度，全面展示温度传感光纤的沿线温度；采用不同的颜色表示温度传感光纤上连续温度数据，可以方便直观识别不同温度，在消防安全中，可直观精确发现温度异常的部分，进而实现对火灾险情等的准确判断。

步骤S123、确定各个用户在光纤网络中对应温度传感光纤的起始位置，针对每个用户对应的一条温度传感光纤，根据其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤上的起止位置，确定各个温度传感光纤段是缠绕在加热体上，还是平铺在对应面上，若是缠绕在加热体上，则根据该温度传感光纤上各点的三维空间坐标建立三维温度感知结构，若是平铺在对应面上，则直接建立温度感知线，相邻两个三维温度感知结构之间通过温度感知线连接；每条温度传感光纤中除缠绕在加热体上的温度传感光纤段外，其他温度传感光纤段均平铺在对应面上。缠绕在一个加热体上温度传感光纤段的三维温度感知结构可以如图5所示。

其中，所述三维空间坐标可以按照以下步骤获取：选择缠绕在该加热体上的温度传感光纤段的一端点(可以为起始端，也可以为终止端)作为原点，对缠绕在该加热体上的温度传感光纤段进行定标，获得该温度传感光纤段沿线各点的三维空间位置坐标：Li＝f(x,y,z)，其中Li表示温度传感光纤段沿线各点与原点之间的沿线距离，其大于或者等于0且小于或者等于L，L表示该温度传感光纤段的总长度。构建光纤上各点三维空间位置坐标的方法属于常规技术，因而在此不再赘述。

虽然本发明利用温度传感光纤可以实现多种消防安全参数远程传输，但是当输入至温度传感光纤的测量光信号脉宽固定时，温度传感光纤上距离激光器越远的地方，其空间分辨率越低。由于本发明需要将温度传感光纤缠绕在加热体上，因此在相同铺设范围内，本发明所使用的温度传感光纤更长，对应地温度传感光纤上距离激光器较远部分的空间分辨率可能无法满足设计需求，造成微小温度事件(如小火星)的分辨能力不足。温度传感光纤的空间分辨率不仅受限于温度传感光纤的长度，还受限于测量光信号的脉宽，脉宽越窄，其空间分辨率越高，但是若改用脉宽较窄的激光器，又会增加温度传感系统的搭建成本。在将温度传感光纤缠绕在加热体上，增加温度传感光纤长度，但又不改用脉宽较窄的激光器，不增加温度传感系统的搭建成本时，为了不降低温度传感光纤的空间分辨率，本发明在所述步骤S120之前，所述步骤S110之后，还可以包括：

按照以下公式，利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号p_E：

其中p表示由信息处理分析装置接收到的散射光信号转换成的散射电信号，F表示傅里叶正变换，F^-1表示傅里叶逆变换；通过调节K值，使p_E的脉宽比p的脉宽窄，由此来提高所述温度传感光纤的三维空间温度分辨率。如图6所示，左图为实际测量光信号对应散射电信号的脉宽，右图为通过调节K值后，得到的理论测量光信号对应散射电信号的脉宽。其中，所述处理后的散射电信号可以为：将相比于实际测量光信号脉宽较窄的理论测量光信号传输给该温度传感光纤后，由该温度传感光纤传输回该信息处理分析装置的散射光信号，转换形成的电信号。本发明反卷积算法利用所测温度迹线之间的联系，对实际测量光信号对应散射电信号进行处理，可以获得比实际散射电信号脉宽窄的散射电信号，也就是说，本发明利用反卷积算法对实际散射电信号进行处理，相当于改用了脉宽较窄的激光器提供测量光信号，因此在相同铺设范围内，即便本发明中温度传感光纤增长，也不会降低温度传感光纤的空间分辨率。

另外，上述反卷积算法相当于引入了窄脉宽激光器，这会引出信噪比差、低温测量精度较低的问题，为此本发明在利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号之后，所述步骤S120之前，还可以包括：利用累积平均法和编码脉冲算法对所述处理后的散射电信号进行降噪处理。如图7所示，累积平均法可以提高倍的信噪比，N为累加次数；编码脉冲算法按编码控制脉冲有无，对一组脉冲的光信号迹线采样，进而解调出单个脉冲的光信号迹线，提高/>倍的信噪比，L为编码阶数。对于不同的降噪处理方法，其信噪比提升效果往往存在上限，且不同降噪方法组合效果不同，本发明将累积平均法和编码脉冲算法相结合，对经反卷积算法处理后的散射电信号进行降噪处理，可以得到更优的信噪比。本发明散射电信号经反卷积算法和信噪比算法处理后可实现0.5m的空间分辨率，相比于现有温度传感光纤大于1m的空间分辨率，显然空间分辨率反而得到了提高。此外，温度传感光纤段可以缠绕在加热体(例如可以为加热管)的曲面，如此可测得的两个相邻离散温度数据在实际空间中的直线距离更短，因而可以进一步提高温度传感光纤的空间分辨率。

另外，本发明步骤S130具体可以包括：

步骤S131、针对每个三维温度感知结构，首先确定在该三维温度感知结构两侧的温度感知线，计算出两条温度感知线在紧挨该三维温度感知结构的对应区域(其可以为温度感知线上除温度突变外的区域)内的温度平均值，将该温度平均值作为该三维温度感知结构所处周围环境的温度；

步骤S132、判断该三维温度感知结构上的温度分布是否均匀，若均匀，则表示该三维温度感知结构未受到温度事件影响，执行步骤S133；否则，表示该三维温度感知结构受到温度事件影响，执行步骤S134；

步骤S133、判断该三维温度感知结构上的温度值是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则确定该三维温度感知结构受到周围环境温度和加热体温度共同影响，将该三维温度结构上的温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S134、判断该三维温度感知结构上的局部温度是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则将该三维温度感知结构上的最低温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S135、针对每个温度感知线，判断该温度感知线上是否存在温度突变，若存在，则表示该温度感知线所处区域受到温度事件影响，若不存在，则表示该温度感知线所处区域未受到温度事件影响。

另外，本发明还可以对应设置摄像头，从而从触觉(温度传感)、嗅觉(气体烟雾传感)、视觉等多维感知，多维监测，从不同的角度判断厨房环境的安全性，相比于市面上消防安全相关的多为单个器件，只采集一种信息，本系统所得信息更加全面，更有说服力，判断更加准确，用户层面上信任度也更高。本发明还提供智能服务平台，将用户的厨房与互联网连接起来，智能化识别、监控及管理，使各种安全隐患信息直观准确地展现在眼前，提供安全问题解决方案，平台操作便捷不呆板，信息完备，能真正实现消防安全的网络智能服务，如图8所示。

在一个例子中，首先，总机电脑作为上位机，控制激光器、掺铒光纤放大器、信号发生卡、数据采集卡和气体传感系统工作。控制激光器发生功率为14dBm的直流激光；控制信号发生卡调制重复频率10kHz，脉宽14ns的周期方波信号；控制掺铒光纤放大器泵浦电流为650mA；控制信号控制数据采集卡以2.5GHz采样频率、外部触发模式工作。气体传感与烟雾报警器如若报警，则通过小型控制电路，加热金属丝，使得特定光纤段升温。

声光调制器驱动接收到信号发生卡的周期方波信号后，调制相应的周期光脉冲。激光器发出的直流激光受声光调制器调制成周期光脉冲，周期光脉冲经掺铒光纤放大器放大，经由波分复用器进入传感光纤，传感光纤中的散射光由波分复用器进入雪崩光电二极管。雪崩光电二极管将光信号转换成电信号，由数据采集卡采集，并由电脑进行累加平均、温度解调、边缘模糊、反卷积运算。电脑最终将相关报警信息进行用户信息登记，并反馈至户主、物管与消防部门。待消防部门核实后，对相关信息进行确定或消除。

由上述实施例可见，本发明利用温度传感光纤对温度进行测量，沿线温度测量空间分辨率高且铺设简单、占用空间不大；利用消防安全传感器对除温度外的其他参数进行测量，在对消防安全传感器的信息进行远程传送时，是将其测得的参数信息转换为温度信息，通过温度传感光纤将转换成的温度信息传输至远程信息处理分析装置，由于本发明消防安全传感器并不是借助于价格较高的路由器等设备，通过无线网络将测得的参数信息发送给远程设备，而是直接借助于温度传感光纤进行参数信息远程传送，因此实现了多种消防安全测量参数的并行传送，远程信息传送的成本较低；另外，本发明将温度传感光纤缠绕在加热体上，使温度传感光纤构成三维结构，可以保证缠绕在加热体上的温度传感光纤段中至少有部分反映出消防安全传感器测得的参数，从而即便缠绕在加热体上的温度传感光纤段，同时受到加热体温度、周围环境温度和温度事件影响，也可以对此予以区分。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。

Claims (8)

1.一种综合多参数传感的消防安全系统的信号处理方法，其特征在于，所述综合多参数传感的消防安全系统包括温度传感光纤、消防安全传感器、环形器和信息处理分析装置，所述消防安全传感器与加热控制电路连接，所述加热控制电路与加热体连接，所述温度传感光纤中一段缠绕在所述加热体上，以使该温度传感光纤段构成三维形状；所述消防安全传感器用于对消防安全中除温度外的其他参数进行测量，所述加热控制电路根据所述消防安全传感器测量到的参数信息控制加热该加热体，从而使缠绕在该加热体上温度传感光纤段测得的温度发生变化，将所述消防安全传感器测得的其他参数信息转换为温度信息；测量光信号通过所述环形器被传输给所述温度传感光纤，所述温度传感光纤在接收到该测量光信号后，将产生的散射光信号后向传输回该环形器，所述散射光信号被该环形器传输至所述信息处理分析装置；

所述信息处理分析装置按照以下步骤对所述散射光信号进行处理：

步骤S110、将所述散射光信号转换为散射电信号；

步骤S120、根据所述散射电信号进行三维温度传感；

步骤S130、根据所述温度传感光纤所反映出的形状以及沿线温度，确定所述消防安全传感器测量到的参数信息、所述温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度以及引发危险的温度事件；在所述步骤S120之前，所述步骤S110之后，所述方法还包括：

按照以下公式，利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号p_E：

其中p表示由信息处理分析装置接收到的散射光信号转换成的散射电信号，F表示傅里叶正变换，F^-1表示傅里叶逆变换；通过调节K值，使p_E的脉宽比p的脉宽窄，由此来提高所述温度传感光纤的三维空间温度分辨率；所述处理后的散射电信号为：将相比于实际测量光信号脉宽较窄的理论测量光信号传输给该温度传感光纤后，由该温度传感光纤传输回该信息处理分析装置的散射光信号，转换形成的电信号；利用所述反卷积算法对实际散射电信号进行处理，相当于改用了脉宽较窄的激光器提供测量光信号。

2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，缠绕在所述加热体上的所述温度传感光纤段反映出所述加热体的形状，所述消防安全传感器包括对不同参数进行测量的不同类型的传感器，针对每个传感器，其均与对应的加热控制电路连接，针对不同类型的传感器，其对应加热控制电路与不同形状的加热体连接。

3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述加热控制电路根据对应消防安全传感器测量到的参数信息，控制对应加热体的加热程度，使消防安全传感器测得的参数信息与加热体的温度相对应，从而使消防安全传感器测得的参数信息与温度传感光纤测得的温度变化量相对应；

所述加热控制电路在检测到对应消防安全传感器测得的参数值超过设定预警阈值时，表示该消防安全传感器测得的参数出现异常，此时控制加热对应加热体，直至缠绕在该加热体上的温度传感光纤段所测得的温度达到设定预警温度阈值，以便对参数异常进行预警。

4.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；所述信息处理分析装置以各条温度传感光纤的起始位置为起点，根据各条温度传感光纤反向传输回的散射光信号，分别进行三维温度传感。

5.根据权利要求4所述的信号处理方法，其特征在于，所述综合多参数传感的消防安全系统还包括用户监测终端，所述信息处理分析装置将用户对应消防安全传感器测量到的参数信息，所述用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件传送给对应用户监测终端；

和/或所述综合多参数传感的消防安全系统还包括消防集中监测终端，所述信息处理分析装置将各个用户对应消防安全传感器测量到的参数信息、各个用户对应温度传感光纤沿线检测到的周围环境温度值和温度事件均传送给所述消防集中监测终端。

6.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，针对每个用户分别设置一条温度传感光纤，将各条温度传感光纤依次相连，构成光纤网络，所述信息处理分析装置在本地存储有各条温度传感光纤在该光纤网络中的起始位置，针对每条温度传感光纤，其各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤中的起止位置以及缠绕在其加热体上的温度传感光纤段各点的三维空间坐标，其中温度传感光纤上的温度传感光纤段分为缠绕在其加热体上的温度传感光纤段以及未缠绕在其加热体上的温度传感光纤段；

所述步骤S120具体包括：

步骤S121、针对每条温度传感光纤，根据该温度传感光纤的沿线空间分辨率δ，确定该温度传感光纤沿线测得的离散温度数据的个数L表示该温度传感光纤段的总长度；

步骤S122、针对每两个相邻离散温度数据，采用插值法对该两个相邻离散温度数据进行连续化处理，从而获得该温度传感光纤段沿线的连续温度数据，并采用不同的颜色表示该温度传感光纤上连续温度数据；

步骤S123、确定各个用户在光纤网络中对应温度传感光纤的起始位置，针对每个用户对应的一条温度传感光纤，根据各个温度传感光纤段在该条温度传感光纤上的起止位置，确定其各个温度传感光纤段是缠绕在加热体上，还是平铺在对应面上，若是缠绕在加热体上，则根据该温度传感光纤上各点的三维空间坐标建立三维温度感知结构，若是平铺在对应面上，则直接建立温度感知线，相邻两个三维温度感知结构之间通过温度感知线连接。

7.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，在利用反卷积算法对所述散射电信号进行处理，获得处理后的散射电信号之后，所述步骤S120之前，还包括：利用累积平均法和编码脉冲算法对所述处理后的散射电信号进行降噪处理。

8.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述步骤S130具体包括：

步骤S131、针对每个三维温度感知结构，首先确定在该三维温度感知结构两侧的温度感知线，计算出两条温度感知线在紧挨该三维温度感知结构的对应区域内的温度平均值，将该温度平均值作为该三维温度感知结构所处周围环境的温度；

步骤S132、判断该三维温度感知结构上的温度分布是否均匀，若均匀，则表示该三维温度感知结构未受到温度事件影响，执行步骤S133；否则，表示该三维温度感知结构受到温度事件影响，执行步骤S134；

步骤S133、判断该三维温度感知结构上的温度值是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则确定该三维温度感知结构受到周围环境温度和加热体温度共同影响，将该三维温度结构上的温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S134、判断该三维温度感知结构上的局部温度是否等于其周围环境温度，若等于，则确定该三维温度感知结构并未受到加热体温度影响，若不等于，则将该三维温度感知结构上的最低温度减去其周围环境温度，得到加热体温度，进而从本地查找出与该加热体温度对应的消防安全传感器的参数信息；

步骤S135、针对每个温度感知线，判断该温度感知线上是否存在温度突变，若存在，则表示该温度感知线所处区域受到温度事件影响，若不存在，则表示该温度感知线所处区域未受到温度事件影响。