CN115435888A - 一种集成线缆及围栏探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成线缆及围栏探测系统，该集成线缆包括：信号采集线缆总线和设置在该信号采集线缆总线上的振动感应模块，该信号采集线缆总线包括控制线和信号线；该振动感应模块包括：信号转换芯片、MEMS加速度传感器和电阻；其中，电阻串联在控制线上，MEMS加速度传感器电连接至信号转换芯片，信号转换芯片还分别电连接至控制线、信号线。该围栏探测系统包括：系统信号处理器、以及电连接至该系统信号处理器的该集成线缆，系统信号处理器通过信号采集线缆总线采集振动感应模块的探测信号。由此，本发明提供一种集成线缆及围栏探测系统，能够准确地对振源进行定位，稳定、抗噪、低成本。

Description

一种集成线缆及围栏探测系统

技术领域

本发明涉及电力安防技术领域，具体涉及一种集成线缆及围栏探测系统。

背景技术

振动电缆是一种周界报警探测器，主要用于建筑设施周围的围栏，起到探测器攀爬或者破坏围栏实现入侵报警的作用。

传统的振动电缆采用压敏感应电缆或者等电容电缆作为传感器，来获取围栏振动带动电缆形变产生的电信号实现振动探测。此类探测器由于整根电缆(100米以上)都是探测源(即无限个信号源)，容易产生背景噪音叠加引起误报；也因此不能准确定位(或者根本无法定位)振动源位置，这样在复杂应用现场只能通过增加设备实现更多的防区划分。

另外，此类传感器会因为温度的变化(周界基本用于户外，气温变化大) 或者绑扎方式的问题影响到电信号的变送，因此要进行复杂的自我校准，否则容易产生失真信号。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种稳定工作且能对振源定位的、含集成线缆的围栏探测系统。

首先，本发明提供一种集成线缆，其包括：信号采集线缆总线和设置在所述信号采集线缆总线上的一个或多个振动感应模块，其中，

所述信号采集线缆总线包括控制线和信号线；

所述振动感应模块包括：信号转换芯片、MEMS加速度传感器和电阻；其中，所述电阻串联在所述控制线上，所述MEMS加速度传感器电连接至所述信号转换芯片，所述信号转换芯片还分别电连接至所述控制线、所述信号线。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述MEMS加速度传感器为3轴MEMS加速度传感器。

优选地，所述信号转换芯片为振动信号转换微处理器。

优选地，多个振动感应模块按固定距离、等间隔设置在所述信号采集线缆总线上。

在此基础上，本发明提供一种围栏探测系统，其包括：系统信号处理器、以及电连接至所述系统信号处理器的、上述的集成线缆，所述系统信号处理器通过所述信号采集线缆总线采集所述振动感应模块的探测信号。

优选地，工作初始化后，每个信号转换芯片均对所述控制线和所述信息线分别输出高电平，所述MEMS加速度传感器将振动信号转换成电信号，由所述信号转换芯片采集并进行处理；所述信号转换芯片根据振动幅度和频率信号或振动强度结果，每隔一设定时间统计一个平均振动强度值；所述信号转换芯片还实时检测所述控制线的电平，当检测到高电平时，立即输出低电平，同时向所述信号线输出脉冲，结束后立即恢复所述控制线和所述信号线的高电平输出。

优选地，所述系统信号处理器通过计数所述信号线的脉冲数得到振动强度信息；进一步优选地，所述系统信号处理器将振动脉冲数最高的位置定义为震源中心，并计算所述震源中心附近2-3个模块的脉冲数在所述震源中心附近5-10个模块的脉冲总数中的占比。

优选地，所述系统信号处理器检测所述控制线上的电压值，来识别脉冲的不同来源。

优选地，本发明的围栏探测系统还包括电连接至所述系统信号处理器的报警模块。

与现有技术相比，本发明具有如下技术特征：

(1)由于采用了基于MEMS技术的3轴加速度传感器，因此能保障探测器适应各种温度变化(多数市场上的MEMS芯片都集成了温度检测和测量自动补偿功能)，实现长期稳定的测量；

(2)总线上的多个模块独立探测振动，而系统处理器可以区分每个感应模块的信号，消除了传统振动电缆上百米感应线缆上的背景噪音叠加；

(3)由于实现的振源定位，所有一套系统(上百米长度周界)可以划分多个独立防区，可以明显降低系统建设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的围栏探测系统的结构示意图；

图2为本发明的围栏探测系统的工作流程图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1-系统信号处理器；2-控制线；3-信号线；4-信号转换芯片；

5-MEMS加速度传感器；6-电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参照图1所示，其为本发明的围栏探测系统的结构示意图。所述围栏探测系统包括：系统信号处理器1、以及电连接至所述系统信号处理器1的本发明的集成线缆，其中，

本发明的集成线缆包括：信号采集线缆总线和设置在所述信号采集线缆总线上的一个或多个振动感应模块，在本发明的围栏探测系统中，所述系统信号处理器1通过所述信号采集线缆总线采集所述振动感应模块的探测信号；具体地，

请参照图1所示，所述信号采集线缆总线包括控制线2和信号线3，所述振动感应模块包括：信号转换芯片4、MEMS加速度传感器5和电阻6；其中，所述电阻6串联在所述控制线2上，所述MEMS加速度传感器5电连接至所述信号转换芯片4，所述信号转换芯片4电连接至所述控制线2、所述信号线3。

请参照图2所示，其为本发明的围栏探测系统的工作流程图；本发明的围栏探测系统的工作流程包括如下步骤：

S1：初始化；

S2：每个信号转换芯片4均对所述控制线2和所述信息线3分别输出高电平，即，所述控制线2和所述信号线均处于高电平状态。

S3：正常工作时，所述MEMS加速度传感器5将振动信号转换成电信号 (模拟信号或者数字信号)，由所述信号转换芯片4采集并进行处理；

S4：所述信号转换芯片4根据振动幅度和频率等信号或者振动强度结果，每隔一定时间(如：500ms)统计一个平均振动强度值；

S5：所述信号转换芯片4还实时检测所述控制线2的电平，当检测到高电平时，立即输出低电平，同时向所述信号线3输出脉冲；

步骤S5结束后返回步骤S2，立即恢复所述控制线2和所述信号线3的高电平输出。

优选地，所述系统信号处理器1则通过计数所述信号线3的脉冲数得到振动强度信息，即所述信号线3为计数线；同时优选地，所述系统信号处理器1还检测所述控制线2上的电压值，来识别脉冲的不同来源。

在本发明中，信号线和控制线均为总线连接方式，即所有感应模块为并联关系，信号线和控制线分别接入信号转换芯片的不同I/O口，且每个模块皆通过一个电阻串联于控制线上。

在本发明中，所述MEMS加速度传感器优选为3轴MEMS加速度传感器(或称“3轴MEMS加速度传感芯片”，以下简称为传感芯片)，所述信号转换芯片优选为振动信号转换微处理器(以下简称为转换芯片)，其中，转换芯片用于采集加速度传感器信号(根据传感芯片的类型，可以是模拟信号，也可以是数字信号)，并计算出振动幅度大小和频率等信息，然后归一化为振动强度。进一步优选地，多个振动感应模块按固定距离、等间隔设置在所述信号采集线缆总线上。

在本发明中，常态情况下，所有转换芯片对控制线和信号线的输出均为高电平，即两根线处于高电平状态。线缆受外部振动后，使发生振动附近的振动感应模块的传感芯片获得振动强度，转换芯片先检测控制线是否处于高电平状态，处于高电平时，即其他模块未占用信号线，本模块的转化芯片向控制线发低电平信号，同时转换芯片根据振动的加速度G值大小向信号线输出不同数量的低电平脉冲，直到本模块信号线所有振动脉冲输出完毕，转化芯片使控制线恢复高电平。

若某振动感应模块获得振动强度时，转换芯片检测到控制线处于低电平状态，及其他模块占用了信号线，此时转化芯片持续监控控制线电平状态，直到恢复高电平，才进入传输状态。避免多个模块同时发送振动脉冲。

这样系统信号处理器就可以通过测量控制线上的电压区分脉冲的来源 (因控制线串接了电阻，不同感应模块位置输出低电平在系统处理器位置将获得不同的电压)，因此实现的振动的定位；同时通过信号线上接受到的脉冲数获得振动的强弱。

此外，对于围栏特定位置(单点)的入侵，入侵点附件的1-3个模块振动强度较大，发送给处理器的脉冲数较多；其他离入侵点较远的模块震动很小，发送的振动脉冲数较少甚至为0。因此处理器对以电压分组的脉冲数进行统计，获得以电压为维度的振动脉冲，振动脉冲数将集中分布在入侵点对应的电压分组中。

具体实施中，所述系统信号处理器将振动脉冲数最高的位置定义为震源中心，并计算所述震源中心附近2-3个模块的脉冲数在所述震源中心附近 5-10个模块的脉冲总数中的占比，下文称为震源振动占比，对于入侵，该值通常大于50％。而在大风或者大雨天气中，风雨引起的震源很分散，每个震动模块震动概率等同，则震源震动占比通常小于50％。实际使用调试时，会模拟测试入侵的震源振动占比，进一步区分人为入侵和环境干扰，降低误报。

在本发明中，整体流程可归纳为：感应-处理(定量转化)-传输-分析- 报警；具体地，

1)线缆上每隔3-5m设置一个振动感应模块；

2)转换芯片根据按根据振动的加速度G值大小向信号线输出不同数量的低电平脉冲，G值的大小范围在0-5G；

3)处理器对线缆振动信号按一定的采样周期，处理解读信号；

4)正常采样周期设置为(100ms-200ms)；

5)采样周期需要大于系统内线缆总体设置的模块数×单个芯片发送的最大信号脉冲数；(即可保证线缆有空闲状态)

6)如转化芯片被破坏，则持续输出低电平信号，处理器将持续超过2s的低电平信号处理为破坏；

7)优选地，还可设置电连接至系统信号处理器的报警模块，进行报警。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种集成线缆，其特征在于，包括：信号采集线缆总线和设置在所述信号采集线缆总线上的一个或多个振动感应模块，其中，

所述信号采集线缆总线包括控制线和信号线；

所述振动感应模块包括：信号转换芯片、MEMS加速度传感器和电阻；其中，所述电阻串联在所述控制线上，所述MEMS加速度传感器电连接至所述信号转换芯片，所述信号转换芯片还分别电连接至所述控制线、所述信号线。

2.如权利要求1所述的集成线缆，其特征在于，所述MEMS加速度传感器为3轴MEMS加速度传感器。

3.如权利要求1所述的集成线缆，其特征在于，所述信号转换芯片为振动信号转换微处理器。

4.如权利要求1所述的集成线缆，其特征在于，多个振动感应模块按固定距离、等间隔设置在所述信号采集线缆总线上。

5.一种围栏探测系统，其特征在于，包括：系统信号处理器、以及电连接至所述系统信号处理器的、如权利要求1-4任一项所述的集成线缆，所述系统信号处理器通过所述信号采集线缆总线采集所述振动感应模块的探测信号。

6.如权利要求5所述的围栏探测系统，其特征在于，工作初始化后，每个信号转换芯片均对所述控制线和所述信息线分别输出高电平，所述MEMS加速度传感器将振动信号转换成电信号，由所述信号转换芯片采集并进行处理；所述信号转换芯片根据振动幅度和频率信号或振动强度结果，每隔一设定时间统计一个平均振动强度值；所述信号转换芯片还实时检测所述控制线的电平，当检测到高电平时，立即输出低电平，同时向所述信号线输出脉冲，结束后立即恢复所述控制线和所述信号线的高电平输出。

7.如权利要求6所述的围栏探测系统，其特征在于，所述系统信号处理器通过计数所述信号线的脉冲数得到振动强度信息。

8.如权利要求6所述的围栏探测系统，其特征在于，所述系统信号处理器检测所述控制线上的电压值，来识别脉冲的不同来源。

9.如权利要求7所述的围栏探测系统，其特征在于，所述系统信号处理器将振动脉冲数最高的位置定义为震源中心，并计算所述震源中心附近2-3个模块的脉冲数在所述震源中心附近5-10个模块的脉冲总数中的占比。

10.如权利要求5所述的围栏探测系统，其特征在于，还包括电连接至所述系统信号处理器的报警模块。

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