CN116071880A - 一种传导和感知分离的周界围栏及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传导和感知分离的周界围栏以及安装方法，周界围栏包括传导杆、受力杆、传导杆与受力杆之间的防护线缆；防护线缆自上到下包括第一防护线缆至第四防护线缆；传导杆用于对第一防护线缆至第四防护线缆的受力状态进行传导，使得每根防护线缆的受力保持平衡，当任意一根或多根防护线缆发生扰动时，四根防护线缆的受力一致。第一防护线缆至第四防护线缆的其中一根防护线缆上设置有形变感应器，任意一防护线缆被拉伸后，由形变感应器感知，形变感应器还通过解调仪还连接到后台控制系统，供后台控制系统监控。由于应力传导和感知是分开的，这种分体式的布置安装的方式，能够大大降低生产、检测、包装、运输及现场工程难度。

Description

一种传导和感知分离的周界围栏及安装方法

技术领域

本发明涉及安防监控技术领域，尤其涉及一种传导和感知分离的周界围栏及安装方法。

背景技术

周界安防围栏通常有多个防护线缆，由这些防护线缆感应入侵外力，从而对入侵行为进行识别和判断。但是现有的周界安防围栏通常将对外力进行感知的感知单元设置不合理，增加了围栏生产、检测、包装、运输和现场施工的难度，并且不利于快速对感知单元进行维修检测。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种传导和感知分离的周界围栏及安装方法，解决现有技术中周界围栏因传导与感知结合合在一起带来的生产和安装复杂繁琐的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种传导和感知分离的周界围栏，包括传导杆、受力杆、传导杆与受力杆之间的防护线缆；防护线缆自上到下包括第一防护线缆至第四防护线缆；所述传导杆的内部设置有第一钢丝线缆和第二钢丝线缆，所述第一钢丝线缆的两端分别穿过沿传导杆侧壁竖向设置的第一过线孔和第二过线孔，对应连接第一防护线缆和第二防护线缆；所述第二钢丝线缆的两端分别穿过沿传导杆侧壁竖向设置的第三过线孔和第四过线孔，对应连接第三防护线缆和第四防护线缆，所述传导杆的内部还设置有用于使所述第一钢丝线缆和第二钢丝线缆保持受力一致的应力传导装置；所述第一防护线缆至第四防护线缆的其中一根防护线缆上设置有用于感应形变的形变感应器，所述形变感应器通过线缆连接到用于检测形变量的解调仪。

优选的，所述应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹上的第一动滑轮、安装在第二滑轮固定夹上的第二动滑轮，以及连接在所述第一滑轮固定夹和所述第二滑轮固定夹之间的弹簧；所述第一动滑轮位于所述第二动滑轮的上方，所述第一钢丝线缆套装在所述第一动滑轮上，所述第二钢丝线缆套装在所述第二动滑轮上。

优选的，所述应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹上的第一动滑轮、安装在第二滑轮固定夹上的第二动滑轮，以及连接在所述第一滑轮固定夹和所述第二滑轮固定夹之间的连接杆；所述第一动滑轮位于所述第二动滑轮的上方，所述第一钢丝线缆套装在所述第一动滑轮上，所述第二钢丝线缆套装在所述第二动滑轮上；还包括弹簧，所述弹簧连接在所述第一钢丝线缆或所述第二钢丝线缆上。

优选的，所述传导杆的内部设置有两组所述应力传导装置，所述第一钢丝线缆和第二钢丝线缆对应具有两组，所述传导杆相对的两个侧壁上分别设置有所述第一过线孔至第四过线孔。

优选的，在所述传导杆的内部，所述第一动滑轮的上方设置有第一转向滑轮和第二转向滑轮，所述第一钢丝线缆的第一端绕过所述第一转向滑轮由垂直状态转化为水平状态，所述第一钢丝线缆的第二端绕过所述第二转向滑轮由垂直状态转化为水平状态；所述第二动滑轮的下方设置有第三转向滑轮和第四转向滑轮，所述第二钢丝线缆的第一端绕过所述第三转向滑轮由垂直状态转化为水平状态，所述第二钢丝线缆的第二端绕过所述第四转向滑轮由垂直状态转化为水平状态。

优选的，所述传导杆和所述受力杆之间布设有多个承力杆，所述承力杆上设置有多个穿线孔，防护线缆从对应的穿线孔中穿过。

优选的，所述形变感应器包括光纤光栅感应器，其包括感应器外壳，以及设置在感应器外壳内部的感知应变梁和光纤光栅，所述感知应变梁的左右两端设置有连接耳，所述连接耳露出所述感应器外壳，所述连接耳用于连接防护线缆；所述光纤光栅贴敷在所述感知应变梁上，用于感应所述感知应变梁产生的形变，所述光纤光栅的左右两端设置有光信号接口，所述光信号接口露出所述感应器外壳，通过光纤连接相邻的光纤光栅感应器或解调仪。

本发明还提供一种传导和感知分离的周界围栏的安装方法，第一步：制作传导杆、受力杆以及承力杆；第二步：布设传导杆、受力杆以及承力杆，承力杆布设在传导杆和受力杆之间；第三步：在传导杆与受力杆之间从上到下间隔布设第一防护线缆至第四防护线缆，第一防护线缆至第四防护线缆均穿过承力杆；第四步：在第四防护线缆上安装光纤光栅感应器，光纤光栅感应器通过光纤连接至解调仪；第五步：在安装地域重复上述第二步至第四步，完成周界围栏的整体安装。

优选的，在第一步中，在所述传导杆内的左右两侧分别安装两组传导结构，所述传导结构的安装方法包括：在传导杆内沿竖向安装第一转向滑轮至第四转向滑轮；在第二转向滑轮和第三转向滑轮之间放置应力传导装置，应力传导装置包括上端设置的第一动滑轮和下端设置的第二动滑轮，第一动滑轮和第二动滑轮相互连接；将第一钢丝线缆向上绕设在第一动滑轮上，其第一端向上绕过第一转向滑轮后，从传导杆的侧壁上的第一过线孔穿出并固定；其第二端向上绕过第二转向滑轮后，从传导杆侧壁上的第二过线孔穿出并固定；将第二钢丝线缆向下绕设在第二动滑轮上，其第一端向下绕过第四转向滑轮后，从传导杆的侧壁上的第四过线孔穿出并固定；其第二端向下绕过第三转向滑轮后，从传导杆侧壁上的第三过线孔穿出并固定。

优选的，在第三步中，还包括调试第一防护线缆至第四防护线缆的张紧程度，使每个传导杆与受力杆之间第一防护线缆至第四防护线缆的张紧程度保持一致。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种传导和感知分离的周界围栏以及安装方法，周界围栏包括传导杆、受力杆、传导杆与受力杆之间的防护线缆；防护线缆自上到下包括第一防护线缆至第四防护线缆；传导杆用于对第一防护线缆至第四防护线缆的受力状态进行传导，使得每根防护线缆的受力保持平衡，当任意一根或多根防护线缆发生扰动时，四根防护线缆的受力一致。第一防护线缆至第四防护线缆的其中一根防护线缆上设置有形变感应器，任意一条防护线缆被拉伸后，由形变感应器感知，形变感应器还通过解调仪还连接到后台控制系统，供后台控制系统监控。由于应力传导和感知是分开的，这种分体式的布置安装的方式，能够大大降低包装、运输及现场工程难度。

附图说明

图1是根据本发明传导和感知分离的周界围栏的示意图；

图2是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中传导杆的分解示意图；

图3是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中传导杆的一个内部示意图；

图4是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中应力传导装置的一个实施例示意图；

图5是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中传导杆的另一内部示意图；

图6是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中应力传导装置的另一实施例示意图；

图7是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中后壳体的横截面示意图；

图8是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中后壳体的正视图；

图9是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中滑轮固定块的示意图；

图10是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中滑轮固定块的安装示意图；

图11是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中形变感应器的示意图；

图12是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中形变感应器的分解示意图；

图13是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中中间保护壳的示意图；

图14是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中传感器盖板的示意图；

图15是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中形变感应器的安装示意图；

图16是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中固定件的示意图；

图17是根据本发明传导和感知分离的周界围栏中另一形变感应器的示意图；

图18是根据本发明传导和感知分离的周界围栏另一实施例的防护线缆被掀开的检测信号图；

图19是根据本发明传导和感知分离的周界围栏另一实施例的防护线缆被剪断的检测信号图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，传导和感知分离的周界围栏包括传导杆1、受力杆2，以及设置在传导杆1与受力杆2之间的防护线缆4,防护线缆4自上到下包括第一防护线缆41至第四防护线缆44；多个这样的结构单元共同构成整个周界围栏。

传导杆1用于对第一防护线缆41至第四防护线缆44的受力状态进行传导，使得每根防护线缆的受力保持平衡，当任意一根或多根防护线缆发生扰动时，四根防护线缆的受力一致。

第一防护线缆41至第四防护线缆44其中一根防护线缆上设置有用于感应形变的形变感应器5。形变感应器5通过线缆7连接到解调仪6，解调仪6用于检测形变量。解调仪6还连接到后台控制系统，供后台控制系统进行监控。

优选的，形变感应器5为光纤光栅感应器，解调仪6为光纤光栅解调仪，线缆7为光缆。

在本发明中，传导杆1和受力杆2之间任意一根或多根防护线缆发生扰动时，四根防护线缆的受力一致，而当防护线缆发生扰动时，由防护线缆上的形变感应器5来进行感知该应力变化。多根防护线缆之间应力的传导发生在传导杆1内，形变感应器5则是直接设置在防护线缆上进行感知，因此，防护线缆之间应力的传导和感知是相互分开的，这种分体式的布置安装的方式，能够大大降低包装、运输及现场工程难度，同时也便于快速对形变感应器5进行维修检测。

图1中，形变感应器5设置在第四防护线缆44上，能够同步监测四根防护线缆的应力变化。当然，在本发明中，也可以采用其他电学或光学传感器来监测应力变化，例如光栅应力计等。

优选的，形变感应器5为光纤光栅感应器，相邻的两个传导杆1之间设置有一个受力杆2，也可以理解为相邻的两个受力杆2之间设置一个传导杆1，这样向两边重复设置，由此可以不断拓展周界围栏的长度。光纤光栅感应器检测的距离是两侧的传导杆1和受力杆2之间的距离，即每个传导杆1到相邻的受力杆2之间均设置有一个光纤光栅感应器，每个光纤光栅感应器对应检测不同的光波波长，并且多个光纤光栅感应器可以通过光纤串联，共同连接到同一个解调仪。

进一步的，传导杆1和受力杆2之间布设有多个承力杆3，承力杆3上设置有多个穿线孔，防护线缆从对应的穿线孔中穿过。

如图2至图4所示，传导杆1的外壳包括后壳体101、前面板102、顶板103以及底板104。

传导杆1的内部沿竖向方向设置有应力传导装置，作为应力传导装置的第一个实施例，应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹93上的第一动滑轮91、安装在第二滑轮固定夹94上的第二动滑轮92，以及连接在第一滑轮固定夹93和第二滑轮固定夹94之间的弹簧8；第一动滑轮91位于第二动滑轮92的上方，第一钢丝线缆16套装在第一动滑轮91上，第二钢丝线缆17套装在第二动滑轮92上。

第一滑轮固定夹93和第二滑轮固定夹94与传导杆1之间并不是固定连接的关系，而是由第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17分别通过第一动滑轮91和第二动滑轮92来拉紧第一滑轮固定夹93和第二滑轮固定夹94的两端。

传导杆1的侧壁沿竖向方向设置有第一过线孔105至第四过线孔108，第一钢丝线缆16的两端分别从第一过线孔105和第二过线孔106穿出，对应连接二第一防护线缆41和第二防护线缆42；第二钢丝线缆的两端分别从第三过线孔107和第四过线孔108穿出，对应连接第三防护线缆43和第四防护线缆44。

优选的，第一过线孔105至第四过线孔108设置在后壳体101的左右侧壁上。

进一步的，在传导杆1的内部，第一动滑轮91的上方设置有第一转向滑轮11和第二转向滑轮12，第一钢丝线缆16的第一端绕过第一转向滑轮11由垂直状态转化为水平状态，进而方便与水平状态的第一防护线缆41连接；第一钢丝线缆16的第二端绕过第二转向滑轮12由垂直状态转化为水平状态，进而方便与水平状态的第二防护线缆42连接。

第二动滑轮92的下方设置有第三转向滑轮13和第四转向滑轮14，第二钢丝线缆17的第一端绕过第三转向滑轮13由垂直状态转化为水平状态，进而方便与水平状态的第三防护线缆43连接；第二钢丝线缆17的第二端绕过第四转向滑轮14由垂直状态转化为水平状态，进而方便与水平状态的第四防护线缆44连接。

优选的，第一转向滑轮11至第四转向滑轮14在传导杆1的内部，沿着竖向均匀布设，由此可以使得防护线缆在竖向上可以等间距分布。可以看出，在图2和图3中，传导杆1的内部设置有两组应力传导装置，第一钢丝线缆和第二钢丝线缆对应具有两组，第一转向滑轮11至第二转向滑轮14也对应具有两组，应力传导装置和第一转向滑轮11至第二转向滑轮14共同构成传导结构，传导杆1相对的两个侧壁上分别设置有第一过线孔105至第四过线孔108。

在图2和图3中，左侧的应力传导装置通过对应的第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接传导杆1左侧的防护线缆，右侧的应力传导装置通过对应的第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接传导杆1右侧的防护线缆。可以看出，一个传导杆1就能够向左右方向各延伸出四根连接防护线缆的钢丝线缆，能够提高传导杆1的使用空间，节省传导杆1的使用数量，达到节省成本的目的。

进一步的，第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17可以被事先安装在传导杆1的壳体的内部，传导杆1安装使用时，第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17的两端再分别通过与外部的防护线缆进行连接，防护线缆就是围栏用于阻挡和感应入侵外力的线缆，通常也是由钢丝线缆制成。这样有利于将传导杆1单独作为一个产品进行加工制作，安装时只需要将外部的防护线缆与传导杆1内部的第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接拉紧即可。因此，传导杆1可以单独售卖或运输。

对于每一个传导杆1，一方面是通过传导杆1一个侧壁伸出的第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接一组第一防护线缆至第四防护线缆，进而连接前一个受力杆2；另一方面通过传导杆1另一个侧壁的伸出的第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接另一组第一防护线缆至第四防护线缆，进而连接后一个受力杆2，由此把这些传导杆1和受力杆2相互连接在一起。

优选的，在传导杆1的外部，第一钢丝线缆16的两端和第二钢丝线缆17的两端还设置有限位块21，当第一钢丝线缆16和第二钢丝线缆17连接的外部的防护线缆被剪断时，限位块被传导杆1上的过线孔阻挡，防止防护线缆被剪断后，第一动滑轮91和第二动滑轮92以及弹簧8发生松脱。

如图5和图6所示，作为应力传导装置的另一个实施例，应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹93上的第一动滑轮91、安装在第二滑轮固定夹94上的第二动滑轮92，以及连接在第一滑轮固定夹93和第二滑轮固定夹94之间的连接杆15，连接杆15与第一滑轮固定夹93和第二滑轮固定夹94固定连接。第一动滑轮91位于第二动滑轮92的上方，第一钢丝线缆16套装在第一动滑轮91上，第二钢丝线缆17套装在第二动滑轮92上；还包括弹簧8，弹簧8连接在第一钢丝线缆16或第二钢丝线缆17上。

进一步的，在任意一根防护线缆被牵拉时，弹簧8也会发生形变，弹簧8会拉伸变长，延展了防护线缆的形变量。但由于弹簧8又具有恢复作用，在防护线缆不再被牵拉后，在弹簧8恢复的作用下，防护线缆恢复至原来的平衡状态。

弹簧8有利于增强整个防护线缆被外力作用时的韧性，减少和避免由于仅仅是钢丝线缆连接而因刚性太强容易把拉断。另外，弹簧8还可以灵活调整和设置形变感应器5的初始应变状态，这是因为，当弹簧被设置后，弹簧初始被拉伸的状态可以根据检测的灵敏度而选择设置。当弹簧初始状态拉伸量较小时，则作用在形变感应器5两端的作用力就较小，这时形变感应器5的形变就比较小，当以此为初始状态时，就可以使得检测的初始门限设置的较小；而当弹簧初始状态拉伸量较大时，则作用在形变感应器5两端的作用力就较大，这时形变感应器5的形变就比较大，当以此为初始状态时，就可以使得检测的初始门限设置的较大；因此，通过合理调整弹簧8被拉伸的初始状态，有利于合理选择形变感应器5检测的作用力的门限。

需要说明的是，基于图3和图5，虽然本发明显示的是基于4根防护线缆通过上述滑轮组合，可以对任意一根防护线缆上的应力传导到光栅光纤感应器上。基于该发明构思，还可以通过改变滑轮的组合形态，例如通过增加应力传导装置的数量（本申请显示一组四个防护线缆对应一个应力传导装置），并在竖直方向进行布设，可以实现更多根防护线缆的安装，并具有任意一根防护线缆上的应力传导到光栅光纤感应器上的功能。

进一步的，如图7和图8所示，后壳体101的横截面呈凹型，包括后面板1011和垂直于后面板1011的左侧壁1012和右侧壁1013。后面板1011的内侧面沿竖向方向设置有加强筋1014，加强筋1014能够增加后面板1011的整体强度，提高后壳体101的可靠性。

左侧壁1012的内侧面沿竖向方向垂直固定有第一固定壁1015和第二固定壁1016，第一固定壁1015和第二固定壁1016用于固定第一转向滑轮11至第四转向滑轮14；第一固定壁1015和第二固定壁1016相互平行并且间隔一定距离。

同理，右侧壁1013的内侧面沿竖向方向也垂直固定有第一固定壁1015和第二固定壁1016。

第一转向滑轮11和第四转向滑轮14均通过滑轮固定块20进行固定。以第一转向滑轮11为例进行说明，如图9和图10所示，滑轮固定块20包括安装部201以及设置在安装部201左右两端的固定部202，安装部201上设置有滑轮安装槽203，滑轮安装槽203贯穿该安装部201，第一转向滑轮11通过紧固件（例如螺栓）安装在滑轮安装槽203内。安装部201两端的固定部202通过螺纹连接的方式固定在第一固定壁1015和第二固定壁1016之间。通过该方式实现了对第一转向滑轮11和第四转向滑轮14的安装。

进一步的，第二转向滑轮12和第三转向滑轮13通过紧固件设置在第一固定壁1015和第二固定壁1016之间。

进一步的，如图11至图14所示，形变感应器5优选为光纤光栅感应器，包括感应器外壳以及设置在感应器外壳内部的感知应变梁54和光纤光栅55，感知应变梁54的左右两端设置有连接耳541，连接耳541露出感应器外壳，作为输入外界应力的端口，可用于连接防护线缆。光纤光栅55贴敷在感知应变梁54上，用于感应感知应变梁54产生的形变，光纤光栅55的左右两端设置有光信号接口551，光信号接口551露出感应器外壳，光信号接口551用通过光纤7连接相邻的形变感应器5或解调仪6。

感应器外壳包括中空的中间保护壳51以及设置在中间保护壳51左右两端的传感器盖板53，传感器盖板53与中间保护壳51之间通过紧固件连接。

传感器盖板53上设置有供连接耳541穿过的第一过孔531，传感器盖板53上设置有供光信号接口551穿过的第二过孔532，传感器盖板53上设置有多个供紧固件穿过的第三过孔533。中间保护壳51的内壁上设置有与紧固件相适配的连接孔511，紧固件可以是螺栓。

传感器盖板53与中间保护壳51之间设置有密封垫52，密封垫52用于遮挡外界的雨水和灰尘，防止中间保护壳51内部的感知应变梁54和光纤光栅55发生损坏。密封垫52上也设置有供连接耳541穿过的第一过孔531，供光信号接口551穿过的第二过孔532，供紧固件穿过的第三过孔533。

进一步的，如图15和图16所示，并结合图1。形变感应器5的一端连接第四防护线缆44，另一端通过固定件19与承力杆3固定连接。具体的，由感知应变梁54的两端的连接耳541分别连接第四防护线缆44和承力杆3。

固定件19包括固定片191和连接在固定片191一侧并且垂直于固定片191的固定耳192，固定片191以螺纹连接的方式固定在承力杆3的侧壁上，固定耳192也通过螺纹连接的方式与感知应变梁54的连接耳541连接。

优选的，承力杆3的侧壁沿竖向方向设置有多个固定件19，分别用于连接第一防护线缆41至第三防护线缆43。

进一步的，感知应变梁54为金属制的金属条、金属杆或金属片。优选的，感知应变梁54为弹性钢制应变梁，例如材料为65MN的弹簧钢，感知应变梁54两端的连接耳541在外界作用力的牵拉作用下会发生微观形变，例如感知应变梁54将会被微观拉长，当作用力取消后，感知应变梁54的微观形变消失，感知应变梁54又恢复其原始状态。感知应变梁54具有对称结构，两个连接耳541分别向中间延伸出逐渐靠拢的V形梁，两个V形梁最终与处于正中间的中间梁连接。

进一步的，当作用力作用到感知应变梁54的两端时，其应变变化量能够被固定其上的光纤光栅55感知测量。在本发明中，感知应变梁54的一端与承力杆3固定连接，另一端被第四防护线缆44拉紧；任意一根防护线缆因入侵而被拉伸后，将会牵拉引起感知应变梁54产生形变，进而由光纤光栅55感应形变并由解调仪6进行检测测量。

优选的，结合图17所示，为另一形变感应器5的实施例，其中包括壳体A1和盖板A2，使用时盖板A2盖合壳体A1，可以看出在壳体A1内部包括两个应变片A11和A12，可在这两个应变片上分别设置光纤光栅，用于测量形变，应变片A11和A12的下端之间通过连接块A15连接，应变片A11的上端连接有连接柱A13，应变片A12的上端连接有连接柱A14，这两个连接柱A13、A14分别用于和围栏的防护线缆连接。与前述的应变梁54相比，应变片A11和A12也是实现应变的一种载体，在应变片上设置有光纤光栅用来感知应变，通过也把感知的应变变化再通过连接光纤传输到解调仪上。

优选的，形变感应器5利用光纤材料的光敏特性（外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用形成折射率的永久性变化），在纤芯内形成空间相位光栅，从而改变和控制光在其中的传播行为。它的折射率沿光纤轴向呈固定的周期性调制分布，是一种均匀光栅，具有良好的波长选择性。当宽带光进入光纤后，满足特定条件波长的入射光在光栅处被耦合反射，其余波长的光会全部通过而不受影响，反射光谱在FBG中心波长处出现峰值。优选的，该中心波长满足：

，

其中，为反射光的中心波长；为传感器中纤芯的有效折射率；为光纤光栅折射率调制的空间周期。外界应力会引起折射率和栅距的变化，导致该波长的移位，满足以下线性关系：

其中，为波长变化量，为该传感器中光纤轴向受外力后的应变，为温度变化，为该传感器中光纤光弹系数，为该传感器中光纤热膨胀系数，为光纤热光系数。

在本发明中，就是将施加在防护线缆的作用力转换为感知应变梁54的形变，进而由形变感应器5探测出这种形变，反映到中心波长的变化，而中心波长的改变能够通过解调仪6进行解调检测。

优选的，每个形变感应器5分别对应检测不同的光波波长，也就是说，每个形变感应器5所感应的光波的波长有所区别，由此可以通过波长不同而区分不同的形变感应器5和对应的应变量。优选的，在不同的形变感应器5对应检测不同的光波波长，光纤光栅感应器对应感应的波长包括1530nm、1534nm、1538nm、1542nm、1546nm、1550nm、1554nm、1558nm、1562nm、1566nm，也就是说分别以这些波长为中心波长进行波长变化的感应检测，感知应变梁54受防护线缆拉力产生的波长变化不超过±1nm，而这些形变感应器5之间的波长间隔是4nm，因此相互不会产生干扰，可以有效实现波分复用。

优选的，在图1中，多个形变感应器5可以串联起来共同连接到同一个解调仪6，每个形变感应器5的反射波长不同，每个形变感应器5的反射峰都只会在一定的波长区间内变化，彼此不会发生重叠或者交叉。采用这种波分复用方式实现了单个解调仪6对多个形变感应器5感应不同波长的光信号进行检测，有利于对围栏整体进行检测、检测效率更高，检测效果更好。

进一步的，多个形变感应器5可以再组装围栏之前连接成一组，这样在运输过程中可以与传导杆1相互分开；同时也解决了安装围栏时现场光纤熔接困难、熔接质量差等问题，节约施工成本。

在本发明中，四根防护线缆的检测灵敏度相同，即任意一条防护线缆被牵拉或者剪断时，都会引起感知应变梁54的相同的形变。也即是，四根防护线缆中有任一条被拉伸均会被形变感应器5感应，并且任一条上防护线缆的施加的相同的作用力所引起的感知应变梁54的形变是相同的，这样就可以保证对四根防护线缆的一致性检测。

优选的，可以对感知应变梁54拉伸作用力产生的形变设置一个形变门限，当小于该形变门限时，可以认为是外界干扰，而只有大于或等于该形变门限时才认为是有效入侵。通过这种设置门限的方式，可以去除掉防护线缆因风晃动、小鸟驻停晃动等微小作用力的影响，减少和避免虚警的产生。

进一步的，当传导杆1外部连接的四条防护线缆中有任两条或三条，或者四条同时被拉伸时，可以进一步增大感知应变梁54的形变，实际是可以形成对在每一条防护线缆上应力的叠加，这样更加容易超出设定的形变门限，由此进一步增强了检测外力的准确度。

优选的，相邻的两个传导杆1与受力杆2之间的距离根据监控的精度的要求不同，可以有10米、20米、30米、40米的间隔进行安装。优选的，光纤7可以连接10个不同波长的形变感应器5，因此对应的监控距离范围是900米-3600米，而一个解调仪可以同时接4芯-32芯光纤，因此可以对应设置40-320个传导杆1，对应的监控距离可以达到3.6km-115.2km。由此可见，一个解调仪6可以监控的距离范围是比较大的，并且通过光纤的方式进行监控，传输的是光信号，对光信号的波长变化进行检测，可以实现节省能耗、精准度高、监控范围大。

优选的，形变感应器5通过光纤连接到解调仪6，解调仪6通电，连接到后台控制系统。打开后台控制系统，读取识别目前解调仪6采集到的信号，同时将前期通过大量实验得到的预设变量值输入系统，现场进行试验调试，修改参数值，所有系统及数值调试好之后，整个护栏系统完成。

当有异物入侵，拉动防护线缆，形变感应器5会瞬间采集形变信号，发送给解调仪6，解调仪6在汇总给后台控制系统，将变化信号值与调试后的预设值进行比对，如果变化值达到或者超过预设值，则视为有人员入侵，同时后台开始报警；如果变化信号小于预设值，则视为无人员入侵，此种方法可有效的屏蔽掉一些“假信号”，例如猫、鸟等动物，大雨大风天、树枝等植物茎秆造成的钢丝线缆形变，可提高监测的准确性。

对外部入侵情况建立对应的检测感知模式。优选的，当防护线缆被牵拉掀开时，入侵人员或超过一定重量的异物压到或拉开防护线缆时，牵动形变感应器5内部的感知应变梁54发生形变，该形变模式为图18所示的阶跃信号，持续时间为入侵人员或异物对防护线缆的作用时间，例如常见作用时间超过2s。人员入侵离开或者动物触动拉动防护线缆离开，感知应变梁54拉回原状态，使系统恢复原有平衡。

图18中的信号强度0对应的是感知应变梁54的初始状态，即在感知应变梁54相连的防护线缆在安装后的初始拉紧状态下，没有外界应力作用的情况下对应的状态。而当有外力作用时，将会产生这样的阶跃信号，而该阶跃信号的最大幅度值，对应代表了外力的最大值，横坐标的时间代表了外力作用的时长。因此，通过观测阶跃信号的幅度、时间信息，可以对外界入侵外力的情况进行有效识别。也可以通过设置门限的方式，将测阶跃信号的幅度较小的干扰信号可以滤除掉。

因此，图18中显示的阶跃信号的左边一端表示的防护线缆未被牵拉的状态，当被牵拉后则形成一个门形的阶跃信号，该阶跃信号的幅度代表了防护线缆被牵拉的幅度，当该牵拉动作结束后，该阶跃信号回复，因此在阶跃信号的右边一端表示防护线缆在牵拉结束后的状态。

在图18中，横坐标显示的是时间，纵坐标显示的光纤光栅感应器信号强度的变化，可以看出在与感知应变梁54相连的任一水平线缆被牵拉后，导致该信号强度变化为一阶跃信号，并且该阶跃信号的阶跃幅度与防护线缆被牵拉的作用力呈线性关系，据此可以设定阶跃幅度的门限值，只有当阶跃信号的幅度值等于或大于该门限值时，才进行有效的识别报警，而小于该门限值时则认为是无效信号，可以滤除而不必进行告警。

因此，优选的，解调仪6探测解调的信号中包括防护线缆被牵拉后所对应的牵拉阶跃信号，通过设置牵拉检测门限，对牵拉阶跃信号的有效性进行判断。

优选的，阶跃信号的强度可以进行叠加，当拉动两根以上的防护线缆时，阶跃信号的幅度会增大。

进一步优选的，在传导杆1外壳的侧壁上，即对向防护线缆的侧壁上设置有微型监控摄像头，例如手机中使用的监控摄像头，这种摄像头具有体积小、低功耗和宽视场的特点，也便于隐蔽安装。并且，通常情况下该监控摄像头并不开机工作，而是当解调仪6探测解调到的牵阶跃信号大于或等于牵拉检测门限后，则触发该摄像头开机工作，对监控场景进行拍照或录像。另外，传导杆1上还可以设置有声光报警器，该声光报警器通常情况下也并不开机工作，而是当解调仪6探测解调到的牵拉阶跃信号大于或等于牵拉检测门限后，则触发声光报警器开机工作，实现声光告警威慑，减少和避免入侵发生。

因此在本发明中，针对扰动护栏而牵拉防护线缆的行为，根据形变大小设置变化阈值，对量级较低的形变进行过滤，例如鸟类站立在防护线缆上造成的护栏应力检测变化会因为达不到报警阈值而进行过滤，从而实现对树枝、小鸟、风雨等不需要报警的微小扰动行为进行有效滤除，减少系统误报率。

优选的，当防护线缆被剪断时，当入侵人员采用剪断防护线缆入侵时，感知应变梁54会发生反向回弹，这时感知应变梁54的两端的作用力减小，这时感知应变梁54的应变值比初始状态值要小，因此对应的信号幅度也就低于0。并且，由于剪断后感知应变梁54的两端的作用力不会恢复到初始时的拉伸张紧的状态，因此这种变化是不可逆的，形变感应器5检测到持续的应力变化，该变化在防护线缆断开后为阶跃变化且不可逆，剪断测试信号如图19所示。

在图19所示实施例中，包括有1根防护线缆被剪断的监测信号变化图，可以看出，被剪断一根防护线缆后，该阶跃信号的幅度将保持，而不会返回到剪断之前对应的信号状态，这是与牵拉防护线缆有明显区别之处。并且剪断后的信号状态为负向的阶跃信号，相对于牵拉造成的正向的阶跃信号可以明显的区分出来。

可以建立单根防护线缆被剪断的的阶跃信号数据，并对该数据进行存储，在实际检测中可以根据阶跃信号变化的特点，而与存储的阶跃信号数据进行对比，由此判断防护线缆被剪断的情况。因此，优选的，解调仪6探测解调的信号中包括防护线缆被剪断后所对应的剪断阶跃信号，通过设置剪断检测门限，对剪断阶跃信号的有效性进行判断。

优选的，前述的微型监控摄像头和声光报警器的开机工作也适用于对剪断阶跃信号的检测，即当解调仪6探测解调的剪断阶跃信号大于或等于剪断检测门限时，触发微型监控摄像头和声光报警器开机工作。

本发明中，针对剪断防护线缆的行为，根据感知应变梁54的形变大小设置变化阈值，对量级较低的松动形变进行过滤，例如防护线缆的热胀冷缩造成的围栏应力检测变化会因为达不到报警阈值而进行过滤，从而实现对自然环境缓慢变化导致应变变化等不需要报警的行为进行有效滤除，减少系统误报率。

优选的，该周界护栏在需要安防的建筑物周围进行铺设，传导杆1与受力杆2之间的距离为10米-30米，传导杆1与受力杆2之间间设立若干个承力杆3，用于架设支撑防护线缆。

优选的，传导杆1高度600mm，从上至下设立四组防护线缆，安装完成后，感知应变梁54基本保持非形变的水平状态。

所有的系统安装完成后，启动后台总控制系统，开始周界安全实时监测，此时系统会记录一个应变梁形变量信号，作为初始的标准参量信号，然后再根据前期大量的实验结果，设定一个判断为人员入侵所表现出的信号变化量值。

当有人员入侵，拉动防护线缆，拉动感知应变梁54产生形变；松开后，感知应变梁54拉回原状态，保持平衡，形变感应器5会瞬间记录信号，分析信号变化量，与预设值进行对比，从而断定是否有人员入侵。另外，如果有人员剪断防护线缆进行入侵，由于防护线缆剪断，该过程中，感知应变梁54反向变形，形变感应器5会瞬间记录形变信号信息，传输给解调仪和后台总机，进行分析、比对，判断为有人员入侵的情况，同时根据传输信号的分析系统的编号判断入侵人员位置。此外，可以设定阈值，有效的过滤掉干扰信息，例如动物拉拽线缆，植物支杆脱落、大风大雨等。可提高监测的效率，减少误报。

基于同一构思，基于前述的周界围栏的组成构件，本发明还提供一种传导和感知分离的周界围栏的安装方法：

第一步：制作传导杆1、受力杆2以及承力杆3；

第二步：布设传导杆1、受力杆2以及承力杆3，承力杆3布设在传导杆1和受力杆2之间；

第三步：在传导杆1与受力杆2之间从上到下间隔布设第一防护线缆41至第四防护线缆44，第一防护线缆41至第四防护线缆44均穿过承力杆3；

第四步：在第四防护线缆44上安装形变感应器5，形变感应器5通过光纤连接光至纤光栅解调仪6；

第五步：在安装地域重复上述第二步至第四步，完成周界围栏的整体安装。

优选的，在第一步中，传导杆1、受力杆2以及承力杆3均在出厂前加工而成，因此在组装周界围栏时，仅需要运输传导杆1、受力杆2以及承力杆3即可，并不需要在现场制作传导杆1、受力杆2以及承力杆3。

进一步的，在传导杆1的制作过程中，传导杆1内的左右两侧分别安装两组传导结构，传导结构的安装方法包括：

在传导杆1内沿竖向安装第一转向滑轮11至第四转向滑轮14；

在第二转向滑轮12和第三转向滑轮13之间放置应力传导装置，应力传导装置包括上端设置的第一动滑轮91和下端设置的第二动滑轮92，第一动滑轮91和第二动滑轮92相互连接，应力传导装置的具体结构请参考图2至图4，这里不再赘述。

将第一钢丝线缆16向上绕设在第一动滑轮91上，其第一端向上绕过第一转向滑轮11后，从传导杆1的侧壁上的第一过线孔105穿出并并通过限位块21固定；其第二端向上绕过第二转向滑轮12后，从传导杆1侧壁上的第二过线孔106穿出并通过限位块21固定；

将第二钢丝线缆17向下绕设在第二动滑轮92上，其第一端向下绕过第三转向滑轮13后，从传导杆的侧壁上的第四过线孔穿出并并通过限位块21固定；其第二端向下绕过第四转向滑轮14后，从传导杆1侧壁上的第四过线孔108穿出并并通过限位块21固定。

优选的，在第二步中，传导杆1和受力杆2之间可均匀布设多个承力杆3。

优选的，在第三步中，还包括调试第一防护线缆41至第四防护线缆44的张紧程度，使每个传导杆1与受力杆2之间第一防护线缆41至第四防护线缆44的张紧程度保持一致。

优选的，在第四步中，解调仪通电后连接到后台控制系统。打开后台控制系统，读取识别目前解调仪采集到的信号，同时将前期通过大量实验得到的预设变量值输入系统，现场进行试验调试，修改参数值，所有系统及数值调试好之后，整个周界围栏完成。

当有异物入侵，拉动防护线缆，光纤光栅感应器会瞬间采集形变信号，发送给解调仪，解调仪在汇总给后台控制系统，将变化信号值与调试后的预设值进行比对，如果变化值达到或者超过预设值，则视为有人员入侵，同时后台开始报警；如果变化信号小于预设值，则视为无人员入侵，此种方法可有效的屏蔽掉一些“假信号”，例如猫、鸟等动物，大雨大风天、树枝等植物茎秆造成的钢丝线缆形变，可提高监测的准确性。

对外部入侵情况建立对应的检测感知模式。优选的，当防护线缆被牵拉掀开时，入侵人员或超过一定重量的异物压到或拉开防护线缆时，牵动控制杆内部的应变梁发生形变，该形变模式为图18所示的阶跃信号，持续时间为入侵人员或异物对防护线缆的作用时间，例如常见作用时间超过2s。人员入侵离开或者动物触动拉动防护线缆离开，弹簧8会将防护线缆及拉回原状态，使系统恢复原有平衡。

综上，该安装方法能够在现场快速组装围栏，传导杆1、受力杆2以及承力杆3均为制作好的成品，在安装区域固定即可；形变感应器5也预先通过光纤连接至解调仪6，在组装周界围栏时，也仅仅需要将形变感应器5固定在第四防护线缆44即可，不需要现场熔接光纤。因此上述安装方法具有简单可靠、方便安装的特点。

由此可见，本发明公开了一种传导和感知分离的周界围栏以及安装方法，周界围栏包括传导杆、受力杆、传导杆与受力杆之间的防护线缆；防护线缆自上到下包括第一防护线缆至第四防护线缆；传导杆用于对第一防护线缆至第四防护线缆的受力状态进行传导，使得每根防护线缆的受力保持平衡，当任意一根或多根防护线缆发生扰动时，四根防护线缆的受力一致。第一防护线缆至第四防护线缆的其中一根防护线缆上设置有形变感应器，任意一条防护线缆被拉伸后，由光纤光栅感应器感知，形变感应器还通过解调仪还连接到后台控制系统，供后台控制系统监控。由于应力传导和感知是分开的，这种分体式的布置安装的方式，能够大大降低包装、运输及现场工程难度。

以上仅为本发明的实施例，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变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：包括传导杆、受力杆、传导杆与受力杆之间的防护线缆；防护线缆自上到下包括第一防护线缆至第四防护线缆；

所述传导杆的内部设置有第一钢丝线缆和第二钢丝线缆，所述第一钢丝线缆的两端分别穿过沿传导杆侧壁竖向设置的第一过线孔和第二过线孔，对应连接第一防护线缆和第二防护线缆；所述第二钢丝线缆的两端分别穿过沿传导杆侧壁竖向设置的第三过线孔和第四过线孔，对应连接第三防护线缆和第四防护线缆，所述传导杆的内部还设置有用于使所述第一钢丝线缆和第二钢丝线缆保持受力一致的应力传导装置；

所述第一防护线缆至第四防护线缆的其中一根防护线缆上设置有用于感应形变的形变感应器，所述形变感应器通过线缆连接到用于检测形变量的解调仪。

2.根据权利要求1所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：所述应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹上的第一动滑轮、安装在第二滑轮固定夹上的第二动滑轮，以及连接在所述第一滑轮固定夹和所述第二滑轮固定夹之间的弹簧；所述第一动滑轮位于所述第二动滑轮的上方，所述第一钢丝线缆套装在所述第一动滑轮上，所述第二钢丝线缆套装在所述第二动滑轮上。

3.根据权利要求1所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：所述应力传导装置包括安装在第一滑轮固定夹上的第一动滑轮、安装在第二滑轮固定夹上的第二动滑轮，以及连接在所述第一滑轮固定夹和所述第二滑轮固定夹之间的连接杆；所述第一动滑轮位于所述第二动滑轮的上方，所述第一钢丝线缆套装在所述第一动滑轮上，所述第二钢丝线缆套装在所述第二动滑轮上；还包括弹簧，所述弹簧连接在所述第一钢丝线缆或所述第二钢丝线缆上。

4.根据权利要求2或3所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：所述传导杆的内部设置有两组所述应力传导装置，所述第一钢丝线缆和第二钢丝线缆对应具有两组，所述传导杆相对的两个侧壁上分别设置有所述第一过线孔至第四过线孔。

5.根据权利要求4所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：在所述传导杆的内部，所述第一动滑轮的上方设置有第一转向滑轮和第二转向滑轮，所述第一钢丝线缆的第一端绕过所述第一转向滑轮由垂直状态转化为水平状态，所述第一钢丝线缆的第二端绕过所述第二转向滑轮由垂直状态转化为水平状态；

所述第二动滑轮的下方设置有第三转向滑轮和第四转向滑轮，所述第二钢丝线缆的第一端绕过所述第三转向滑轮由垂直状态转化为水平状态，所述第二钢丝线缆的第二端绕过所述第四转向滑轮由垂直状态转化为水平状态。

6.根据权利要求1所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：所述传导杆和所述受力杆之间布设有多个承力杆，所述承力杆上设置有多个穿线孔，防护线缆从对应的穿线孔中穿过。

7.根据权利要求1所述的传导和感知分离的周界围栏，其特征在于：所述形变感应器包括光纤光栅感应器，其包括感应器外壳以及设置在感应器外壳内部的感知应变梁和光纤光栅，所述感知应变梁的左右两端设置有连接耳，所述连接耳露出所述感应器外壳，所述连接耳用于连接防护线缆；所述光纤光栅贴敷在所述感知应变梁上，用于感应所述感知应变梁产生的形变，所述光纤光栅的左右两端设置有光信号接口，所述光信号接口露出所述感应器外壳，通过光纤连接相邻的光纤光栅感应器或解调仪。

8.一种传导和感知分离的周界围栏的安装方法，其特征在于：

第一步：制作传导杆、受力杆以及承力杆；

第二步：布设传导杆、受力杆以及承力杆，承力杆布设在传导杆和受力杆之间；

第三步：在传导杆与受力杆之间从上到下间隔布设第一防护线缆至第四防护线缆，第一防护线缆至第四防护线缆均穿过承力杆；

第四步：在第四防护线缆上安装形变感应器，形变感应器通过光纤连接至解调仪；

第五步：在安装地域重复上述第二步至第四步，完成周界围栏的整体安装。

9.根据权利要求8所述的传导和感知分离的周界围栏的安装方法，其特征在于：在第一步中，在所述传导杆内的左右两侧分别安装两组传导结构，所述传导结构的安装方法包括：

在传导杆内沿竖向安装第一转向滑轮至第四转向滑轮；

在第二转向滑轮和第三转向滑轮之间放置应力传导装置，应力传导装置包括上端设置的第一动滑轮和下端设置的第二动滑轮，第一动滑轮和第二动滑轮相互连接；

将第一钢丝线缆向上绕设在第一动滑轮上，其第一端向上绕过第一转向滑轮后，从传导杆的侧壁上的第一过线孔穿出并固定；其第二端向上绕过第二转向滑轮后，从传导杆侧壁上的第二过线孔穿出并固定；

将第二钢丝线缆向下绕设在第二动滑轮上，其第一端向下绕过第四转向滑轮后，从传导杆的侧壁上的第四过线孔穿出并固定；其第二端向下绕过第三转向滑轮后，从传导杆侧壁上的第三过线孔穿出并固定。

10.根据权利要求9所述的传导和感知分离的周界围栏的安装方法，其特征在于：在第三步中，还包括调试第一防护线缆至第四防护线缆的张紧程度，使每个传导杆与受力杆之间第一防护线缆至第四防护线缆的张紧程度保持一致。

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