一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)警過(guò)程中，由于很多待測(cè)點(diǎn)通常是在野外，環(huán)境復(fù)雜多變，同時(shí)這類檢測(cè)需要長(zhǎng)期、在線進(jìn)行，因此需要抗干擾性強(qiáng)、抗腐蝕的傳感器。
[0003]由于光纖光柵傳感器的材料是二氧化硅，因此其具有抗腐蝕性和抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以長(zhǎng)期放置在野外工作。目前已有用光纖光柵制作的土壓力計(jì)、傾斜計(jì)等傳感器用于地質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警。不過(guò)由于傳感器供電和信號(hào)傳輸困難，目前這些傳感器都是單體工作的，使用的時(shí)候只能是工作人員到監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用專用的手持設(shè)備逐個(gè)去讀取各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，這種傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和在線監(jiān)控預(yù)警，且監(jiān)測(cè)的范圍較小。
[0004]因此，尋求一種智能化、能適用于大面積野外環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將光纖光柵傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，具有在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、組網(wǎng)容易擴(kuò)展、技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易、監(jiān)測(cè)范圍廣、功耗小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊和一協(xié)調(diào)器模塊，每個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊均分別與所述協(xié)調(diào)器模塊無(wú)線連接；所述無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊包括光纖光柵傳感單元和一無(wú)線收發(fā)模塊；所述無(wú)線收發(fā)模塊用于將光纖光柵傳感單元采集的信號(hào)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊；所述每個(gè)光纖光柵傳感單元均包括若干個(gè)光纖光柵傳感器。本實(shí)用新型中，若干個(gè)光纖光柵傳感器組成一個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)(即光纖光柵傳感單元)，然后再通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)將多個(gè)光纖光柵傳感單元組成更大的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)行大范圍野外預(yù)警的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0007]具體的，每個(gè)所述光纖光柵傳感單元包括單波長(zhǎng)激光光源、I XN光纖耦合器、I X 2光纖親合器、光纖光柵傳感器和光電探頭，單波長(zhǎng)激光光源與IXN光纖親合器的輸入端連接，I XN光纖親合器的輸出端分別與若干個(gè)1X2光纖親合器的輸入端連接；每個(gè)1X2光纖親合器均有兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸出端與一光纖光柵傳感器連接，另一個(gè)輸出端與一光電探頭連接；所述光電探頭均與無(wú)線收發(fā)模塊連接。
[0008]更進(jìn)一步的，所述光纖光柵傳感單元中的光纖光柵傳感器的初始波長(zhǎng)均相同，物理性質(zhì)均相同。
[0009]作為優(yōu)選，所述單波長(zhǎng)激光光源為線寬小于10皮米的連續(xù)激光光源。
[0010]具體的，所述無(wú)線收發(fā)模塊為ZigBee收發(fā)模塊。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其相較于其他的無(wú)線傳輸方式，具有近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]具體的，所述協(xié)調(diào)器模塊為ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。該模塊也采用ZigBee無(wú)線傳輸方式，與ZigBee收發(fā)模塊對(duì)應(yīng)。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0013]1、在實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警中，需要監(jiān)控的面積往往很大，如果僅靠增加光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)大大增長(zhǎng)線纜的鋪設(shè)長(zhǎng)度，使成本增大。同時(shí)埋入地下的設(shè)備更換和維護(hù)起來(lái)成本相對(duì)較高。本實(shí)用新型提出將光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行組網(wǎng)，不需要額外鋪設(shè)線纜，并且可以通過(guò)無(wú)線方式將多處監(jiān)控的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一處理與監(jiān)控，使得監(jiān)控面積增大，并且監(jiān)控起來(lái)更加高效，具有穩(wěn)定、低功耗、自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2、本實(shí)用新型提出無(wú)線收發(fā)模塊和協(xié)調(diào)器模塊均選用ZigBee的無(wú)線傳輸方式的硬件模塊，具有近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型裝置的整體架構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型中無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例提出一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行組網(wǎng)，架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊2和一協(xié)調(diào)器模塊1，無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊2均分別與所述協(xié)調(diào)器模塊I無(wú)線連接。參見圖2，每個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊2均包括一個(gè)光纖光柵傳感單元和I個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊2-12，該光纖光柵傳感單元為一個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，其包括若干個(gè)光纖光柵傳感器。通過(guò)這樣的組網(wǎng)方式，可以擴(kuò)大監(jiān)測(cè)的范圍。
[0020]在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊2和協(xié)調(diào)器模塊I之間采用無(wú)線方式連接，可以根據(jù)使用情況利用現(xiàn)有的任意一種無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)，例如3G、WiF1、WLAN、藍(lán)牙等，目前市面上已有較成熟的通信模塊。
[0021]本實(shí)施例中，基于所發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是要應(yīng)用于野外，需要盡量少的避免人工去現(xiàn)場(chǎng)，盡量長(zhǎng)的處于工作狀態(tài)，因此考慮選用一種穩(wěn)定、低功耗的無(wú)線通信模塊。已知Zigbee協(xié)議組網(wǎng)方法是一類非常省電的無(wú)線組網(wǎng)方法，因此本實(shí)施例選用ZigBee收發(fā)模塊作為無(wú)線收發(fā)模塊，同時(shí)協(xié)調(diào)器模塊也采用ZigBee協(xié)調(diào)器模塊，二者均采用Zigbee協(xié)議，ZigBee收發(fā)模塊用于采集光纖光柵傳感單元的傳感信號(hào)，并發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。
[0022]同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了進(jìn)一步節(jié)省ZigBee相應(yīng)模塊的功耗，此模塊本身會(huì)設(shè)有定時(shí)喚醒與睡眠兩種功能模式，僅在需要工作時(shí)才被喚醒，其他時(shí)間均處于睡眠狀態(tài)，因此能更進(jìn)一步降低ZigBee的功耗，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控。
[0023]本實(shí)施例中的無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)參見圖2，包括一光纖光柵傳感單元和一ZigBee收發(fā)模塊2_12。其中光纖光柵傳感單元包括單波長(zhǎng)激光光源2_1、1XN光纖親合器2-2、3個(gè)1X2光纖耦合器(2-3、2-4、2-5)、相同波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器(2_6、2_7、2_8)、光電探頭(2-9、2-10、2-11) ο
[0024]其中，單波長(zhǎng)激光光源2-1的輸出端口與I XN光纖耦合器2-2的端口 2_2_1連接，I XN光纖耦合器2-2的端口 2-2-2與1X2光纖耦合器2_3的端口 2_3_1連接，端口2-2-3與I X 2光纖耦合器2-4的端口 2_4_1連接，端口 2_2_4與I X 2光纖耦合器2_5的端口 2-5-1連接。I X 2光纖耦合器2-3的端口 2-3-3與光纖光柵傳感器2_6輸入端連接，端口 2-3-2與光電探頭2-9的輸入端連接。同樣的，1X2光纖耦合器2_4的端口 2_4_3與光纖光柵傳感器2-7輸入端連接，端口 2-4-2與光電探頭2-10的輸入端連接。I X 2光纖耦合器2-5的端口 2-5-3與光纖光柵傳感器2-8輸入端連接，端口 2_5_2與光電探頭2_11的輸入端連接；光電探頭(2-9、2-10、2-11)的輸出端分別與ZigBee收發(fā)模塊2_12的輸入端連接。
[0025]本實(shí)施例所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是:單波長(zhǎng)激光光源2-1 (線寬小于10皮米)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)IXN光纖耦合器分成N路，經(jīng)過(guò)1X2光纖耦合器(2-3、2-4和2_5)分別入射到初始波長(zhǎng)相同的光纖光柵傳感器(2-6、2-7、2-8)，外界環(huán)境對(duì)光纖光柵傳感器(2-6、2-7、2-8)產(chǎn)生應(yīng)變影響，導(dǎo)致反射光譜發(fā)生移動(dòng)并影響反射光的功率，反射光經(jīng)過(guò)1X2光纖耦合器(2-3、2-4和2-5)后，由光電探頭(2-9、2_10、2_11)檢測(cè)光纖光柵傳感器反射光的功率大小，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電壓。ZigBee收發(fā)模塊2_12米集各個(gè)光電探頭的電壓值，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絑igBee協(xié)調(diào)器模塊I。ZigBee協(xié)調(diào)器模塊接收到ZigBee收發(fā)模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的傳感信號(hào)后，可對(duì)信號(hào)進(jìn)行保存，或者識(shí)別，或者顯示等操作。同時(shí)也可以預(yù)先設(shè)定一個(gè)閾值，判斷當(dāng)前電壓是否超過(guò)閾值，如果超過(guò)，則直接進(jìn)行報(bào)警。
[0026]本實(shí)施例中，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊1、單波長(zhǎng)激光光源2_1、1XN光纖耦合器2_2、1X2光纖親合器(2-3、2_4和2-5)、相同波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器(2_6、2_7和2_8)、光電探頭(2-9、2-10和2-11)、ZigBee收發(fā)模塊2_12均為現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，利用這些現(xiàn)有產(chǎn)品具有的功能，構(gòu)建的本實(shí)施例所述系統(tǒng)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[0027]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊和一協(xié)調(diào)器模塊，每個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊均分別與所述協(xié)調(diào)器模塊無(wú)線連接；所述無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊包括光纖光柵傳感單元和一無(wú)線收發(fā)模塊；所述無(wú)線收發(fā)模塊用于將光纖光柵傳感單元采集的信號(hào)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊；所述每個(gè)光纖光柵傳感單元均包括若干個(gè)光纖光柵傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述光纖光柵傳感單元包括單波長(zhǎng)激光光源、I XN光纖耦合器、I X 2光纖耦合器、光纖光柵傳感器和光電探頭，單波長(zhǎng)激光光源與I XN光纖耦合器的輸入端連接，I XN光纖親合器的輸出端分別與若干個(gè)1X2光纖親合器的輸入端連接；每個(gè)1X2光纖親合器均有兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸出端與一光纖光柵傳感器連接，另一個(gè)輸出端與一光電探頭連接；所述光電探頭均與無(wú)線收發(fā)模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵傳感單元中的光纖光柵傳感器的初始波長(zhǎng)均相同，物理性質(zhì)均相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述單波長(zhǎng)激光光源為線寬小于10皮米的連續(xù)激光光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線收發(fā)模塊為ZigBee收發(fā)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器模塊為ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于光纖光柵傳感器的野外預(yù)警無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊和一協(xié)調(diào)器模塊，每個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊均分別與協(xié)調(diào)器模塊無(wú)線連接。無(wú)線監(jiān)測(cè)模塊包括光纖光柵傳感單元和一無(wú)線收發(fā)模塊。光纖光柵傳感單元包括單波長(zhǎng)激光光源、1×N光纖耦合器、1×2光纖耦合器、光纖光柵傳感器和光電探頭，其中光纖光柵傳感器為多個(gè)，每一個(gè)光纖光柵傳感單元均為一個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線收發(fā)模塊為ZigBee收發(fā)模塊，協(xié)調(diào)器模塊為ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。本實(shí)用新型中，若干個(gè)光纖光柵傳感器組成一個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，然后再通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)將多個(gè)光纖光柵傳感單元組成更大的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)行大范圍野外預(yù)警的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【IPC分類】G08C17-02
【公開號(hào)】CN204348056
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520015530
【發(fā)明人】周斌, 丁志成, 孔熾斌, 魯昌濤, 何賽靈
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日