一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感检测领域，特别涉及一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统。
【背景技术】
[0002]在滑坡、塌陷等地质灾害的监测和预警过程中，由于很多待测点通常是在野外，环境复杂多变，同时这类检测需要长期、在线进行，因此需要抗干扰性强、抗腐蚀的传感器。
[0003]由于光纤光栅传感器的材料是二氧化硅，因此其具有抗腐蚀性和抗干扰性强的优点，可以长期放置在野外工作。目前已有用光纤光栅制作的土压力计、倾斜计等传感器用于地质监测预警。不过由于传感器供电和信号传输困难，目前这些传感器都是单体工作的，使用的时候只能是工作人员到监测点，用专用的手持设备逐个去读取各个传感器的数据，这种传感器无法实现联网和在线监控预警，且监测的范围较小。
[0004]因此，寻求一种智能化、能适用于大面积野外环境的在线监测系统具有重要的应用价值。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，该系统将光纤光栅传感器和无线网络相结合，具有在线实时监测预警、组网容易扩展、技术实现容易、监测范围广、功耗小、寿命长等优点。
[0006]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，包括若干个无线监测模块和一协调器模块，每个无线监测模块均分别与所述协调器模块无线连接；所述无线监测模块包括光纤光栅传感单元和一无线收发模块；所述无线收发模块用于将光纤光栅传感单元采集的信号通过无线方式发送到协调器模块；所述每个光纤光栅传感单元均包括若干个光纤光栅传感器。本实用新型中，若干个光纤光栅传感器组成一个光纤光栅传感网络(即光纤光栅传感单元)，然后再通过无线组网将多个光纤光栅传感单元组成更大的网络，从而实现进行大范围野外预警的实时监控。
[0007]具体的，每个所述光纤光栅传感单元包括单波长激光光源、I XN光纤耦合器、I X 2光纤親合器、光纤光栅传感器和光电探头，单波长激光光源与IXN光纤親合器的输入端连接，I XN光纤親合器的输出端分别与若干个1X2光纤親合器的输入端连接；每个1X2光纤親合器均有两个输出端，其中一个输出端与一光纤光栅传感器连接，另一个输出端与一光电探头连接；所述光电探头均与无线收发模块连接。
[0008]更进一步的，所述光纤光栅传感单元中的光纤光栅传感器的初始波长均相同，物理性质均相同。
[0009]作为优选，所述单波长激光光源为线宽小于10皮米的连续激光光源。
[0010]具体的，所述无线收发模块为ZigBee收发模块。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议，其相较于其他的无线传输方式，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的优点。
[0011]具体的，所述协调器模块为ZigBee协调器模块。该模块也采用ZigBee无线传输方式，与ZigBee收发模块对应。
[0012]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0013]1、在实际地质灾害预警中，需要监控的面积往往很大，如果仅靠增加光纤光栅传感网络，这会大大增长线缆的铺设长度，使成本增大。同时埋入地下的设备更换和维护起来成本相对较高。本实用新型提出将光纤光栅传感网络和无线网络相结合进行组网，不需要额外铺设线缆，并且可以通过无线方式将多处监控的结果进行统一处理与监控，使得监控面积增大，并且监控起来更加高效，具有稳定、低功耗、自组网的优点。
[0014]2、本实用新型提出无线收发模块和协调器模块均选用ZigBee的无线传输方式的硬件模块，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的优点。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型装置的整体架构示意图。
[0016]图2是本实用新型中无线监测模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0018]实施例1
[0019]本实施例提出一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，该系统是将光纤光栅传感网络和无线网络相结合进行组网，架构如图1所示，该系统包括若干个无线监测模块2和一协调器模块1，无线监测模块2均分别与所述协调器模块I无线连接。参见图2，每个无线监测模块2均包括一个光纤光栅传感单元和I个无线收发模块2-12，该光纤光栅传感单元为一个光纤光栅传感网络，其包括若干个光纤光栅传感器。通过这样的组网方式，可以扩大监测的范围。
[0020]在实际应用中，无线监测模块2和协调器模块I之间采用无线方式连接，可以根据使用情况利用现有的任意一种无线方式实现，例如3G、WiF1、WLAN、蓝牙等，目前市面上已有较成熟的通信模块。
[0021]本实施例中，基于所发明的监测系统是要应用于野外，需要尽量少的避免人工去现场，尽量长的处于工作状态，因此考虑选用一种稳定、低功耗的无线通信模块。已知Zigbee协议组网方法是一类非常省电的无线组网方法，因此本实施例选用ZigBee收发模块作为无线收发模块，同时协调器模块也采用ZigBee协调器模块，二者均采用Zigbee协议，ZigBee收发模块用于采集光纤光栅传感单元的传感信号，并发送到ZigBee协调器模块。
[0022]同时，在现有技术中，为了进一步节省ZigBee相应模块的功耗，此模块本身会设有定时唤醒与睡眠两种功能模式，仅在需要工作时才被唤醒，其他时间均处于睡眠状态，因此能更进一步降低ZigBee的功耗，实现长时间的监控。
[0023]本实施例中的无线监测模块的结构参见图2，包括一光纤光栅传感单元和一ZigBee收发模块2_12。其中光纤光栅传感单元包括单波长激光光源2_1、1XN光纤親合器2-2、3个1X2光纤耦合器(2-3、2-4、2-5)、相同波长的光纤光栅传感器(2_6、2_7、2_8)、光电探头(2-9、2-10、2-11) ο
[0024]其中，单波长激光光源2-1的输出端口与I XN光纤耦合器2-2的端口 2_2_1连接，I XN光纤耦合器2-2的端口 2-2-2与1X2光纤耦合器2_3的端口 2_3_1连接，端口2-2-3与I X 2光纤耦合器2-4的端口 2_4_1连接，端口 2_2_4与I X 2光纤耦合器2_5的端口 2-5-1连接。I X 2光纤耦合器2-3的端口 2-3-3与光纤光栅传感器2_6输入端连接，端口 2-3-2与光电探头2-9的输入端连接。同样的，1X2光纤耦合器2_4的端口 2_4_3与光纤光栅传感器2-7输入端连接，端口 2-4-2与光电探头2-10的输入端连接。I X 2光纤耦合器2-5的端口 2-5-3与光纤光栅传感器2-8输入端连接，端口 2_5_2与光电探头2_11的输入端连接；光电探头(2-9、2-10、2-11)的输出端分别与ZigBee收发模块2_12的输入端连接。
[0025]本实施例所述的监测系统的工作过程是:单波长激光光源2-1 (线宽小于10皮米)发出的激光经过IXN光纤耦合器分成N路，经过1X2光纤耦合器(2-3、2-4和2_5)分别入射到初始波长相同的光纤光栅传感器(2-6、2-7、2-8)，外界环境对光纤光栅传感器(2-6、2-7、2-8)产生应变影响，导致反射光谱发生移动并影响反射光的功率，反射光经过1X2光纤耦合器(2-3、2-4和2-5)后，由光电探头(2-9、2_10、2_11)检测光纤光栅传感器反射光的功率大小，并转化为相应电压。ZigBee收发模块2_12米集各个光电探头的电压值，通过无线网络传输到ZigBee协调器模块I。ZigBee协调器模块接收到ZigBee收发模块发送过来的传感信号后，可对信号进行保存，或者识别，或者显示等操作。同时也可以预先设定一个阈值，判断当前电压是否超过阈值，如果超过，则直接进行报警。
[0026]本实施例中，ZigBee协调器模块1、单波长激光光源2_1、1XN光纤耦合器2_2、1X2光纤親合器(2-3、2_4和2-5)、相同波长的光纤光栅传感器(2_6、2_7和2_8)、光电探头(2-9、2-10和2-11)、ZigBee收发模块2_12均为现有的成熟产品，利用这些现有产品具有的功能，构建的本实施例所述系统，具有较大的推广应用价值。
[0027]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，包括若干个无线监测模块和一协调器模块，每个无线监测模块均分别与所述协调器模块无线连接；所述无线监测模块包括光纤光栅传感单元和一无线收发模块；所述无线收发模块用于将光纤光栅传感单元采集的信号通过无线方式发送到协调器模块；所述每个光纤光栅传感单元均包括若干个光纤光栅传感器。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，每个所述光纤光栅传感单元包括单波长激光光源、I XN光纤耦合器、I X 2光纤耦合器、光纤光栅传感器和光电探头，单波长激光光源与I XN光纤耦合器的输入端连接，I XN光纤親合器的输出端分别与若干个1X2光纤親合器的输入端连接；每个1X2光纤親合器均有两个输出端，其中一个输出端与一光纤光栅传感器连接，另一个输出端与一光电探头连接；所述光电探头均与无线收发模块连接。
3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感单元中的光纤光栅传感器的初始波长均相同，物理性质均相同。
4.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，所述单波长激光光源为线宽小于10皮米的连续激光光源。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，所述无线收发模块为ZigBee收发模块。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，其特征在于，所述协调器模块为ZigBee协调器模块。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤光栅传感器的野外预警无线监测系统，包括若干个无线监测模块和一协调器模块，每个无线监测模块均分别与协调器模块无线连接。无线监测模块包括光纤光栅传感单元和一无线收发模块。光纤光栅传感单元包括单波长激光光源、1×N光纤耦合器、1×2光纤耦合器、光纤光栅传感器和光电探头，其中光纤光栅传感器为多个，每一个光纤光栅传感单元均为一个光纤光栅传感网络。无线收发模块为ZigBee收发模块，协调器模块为ZigBee协调器模块。本实用新型中，若干个光纤光栅传感器组成一个光纤光栅传感网络，然后再通过无线组网将多个光纤光栅传感单元组成更大的网络，从而实现进行大范围野外预警的实时监控。
【IPC分类】G08C17-02
【公开号】CN204348056
【申请号】CN201520015530
【发明人】周斌, 丁志成, 孔炽斌, 鲁昌涛, 何赛灵
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月9日