光纤火警系统的新设计(英文)

光纤火警报警系统是用于保护重要仪器设备的一种有效的手段,是为了探测在变化的背景温度下(从室温到500-600℃),局部温度出现至少50-100℃的温度升高(对应出现火险的情形)。传感器保护的范围约1-3米,空间分辨率至少30cm。系统采用荧光寿命作为传感参量,有两种情形可以改变测得的荧光寿命,必须加以区分:一种情况是传感器局部出现高温点,意味着在该处出现火情;另一种情况是背景温收稿日期:2003 07 01 孙伟民,wmsun@optics teaching.org,本项目受到黑龙江省自然科学基金项目(A0308)支持。·771·　　第2期NewDesignofFiber-BasedFireAlarmSystem2004年度整体发生变化,在实际应用时环境背景温度可能有几百度的温度波动。本文采用了两种方式来区分以上两种情况:一种是采用一小段高掺杂荧光光纤作为点式参考光纤,称为参考法:一种是对测得的荧光衰减信号进行修正,称为修正法。分别给出了两种方法的实验系统及测试结果。     

基于红蓝宝石光纤传感头的多通道光纤温度传感器

为了实现从室温到1000℃范围内的多点温度实时测量,基于红蓝宝石光纤传感探头,研制了一种连续快速温度测量的多通道光纤温度传感器.该系统结合了荧光测温和辐射测温原理,可同时测量8个传感探头的温度随时间的变化信号.提出基于面积平衡计算的数字迭代算法用来计算荧光寿命.与快速傅里叶变换算法的仿真对比结果表明,该算法计算速度快、抗噪声能力强、结果稳定性好、测量精度高.对系统进行长期的温度和稳定性实验,结果表明该系统具有较高的稳定性和测量精度,测温范围从室温到1000℃,精度达±1℃.     

匹配光纤光栅温度传感解调系统

实验了一种基于一维调节器的光纤光栅静态温度(温度缓变)探测系统。在系统中,一维调节器与步进电机相连,步进电机由PC(计算机)通过PLC(可编程逻辑控制器)进行控制,匹配光纤光栅被固定在一维调节器上用来解调增敏光纤光栅传感器探测到的温度信号,匹配光栅的Bragg周期可通过调节一维调节器进行控制,其透射的光信号经光电检测电路检测并与调节架形成闭环控制。实验测得,在10℃~70℃范围内系统温度传感探测精度为±0.3℃。     

CdSe/ZnS量子点在倏逝波光纤pH传感中的应用

将新型量子点荧光传感技术与光纤倏逝波传感技术相结合,发展了一种基于量子点荧光效应并结合倏逝波传导进行溶液酸碱度检测的新型传感技术,具有灵敏度高、检测速度快、便于微环境检测、可实现远程探测、实时监测和原位分析等特点。详细介绍了用于倏逝波传感的锥柱组合型光纤荧光探头的制备方法,量子点在光纤探头表面的修饰流程,光谱与强度两种光纤pH传感平台的建立,并分别从响应范围、线性度、重复性和稳定性等方面对CdSe/ZnS量子点应用于光纤pH传感进行了评价。结果表明,在pH值为2~12的范围内,CdSe/ZnS量子点的荧光光谱信号的峰位在强酸和强碱的情况下都会产生红移,且红移量随pH值的变化呈线性关系,其量子点荧光强度信号随pH值的减小呈线性降低关系,通过在强酸和强碱下交替测试的实验表明其具有较好的重复性,利用荧光强度传感平台进行实时监测的实验表明其具有较好的稳定性。因此,将CdSe/ZnS量子点用于倏逝波光纤pH传感具有可行性,在生物化学、环境监测、医学临床、食品安全等领域的pH值测量方面有着广泛的应用前景。     

从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器

表述了从室温到１８００℃测温范围的全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器。该光纤传感器综合了光纤辐射测温技术和光纤荧光测温技术的特点,利用特殊生长的端部Ｃｒ＾３＋离子掺杂的蓝宝石单 光纤,使两者有机地结合实现用单一光纤传感头达到大范围的温度测量,介绍了端部掺杂的蓝宝石单晶光纤的生长方法,分析了它的荧光温度特性、光纤传感头上荧光信号与热辐射信号的相互干扰以及光纤温度传感器的系统结构和工作原理,给出了实验     

基于线型腔掺铒光纤激光器的光纤光栅传感实验研究

提出了一种基于线型腔掺铒光纤激光器的光纤布拉格光栅传感解调系统,并进行了理论分析和实验验证。此传感系统具有稳定性好、信噪比高、结构简单等特点。实验结果表明:在常温下光纤光栅传感解调系统能很好的实现光纤光栅传感信号的传感和检测;15m掺铒光纤用作增益介质可以产生较大信噪比的稳定激光输出,系统在4nm范围内的解调精度为0.04nm。     

基于InGaAs光谱成像技术的光纤光栅传感器在大坝渗流监测系统的应用

为了实现大坝渗流监测,提出了一种采用光谱成像技术的光纤Bragg光栅传感器和多点传感系统。基于室内实验结果,对监测系统可靠性与监测数据准确度进行和多点传感信号分辨因子分析,结果表明:用于坝体温度场检测的光线光栅传感器波长温度响应灵敏度可达0.009 1nm/℃;由光源带宽决定的测试系统可实现多个传感器的复用。实践表明:采用光纤光栅传感系统可进行大坝渗流自动监测,特别是在系统防雷击、抗干扰性方面,与传统仪器相比具有明显优势。     

岩层变形检测的光纤光栅多点传感理论与工程应用

为了监测松散地层沉降变形,提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统.基于室内实验结果,给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm,分析了多点传感信号分辨因子,山光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器.设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列.工程实践表明,光纤光栅传感系统采用双同路布置.可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率.     

基于双向拉曼放大的相位敏感光时域反射仪

报道了一种基于双向拉曼放大延长相位敏感光时域反射仪分布式光纤传感系统传感距离的方法.利用双向拉曼抽运对信号光进行拉曼放大, 补偿了光纤传输损耗.实验表明, 该方法提高了整个传感光纤上信号光的分布均匀性, 实现了74 km的超长传感距离和20 m的空间分辨率, 同时, 试验了不同信号光入纤功率和抽运功率对基于双向拉曼放大的相位敏感光时域反射仪系统的影响. 关键词： 相位敏感光时域反射仪 分布式光纤传感 拉曼放大     

应用光纤生物传感器测量肿瘤的自体荧光光谱

光纤生物传感器是现代生物传感技术中的一个非常重要的类别。当前,许多以荧光检测为手段的光纤生物传感器已经商品化了,但几乎都是依靠检测荧光指示剂的光强来获取生物信息,而直接利用生物样品的自体荧光光谱来获取生物信息的光纤传感系统却还未上市。利用自行研发的一套三维荧光光谱光纤传感系统对新鲜的人体乳腺组织切片进行了研究,实验结果表明乳腺癌变组织与正常组织的自体荧光光谱的峰位和峰强比值存在明显区别,这是因为癌变组织的生化成分发生了根本改变。尽管其间的规律还需进一步探索,但可以展望,自体荧光光谱技术与光纤生物传感技术的结合有潜力成为人体恶性肿瘤在线原位诊断的有利工具。     

一种新型光纤光栅围栏防火防入侵同步预警系统

利用布喇格光纤光栅传感器对应变和温度同时敏感的特性,根据应变和温度导致光栅中心波长变化趋势及规律的不同,在光纤光栅围栏入侵监测系统中,从信号时域、频域提取的多方位特征对周界入侵和火灾发生等威胁安全事件进行智能识别和报警.在光纤光栅围栏防入侵功能基础上,无需做任何硬件封装的改变,也无需另外增加温度敏感光缆和集成其他温度监测系统,即可同时达到火灾监测的目的,实现防火和防入侵的同步预警.处理结果验证了该方法的有效性.     

CO和CO2气体红外光谱技术在火灾早期探测中的应用研究

通过对现有各种火灾探测方法进行归纳分析,提出以CO和CO2作为探测特征参量的傅里叶红外-光谱技术早期火灾探测新方法,并在此基础上建立了完善的早期火灾实验系统.通过大量真假火灾实验得出常见材料在火灾发生过程中产生气体浓度的变化特征:真实火灾产生出大量的CO和CO2,浓度变化非常有规律;假火灾只产生极少量的CO,且浓度变化杂乱无章.从浓度数据中提取出火灾发生的特征信息制定探测算法就可以有效地提高早期报警的分辨率,降低火灾探测的误报率.     

环形扬声器阵列的警报系统设计*

针对工厂车间中局部异常需警报及时提醒的情况,设计一款36通道的环形音频警报系统,实现局部警报声播放的效果,并验证所设计系统的可行性。为达到输入输出实时运算的目的,该基于环形扬声器阵列的警报系统以高性能数字信号处理为核心展开,通过多通道模拟数字转换器、数字模拟转换器及功率放大器等硬件电路,利用最小二乘法将警报信号传递到相应区域。在全消声室环境下,该系统通过PC机产生单频信号,实现了音频的指向性,验证了所设计系统的可行性。     

基于多光谱图像的烟雾检测

烟雾检测对于火灾早期防范非常重要,传统的智能视频和图像处理技术易受背景运动信息影响,抗干扰性差,且不容易区分森林水雾和燃烧产生的烟雾,森林防火误报率高。为此提出一种新的多光谱图像检测方法检测烟雾。采用多光谱成像系统,获取400至720 nm波段范围的烟雾、水雾光谱图像序列,对图像进行分层像素整合处理;利用欧氏距离度量不同分块光谱特征差异,获取动态区域光谱特征向量,根据目标与背景间光谱特征向量差异,提取烟雾、水雾区域。室内外试验结果表明：多光谱图像检测方法可用于烟雾检测,能够有效地检测并区分烟雾和水雾,与视频图像方法结合,可有效地用于森林火灾监测,降低森林火灾检测误报率。     

Reduction of false alarms in forest fire surveillance using water vapour concentration measurements

In this work a theoretical model to evaluate the capabilities of our lidar system in forest fire detection is reported. In particular, a new idea of minimization of false alarm is shown. In a forest fire, in fact, a lot of ashes and in the first stage a large amount of water vapour are emitted. Measurements of water vapour increase with respect to standard humidity in the atmosphere due to a forest fire event, by means of Raman analysis, permit to minimize the false alarm. A simulation of one case of study permits to estimate the maximum range of detection and minimum sensibility of our lidar system. In this paper the theoretical results are shown.     

优先权排队在消防物联网中的应用

针对消防物联网系统中消防监控中心收到的火警信息存在延迟,可能导致救火作战时机延误的问题,提出了一种火警信息优先传输的解决方案。首先,推导出FCFS的M/M/1排队系统的运行指标;其次,将消防报警信息分为火警报警信息、火警消除信息、故障报警信息和故障消除信息等四个优先级,建立非抢占优先权排队系统,并推导出各个优先级的运行指标;最后,从平均逗留时间和平均队长两个维度,比较了非抢占优先权排队系统和M/M/1系统的性能。提出的火警信息优先传输方案,满足了火警信息时延小的要求,同时实现复杂度低,为消防物联网安全信息数据的获取提供一定的理论支撑。     

光散射在烟尘探测中的应用

利用烟尘微粒对光的散射作用，通过测量散射光的强度，可以作为烟尘的传感信号，这种信号可用于火警初期的报警信号，进行火警探测，从而扩充了光散射现象的应用范围。     

经验模态分解法在光纤光栅围栏报警系统中的应用

为了解决基于FBG传感器的光纤围栏报警系统中多个FBG传感器在同时受扰时,定位报警信号难的问题,实现对报警信号的有效识别和判断,提出了一种基于经验模态分解（EMD）和小波包特征熵算法的分析方法。利用经验模态分解法对于信号的突变性敏感和有效保留以及其特有的自适应性分解特性,首先对报警信号进行经验模态分解,再结合小波包分解,得到小波包系数提取其信号的能量分布,再做归一化得到信号的能量分布特征向量,进而运用相关性分析实现对报警信号的识别和判断。通过建立实验模型,对采集到的报警信号做了分析,证明了该方法对于解决光纤围栏报警系统中FBG传感器的级联判断报警信号的有效性。     

信息网络环境下智能安防报警系统设计

为了保证学校学生和其他在校人员的学习生活安全,并且可以最大限度的保障内部人员的人身以及财产安全,需要对校园的安防报警系统进行优化。但目前设计方法在智能安防报警系统优化过程中,无法在校内无人的状况下对学校的突发事件智能安防报警系统,存在校园智能安防报警系统性能不高的问题。为此,提出了一种基于MSP430单片机的信息技术环境下校园智能安防报警系统设计方法。该设计方法先将MSP430单片机嵌入至安防报警系统多控制传感器模块中进行实时监测,并且统计关于学校内部人员以及其贵重物品的进出与防火灾安全情况,然后采用C/S(Client/Server)结构根据安全状况设置智能声光报警,使用无线传输技术快速组网,各个采集终端在监控安防报警信息的同时,利用无线方式发送到总控制平台,方便学校的管理人员实时了解学校安防状况。最后在危险情况发生时发送短信快速通知校内安防人员,尽量避免或者降低校内人员的财产损失,保证学生以及校内其他人员的安全。仿真实验证明,所提方法提高了信息网络环境下校园智能安防报警系统的稳定性,增强了校园智能安防报警系统的灵活性和自动性。