基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，包括：邁克爾遜干涉光路模塊、擴束系統(tǒng)和光闌、電路處理模塊、信號處理及顯示模塊組成，邁克爾遜干涉光路模塊中器件包括：光學全反鏡、衰減片、光學45度反射鏡、地面反射鏡、非偏振1∶1分光鏡；電路處理模塊包括：光電傳感器、隔直放大電路、濾波電路，光電傳感器通過線路與隔直放大電路連接，隔直放大電路與濾波電路連接；信號處理及顯示模塊包括：單片機及信號處理程序、報警系統(tǒng)，單片機使用ADC采樣信號數(shù)據(jù)。本發(fā)明基于邁克爾遜干涉原理，其測量靈敏度高，測量誤差小，能夠對微弱的振動進行精確報警，具有非常廣闊應用前景。
【專利說明】基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及地面微弱震動報警系統(tǒng)，尤其是涉及基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]震動報警系統(tǒng)廣泛應用于地震監(jiān)測、防盜報警等領域，目前，現(xiàn)有的震動報警器其采用的原理導致在使用過程中存在靈敏度高，制造成本昂貴，不易維護維修等諸多的不足，嚴重影響監(jiān)測結果和防盜功能。中國專利號:201120006477.2公開了一種微地震監(jiān)測系統(tǒng)，包括三分量地震傳感器和/或加速度檢波器、中央處理電腦和地震記錄器，其中三分量地震傳感器和/或加速度檢波器，為多數(shù)個以陣列的形式安裝于地下和/或土地表面，用于探測和測量微震活動信號，并將檢測到的微地震信號傳至地震記錄器；地震記錄器，接收三分量地震傳感器和/或加速度檢波器傳送的微地震信號，并轉換為數(shù)字信號后傳到中央處理電腦；中央處理電腦，根據(jù)數(shù)字信號對微地震活動自動定位和作圖，提供一個交互的三維可視化地震規(guī)模和地點。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有地面微弱震動報警系統(tǒng)的不足之處，采用獨特創(chuàng)新性的設計，利用邁克爾遜干涉法測量微弱振動，從而基于提出了一種基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其不僅可用于地震報警，還可以用于博物館或保險室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報警，當人接近，會引起地面微弱震動，進而引發(fā)報警裝置。
[0004]本發(fā)明解采用以下技術方案來解決現(xiàn)有的技術問題。
[0005]基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、電路處理模塊、擴束系統(tǒng)和光闌、信號處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號處理模塊和顯示模塊連接，并進行信號傳輸。
[0006]所述的邁克爾遜干涉光路模塊器件包括:氦氖激光器、光學全反鏡、衰減片、光學45度反射鏡、地面反射鏡、非偏振1:1分光鏡，氦氖激光器發(fā)射激光束，激光束照射至非偏振1:1分光鏡，光束分為兩束，一束照射至光學全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學45度反射鏡，光學45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡，來采集振動信息，所述的地面反射鏡固定在地面上。所述的地面反射鏡反射包含地面震動信息的激光束至光學45度反射鏡，光學45度反射鏡將包含地面震動信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學全反鏡反射的激光束經(jīng)過衰減片至非偏振1:1分光鏡，兩束激光束一起通過擴束系統(tǒng)和光闌照射到電路模塊中的光電傳感器上，光闌控制光束通過的數(shù)量，主要用于調節(jié)通過的光束的強弱。
[0007]所述的非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡的安裝距離是100?2000mm，非偏振I: I分光鏡與光學45度的安裝距離是50?1000mm，非偏振1:1分光鏡與擴束系統(tǒng)的安裝距離是20?IOOmm
[0008]所述的衰減片設置在非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡之間，衰減片與光學全反鏡的安裝距離是20?500mm。
[0009]所述的光闌設置在光電傳感器和擴束系統(tǒng)之間，光闌與光電傳感器的安裝距離是10 ?IOOmm0
[0010]所述的電路處理模塊包括:光電傳感器、隔直放大電路、濾波電路，光電傳感器通過線路與隔直放大電路連接，隔直放大電路與濾波電路連接，所述的光電傳感器采用半導體材料制成的光電器件，光電傳感器是硫化鎘光敏電阻，光敏電阻沒有極性，是電阻器件，光敏電阻的相對靈敏度較高，所述的濾波電路器件是濾波器，濾波器是采用4階有源巴特沃茲濾波器，濾波器的截止頻率設置在100Hz。
[0011]所述的信號處理及顯示模塊包括:單片機及信號處理程序、報警系統(tǒng)，單片機使用ADC采樣信號數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域濾波法將IOOhz以上和50hz的干擾給濾去，傅里葉反變換得到濾波后的時域波形，在報警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時域和頻域的波形。
[0012]基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，通過上述三個模塊來實現(xiàn)對地面微弱振動的非接觸式測量，達到顯示模擬地面微弱振動頻率和波形的目的，該系統(tǒng)首先通過邁克爾遜干涉光路，將激光器的光束分為兩束，一束作為參考光，另一束為通過地面反射鏡反射回來的光來采集震動信息，最后通過光電傳感器將干涉光的震動信息轉換成電信號送給后級處理，電路部分主要是通過濾波放大對傳感器傳來的電信號做一些信號處理，濾除雜波，放大信號，單片機處理顯示部分則是通過采樣，顯示出信號時域波形，然后通過傅里葉變換得到信號的頻譜并顯示出來，從而得到模擬地面微弱振動的頻率和波形。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用邁克爾遜干涉法測量振動，基于邁克爾遜干涉原理，測量屬于零差測量，區(qū)別于外差測量，省去了外差測量需要的移頻網(wǎng)絡，其設計科學合理，測量靈敏度高，測量誤差小，能夠對微弱的振動進行精確報警，不僅可用于地震報警，還可以用于博物館或保險室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報警，當人接近，會引起地面微弱震動，進而引發(fā)報警裝置，具有非常廣闊應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)的光路原理圖；
[0015]圖2是基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1和圖2所示，基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、擴束系統(tǒng)和光闌、電路處理模塊、信號處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號處理模塊和顯示模塊連接，并進行信號傳輸。
[0018]如圖1所示，所述的邁克爾遜干涉光路模塊中器件包括:光學全反鏡、衰減片、光學45度反射鏡、地面反射鏡、非偏振1:1分光鏡，氦氖激光器發(fā)射激光束，激光束照射至非偏振1:1分光鏡，光束分為兩束，一束照射至光學全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學45度反射鏡，光學45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡，來采集振動信息，所述的地面反射鏡固定在地面上。所述的地面反射鏡反射包含地面震動信息的激光束至光學45度反射鏡，光學45度反射鏡將包含地面震動信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學全反鏡反射的激光束經(jīng)過衰減片至非偏振1:1分光鏡，兩束激光束一起通過擴束系統(tǒng)和光闌照射到電路模塊中的光電傳感器上，光闌控制光束通過的數(shù)量，主要用于調節(jié)通過的光束的強弱。
[0019]如圖1所示，非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡的安裝距離是100?2000mm，非偏振1:1分光鏡與光學45度的安裝距離是50?1000mm,非偏振1:1分光鏡與擴束系統(tǒng)的安裝距離是20?100mm。
[0020]衰減片設置在非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡之間，衰減片與光學全反鏡的安裝距離是20?500mm。
[0021]光闌設置在光電傳感器和擴束系統(tǒng)之間，光闌與光電傳感器的安裝距離是10?100mm。
[0022]如圖1所示，所述的電路處理模塊包括:光電傳感器、隔直放大電路、濾波電路，光電傳感器通過線路與隔直放大電路連接，隔直放大電路與濾波電路連接，所述的光電傳感器采用半導體材料制成的光電器件，光電傳感器是硫化鎘光敏電阻，光敏電阻沒有極性，是電阻器件，光敏電阻的相對靈敏度較高，所述的濾波電路器件是濾波器，濾波器是采用4階有源巴特沃茲濾波器，濾波器的截止頻率設置在100Hz。
[0023]如圖1所示，所述的信號處理及顯示模塊包括:單片機及信號處理程序、報警系統(tǒng)，單片機使用ADC采樣信號數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域濾波法將IOOhz以上和50hz的干擾給濾去，傅里葉反變換得到濾波后的時域波形，在報警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時域和頻域的波形。
[0024]基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其具體是采用上述三個模塊來實現(xiàn)對地面微弱振動的非接觸式測量，達到顯示模擬地面微弱振動頻率和波形的目的，該系統(tǒng)首先通過邁克爾遜干涉光路，將激光器的光束分為兩束，一束作為參考光，另一束為通過地面反射鏡反射回來的光來采集震動信息，最后通過光電傳感器將干涉光的震動信息轉換成電信號送給后級處理，電路部分主要是通過濾波放大對傳感器傳來的電信號做一些信號處理，濾除雜波，放大信號，單片機處理顯示部分則是通過采樣，顯示出信號時域波形，然后通過傅里葉變換得到信號的頻譜并顯示出來，從而得到模擬地面微弱振動的頻率和波形。
[0025]基于邁克爾遜干涉原理，測量屬于零差測量，區(qū)別于外差測量，省去了外差測量需要的移頻網(wǎng)絡，其設計科學合理，測量靈敏度高，測量誤差小，能夠對微弱的振動進行精確報警，不僅可用于地震報警，還可以用于博物館或保險室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報警，當人接近，會引起地面微弱震動，進而引發(fā)報警裝置，具有非常廣闊應用前景.[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點，本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、電路處理模塊、擴束系統(tǒng)和光闌、信號處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號處理模塊和顯示模塊連接并進行信號傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的邁克爾遜干涉光路模塊器件包括:氦氖激光器、光學全反鏡、衰減片、光學45度反射鏡、地面反射鏡、非偏振1:1分光鏡，氦氖激光器發(fā)射激光束，激光束照射至非偏振1:1分光鏡，光束分為兩束，一束照射至光學全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學45度反射鏡，光學45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡來采集振動信息；所述的地面反射鏡固定在地面上，所述的地面反射鏡反射包含地面震動信息的激光束至光學45度反射鏡，光學45度反射鏡將包含地面震動信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學全反鏡反射的激光束經(jīng)過衰減片至非偏振1:1分光鏡，兩束激光束通過擴束系統(tǒng)和光闌照射到電路模塊中的光電傳感器上。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡的安裝距離是IOOmm?2000mm,非偏振1:1分光鏡與光學45度的安裝距離是50mm?1000mm，非偏振1:1分光鏡與擴束系統(tǒng)的安裝距離是20 ?IOOmm0
4.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的衰減片設置在非偏振1:1分光鏡與光學全反鏡之間，衰減片與光學全反鏡的安裝距離是 20 ?500mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的光闌設置在光電傳感器和擴束系統(tǒng)之間，光闌與光電傳感器的安裝距離是10?100mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的電路處理模塊包括:光電傳感器、隔直放大電路、濾波電路，光電傳感器通過線路與隔直放大電路連接，隔直放大電路與濾波電路連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電傳感器采用半導體材料制成的光電器件，光電傳感器是硫化鎘光敏電阻。
8.根據(jù)權利要求6所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的濾波電路器件是濾波器，濾波器是采用4階有源巴特沃茲濾波器，濾波器的截止頻率設置在IOOHz。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號處理及顯示模塊包括:單片機及信號處理程序、報警系統(tǒng)，單片機使用ADC采樣信號數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域濾波法將IOOhz以上和50hz的干擾給濾去，傅里葉反變換得到濾波后的時域波形，在報警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時域和頻域的波形。
【文檔編號】G01V1/18GK103823237SQ201410071580
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】肖航, 楊忠良, 陳典 申請人:楊忠良, 陳典