基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，包括：邁克爾遜干涉光路模塊、擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌、電路處理模塊、信號(hào)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(xué)全反鏡、衰減片、光學(xué)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(hào)處理及顯示模塊包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)及信號(hào)處理程序、報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)使用ADC采樣信號(hào)數(shù)據(jù)。本發(fā)明基于邁克爾遜干涉原理，其測(cè)量靈敏度高，測(cè)量誤差小，能夠?qū)ξ⑷醯恼駝?dòng)進(jìn)行精確報(bào)警，具有非常廣闊應(yīng)用前景。
【專利說明】基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地面微弱震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，尤其是涉及基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于地震監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警等領(lǐng)域，目前，現(xiàn)有的震動(dòng)報(bào)警器其采用的原理導(dǎo)致在使用過程中存在靈敏度高，制造成本昂貴，不易維護(hù)維修等諸多的不足，嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)結(jié)果和防盜功能。中國(guó)專利號(hào):201120006477.2公開了一種微地震監(jiān)測(cè)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(gè)以陣列的形式安裝于地下和/或土地表面，用于探測(cè)和測(cè)量微震活動(dòng)信號(hào)，并將檢測(cè)到的微地震信號(hào)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(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳到中央處理電腦；中央處理電腦，根據(jù)數(shù)字信號(hào)對(duì)微地震活動(dòng)自動(dòng)定位和作圖，提供一個(gè)交互的三維可視化地震規(guī)模和地點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有地面微弱震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的不足之處，采用獨(dú)特創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，利用邁克爾遜干涉法測(cè)量微弱振動(dòng)，從而基于提出了一種基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其不僅可用于地震報(bào)警，還可以用于博物館或保險(xiǎn)室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報(bào)警，當(dāng)人接近，會(huì)引起地面微弱震動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)報(bào)警裝置。
[0004]本發(fā)明解采用以下技術(shù)方案來解決現(xiàn)有的技術(shù)問題。
[0005]基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、電路處理模塊、擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌、信號(hào)處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號(hào)，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號(hào)處理模塊和顯示模塊連接，并進(jìn)行信號(hào)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(xué)全反鏡、衰減片、光學(xué)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(xué)全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡，來采集振動(dòng)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(dòng)信息的激光束至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反射鏡將包含地面震動(dòng)信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學(xué)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(kuò)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(diào)節(jié)通過的光束的強(qiáng)弱。
[0007]所述的非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡的安裝距離是100?2000mm，非偏振I: I分光鏡與光學(xué)45度的安裝距離是50?1000mm，非偏振1:1分光鏡與擴(kuò)束系統(tǒng)的安裝距離是20?IOOmm
[0008]所述的衰減片設(shè)置在非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡之間，衰減片與光學(xué)全反鏡的安裝距離是20?500mm。
[0009]所述的光闌設(shè)置在光電傳感器和擴(kuò)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(dǎo)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(duì)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(shè)置在100Hz。
[0011]所述的信號(hào)處理及顯示模塊包括:單片機(jī)及信號(hào)處理程序、報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)使用ADC采樣信號(hào)數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域?yàn)V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(shí)域波形，在報(bào)警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時(shí)域和頻域的波形。
[0012]基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，通過上述三個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)地面微弱振動(dòng)的非接觸式測(cè)量，達(dá)到顯示模擬地面微弱振動(dòng)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(dòng)信息，最后通過光電傳感器將干涉光的震動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給后級(jí)處理，電路部分主要是通過濾波放大對(duì)傳感器傳來的電信號(hào)做一些信號(hào)處理，濾除雜波，放大信號(hào)，單片機(jī)處理顯示部分則是通過采樣，顯示出信號(hào)時(shí)域波形，然后通過傅里葉變換得到信號(hào)的頻譜并顯示出來，從而得到模擬地面微弱振動(dòng)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(cè)量振動(dòng)，基于邁克爾遜干涉原理，測(cè)量屬于零差測(cè)量，區(qū)別于外差測(cè)量，省去了外差測(cè)量需要的移頻網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)計(jì)科學(xué)合理，測(cè)量靈敏度高，測(cè)量誤差小，能夠?qū)ξ⑷醯恼駝?dòng)進(jìn)行精確報(bào)警，不僅可用于地震報(bào)警，還可以用于博物館或保險(xiǎn)室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報(bào)警，當(dāng)人接近，會(huì)引起地面微弱震動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)報(bào)警裝置，具有非常廣闊應(yīng)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(dòng)報(bào)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌、電路處理模塊、信號(hào)處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號(hào)，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號(hào)處理模塊和顯示模塊連接，并進(jìn)行信號(hào)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(xué)全反鏡、衰減片、光學(xué)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(xué)全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡，來采集振動(dòng)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(dòng)信息的激光束至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反射鏡將包含地面震動(dòng)信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學(xué)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(kuò)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(diào)節(jié)通過的光束的強(qiáng)弱。
[0019]如圖1所示，非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡的安裝距離是100?2000mm，非偏振1:1分光鏡與光學(xué)45度的安裝距離是50?1000mm,非偏振1:1分光鏡與擴(kuò)束系統(tǒng)的安裝距離是20?100mm。
[0020]衰減片設(shè)置在非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡之間，衰減片與光學(xué)全反鏡的安裝距離是20?500mm。
[0021]光闌設(shè)置在光電傳感器和擴(kuò)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(dǎo)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(duì)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(shè)置在100Hz。
[0023]如圖1所示，所述的信號(hào)處理及顯示模塊包括:單片機(jī)及信號(hào)處理程序、報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)使用ADC采樣信號(hào)數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域?yàn)V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(shí)域波形，在報(bào)警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時(shí)域和頻域的波形。
[0024]基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其具體是采用上述三個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)地面微弱振動(dòng)的非接觸式測(cè)量，達(dá)到顯示模擬地面微弱振動(dòng)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(dòng)信息，最后通過光電傳感器將干涉光的震動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給后級(jí)處理，電路部分主要是通過濾波放大對(duì)傳感器傳來的電信號(hào)做一些信號(hào)處理，濾除雜波，放大信號(hào)，單片機(jī)處理顯示部分則是通過采樣，顯示出信號(hào)時(shí)域波形，然后通過傅里葉變換得到信號(hào)的頻譜并顯示出來，從而得到模擬地面微弱振動(dòng)的頻率和波形。
[0025]基于邁克爾遜干涉原理，測(cè)量屬于零差測(cè)量，區(qū)別于外差測(cè)量，省去了外差測(cè)量需要的移頻網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)計(jì)科學(xué)合理，測(cè)量靈敏度高，測(cè)量誤差小，能夠?qū)ξ⑷醯恼駝?dòng)進(jìn)行精確報(bào)警，不僅可用于地震報(bào)警，還可以用于博物館或保險(xiǎn)室等一些存放貴重物品的地方，在非參觀期間的防入侵報(bào)警，當(dāng)人接近，會(huì)引起地面微弱震動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)報(bào)警裝置，具有非常廣闊應(yīng)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(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)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(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，包括:邁克爾遜干涉光路模塊、電路處理模塊、擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌、信號(hào)處理及顯示模塊，所述的邁克爾遜光路模塊通過擴(kuò)束系統(tǒng)和光闌與電路處理模塊連接并傳遞激光信號(hào)，所述的電路處理模塊采用通信線路與信號(hào)處理模塊和顯示模塊連接并進(jìn)行信號(hào)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)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(xué)全反鏡、衰減片、光學(xué)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(xué)全反鏡作為參考光束，另一束照射至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反光鏡將光束反射至地面反射鏡來采集振動(dòng)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(dòng)信息的激光束至光學(xué)45度反射鏡，光學(xué)45度反射鏡將包含地面震動(dòng)信息的激光束反射至非偏振1:1分光鏡，光學(xué)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(kuò)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(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡的安裝距離是IOOmm?2000mm,非偏振1:1分光鏡與光學(xué)45度的安裝距離是50mm?1000mm，非偏振1:1分光鏡與擴(kuò)束系統(tǒng)的安裝距離是20 ?IOOmm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的衰減片設(shè)置在非偏振1:1分光鏡與光學(xué)全反鏡之間，衰減片與光學(xué)全反鏡的安裝距離是 20 ?500mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的光闌設(shè)置在光電傳感器和擴(kuò)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(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)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(quán)利要求6所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電傳感器采用半導(dǎo)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(quán)利要求6所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)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(shè)置在IOOHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉的地面震動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號(hào)處理及顯示模塊包括:單片機(jī)及信號(hào)處理程序、報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)使用ADC采樣信號(hào)數(shù)據(jù)，作傅里葉變換得到fft的頻譜圖，通過頻域?yàn)V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(shí)域波形，在報(bào)警系統(tǒng)上的液晶顯示器上顯示出時(shí)域和頻域的波形。
【文檔編號(hào)】G01V1/18GK103823237SQ201410071580
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】肖航, 楊忠良, 陳典 申請(qǐng)人:楊忠良, 陳典