[发明专利]一维光纤传感网传感器数量及布置方法

权利要求书

1.一种一维光纤传感网传感器数量及布置方法，其特征在于该方法的步骤如下：

第1、根据传感网优化布设公式，确定布设过程中相邻两传感器最大、最小及最优间距d_max、d_min和d_opt ；

第1.1、已知鲁棒性评估所需的衰减系数α及阈值γ；

在光纤传感网鲁棒性评估模型中定义了两个参数：衰减系数α及传感网阈值γ；其中衰减系数α是由传感网中使用的传感器类型所决定，阈值γ与传感网所要达到的精度有关，其取值范围为0≤γ≤1，精度越高γ取值越小；

第1.2、根据光纤传感网鲁棒性评估模型，确定布设过程中相邻两同种类型传感器最大、最小及最优间距d_max、d_min及d_opt ；

第1.2.1、传感器最大间距d_max确定：设传感器1位于(0, 0)，传感器2位于(x, y)；选取两传感器所在直线的中点作为评估点A来评价两传感器监测能力随传感器间距增加的变化情况，A点的坐标为(x/2, y/2)；当两传感器对A的监测能力刚好等于阈值γ，则说明两传感器达到了最大间距d_max，则有：

；

第1.2.2、传感器最小间距d_min确定：不考虑两传感器间的相互影响，两传感器的最小间距为单个传感器监测范围d_s的叠加，根据鲁棒性评估模型中光纤传感器监测能力公式可得：

；

第1.2.3、传感器最优间距d_opt确定：定义能够使得光纤传感网鲁棒性最优时，传感器间距为最优间距d_opt ；通过分析传感器间距对于传感网有效监测面积的影响，结合光纤传感网鲁棒性评估模型可以得到：

；

第2、根据监测区域长度L及布设方法确定传感器分布位置；

第2.1、确定监测区域最左端传感器位置，即第一个传感器S₁位置；

若将一维光纤传感网最左端传感器记作第一个传感器为S₁，则S₁对监测区域最左端的监测能力符合单个传感器的监测情况；设S₁距监测区域左端的距离为d₀，由最小间距可知d₀=d_min/2=-lnγ/α；因此将S₁布设在距监测区域左端d₀处的监测区域中心线上；这里考虑传感网中传感器种类相同；

第2.2、根据监测区域长度L确定一维光纤传感网剩余传感器；

当确定第一个传感器S₁后，首先计算剩余监测区域长度所需传感器数量N，N=[(L-d₀)/d_opt]=[(L+lnγ/α)/d_opt]，由于剩余监测长度并不一定能够被最优间距整除，因此在求取传感器数量时对这一商进行取整操作；之后沿着监测区域中心线按照最优间距d_opt布设剩余传感器，当布设到传感器S_N+1时，则S_N+1与监测区域最右端的距离为d=L-d₀-N×d_opt，若d∈[d_s, d_opt]，则在传感器S_N+1与监测区域右边缘之间再布设一个传感器；

第3、根据一维传感网布设方法，确定监测区域内所需传感器数量m；

将监测区域的中点设为原点，以区域中心线为x轴，区域中垂线为y轴建立坐标系；则传感器S₁的坐标为(-L/2-(lnγ)/ α, 0)，传感网中除传感器S₁外的其他传感器数量为：

其中：α为传感网中传感器衰减系数；γ为传感网阈值；

由于N并不一定是一个整数，为了保证整个监测区域均能被有效监测，我们对N进行取整处理之后再对其加1；根据一维光纤传感网布设方法，可得一维传感网中所需的传感器数量m为：

。