[发明专利]一维光纤传感网传感器数量及布置方法

说明书

技术领域

 本发明属于光纤智能传感领域，涉及一种设计方法，特别是一种一维光纤传感网布设的方法及所需传感器数量，适用于一切分立式光纤传感器。

背景技术

光纤传感网是一种在多路复用技术的支持下，将一个或多个不同功能的光纤传感器通过不同拓扑结构组合而成的传感网络。传感网中的传感器或是被埋入被测单元，或是被布设在距被测单元很近的位置，能够实现多参量、多点的监测和控制。在光纤传感网络中，多个传感器可以共享终端设备，由此带来的经济效益在于设备成本的节省。光纤传感网正逐步渗透到我们的生活之中，从生活中的大型建筑结构监测，到军用光纤陀螺等诸多领域中均可见到光纤传感网的身影。

随着传感网络规模的不断扩大，其所监测目标结构的不断复杂，传感网中的传感器数量不断增加，这必然会带来庞大网络数据处理工作量，同时也会引起传感网更易受到攻击而使网络瘫痪。为解决这一问题，如何优化布设传感器位置成为一个重要研究方向。网络中传感器优化布设就是要达到减少传感网中传感器数量的同时优化网络的监测性能。专利CN101694674A介绍了一种基于布设点的弹性力学受力来调整多数量多类型的传感网传感器区域布设，以便使传感器间的数据融合能够达到更好的结果。专利CN101247303A提出了一种弧线型规则带状无线传感网络布设方法，这种方法通过计算相邻节点最大部署间距，以满足给定连通度要求，并实现在给定要求下网络规模最小化。

目前光纤传感网中传感器的布设优化多是基于某一具体结构，从结构的角度入手，以结构本身为主体，而对于光纤传感网本身的性能并未多予考虑，这些优化方法往往无法推广到应用于其他结构或环境中的光纤传感网布设。

发明内容

本发明目的是解决现有光纤传感网存在的上述问题，提供一种基于鲁棒性的一维光纤传感网传感器数量及布置方法。

本发明从光纤传感网鲁棒性入手，给出了一种适用于一般情况的一维光纤传感网优化布设方法，通过优化布设网络中传感器位置使传感网的鲁棒性得以优化，这一方法并不考虑结构本身的模态状况，适用于类似温度场等能够传播的物理场测量，通过这一方法可以为实际应用中的光纤传感网布设节约成本。利用这一方法可以优化大型一维光纤传感网，在节约传感器的前提下提高一维光纤传感网的鲁棒性，降低工程成本，提高网络性能。这一方法适用于光纤传感网的不同拓扑结构，同时适用于类似温度和应力等能够传播的物理场的一维区域监测。

本发明技术方案

一维光纤传感网传感器数量及布置方法，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，大型的光纤传感网中包含多种类型的传感器，且每个传感器监测的被测对象也不尽相同，理想情况下同种类型光纤传感器在监测同一种物理量时，其衰减系数相同；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传感器最大、最小及最优间距(d_max、d_min、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其最大间距d_max，则有：

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