[发明专利]一维光纤传感网传感器数量及布置方法

摘要

一维光纤传感网传感器数量及布置方法，该方法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dmax、dmin和dopt。然后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。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，提高网络性能。该方法适用于光纤传感网的不同拓扑结构。

主权项

一种一维光纤传感网传感器数量确定及布置方法，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dmax、dmin和dopt；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dmax、dmin及dopt；第1.2.1、传感器最大间距dmax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dmax，则有：dmax=x2+y2=-2ln(1-1-γ)/α;]]>第1.2.2、传感器最小间距dmin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ds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：dmin＝2ds＝‑2lnγ/α；第1.2.3、传感器最优间距dopt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dopt；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：dopt=-2ln(1-1-γ)/α;]]>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＝dmin/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)/dopt]＝[(L+lnγ/α)/dopt]，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dopt布设剩余传感器，当布设到传感器SN+1时，则SN+1与监测区域最右端的距离为d＝L‑d0‑N×dopt，若d∈[ds,dopt]，则在传感器SN+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N为：N=(L+lnγ/α)/dopt0≤d<ds(L+lnγ/α)/dopt+1ds≤d≤dopt]]>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：m=[N]+1=[-(Lα+lnγ)/2ln(1-1-γ)]+10<d<ds[N]+2=[-(Lα+lnγ)/2ln(1-1-γ)]+2ds≤d<dopt]]>