一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统

本发明属于太阳能智能建筑监测，更具体地说，涉及一种太阳能建筑光纤传感智能感知系统。

背景技术：

1、新型太阳能智慧建筑在建筑设计和能源系统配置阶段考虑可持续发展与全生命周期零碳目标，以具有随机性与波动性的太阳能作为建筑能源，并应用当今主流的存储能量密度高、转换效率高、调节能力强的锂离子电池为储能手段，实现建筑可再生能源最大化利用，将物联网、智能算法与建筑深度融合，打造智慧互联、全面保障安全、健康舒适的智慧生活环境。然而，锂离子电池系统储能事故偶有发生，现有太阳能建筑所用温度和烟感监测只能对电池热失控开阀进行报警，不能够对电池热失控进行提前预警。现有建筑采用了基于wifi传输的七合一室内空气质量监测仪和基于lora传输的空气质量、温湿度、水气压力等室内环境点式的监测，受限于测量的点数和无线信号传输的障碍，现有技术无法满足太阳能电池长期运行过程中故障的提前预警，室内环境和在室人员活动的分布式实时在线监测。

2、目前，现有技术中的建筑传感监测方法有以下2种：

3、(一)中国专利cn113884110a公开了《一种智能建筑传感器监测方法》，将光纤光栅传感器布设在建筑物钢筋骨架的钢筋上，通过光纤光栅传感器检测数据得出建筑物的倾斜位移。但该
技术实现要素：
中所述的检测内容主要为建筑施工或使用过程中的建筑结构安全监测。无法对建筑能源系统安全、室内环境以及在室人员行为活动监测。

4、(二)中国专利cn213276304u公开了《一种基于lora传感器的智慧楼宇集成控制装置》，该装置可提高楼宇的数据传输距离以及海量数据接入的有效控制，并通过设置不同的lora网关，降低运行负荷提高系统反应灵敏度。

5、目前，有关光纤传感在建筑监测中的应用主要集中在结构安全方面，且只是准分布式的光纤光栅监测技术。光纤传感本身具有抗电磁干扰，本征防爆，测量灵敏度高和精度高，容易组网等优点。

6、在智慧建筑方面，主要采用电类传感器监测建筑室内的温湿度和空气质量，采用视频监控监测室内人员活动，并基于wifi或者lora等无线传输技术组网监测。但是电类传感器易受电磁干扰，测量精度受限，在储能电池监测中不具备防爆功能，室内信号易受到阻挡且属于点式测量而无法实现对室内全部区域覆盖，无法获取在室人员行为状态全部区域覆盖，无法对锂离子电池系统储能进行提前预警，无法实现对室内外环境等物理测量的无盲区分布式在线实时监测，由于测量时组网困难，现有电类传感技术也使得信号的及时处理受限。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，通过，不同的光纤传感光缆和传感器对太阳能建筑储能锂电池系统、温湿度、在室人员行为和房屋安全周界等进行长期实时在线监测，并将本监测系统与建筑智慧家电控制器联动。

2、本发明利用以下技术方案实现：

3、一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，该系包括光纤气体浓度传感模块、光纤温湿度传感模块、光纤振动传感模块、信号处理模块、通讯总线和输入/输出模块；通过光纤接线盒分别将所述光纤光栅气体传感模块、所述光纤光栅温湿度传感模块和所述光纤光栅振动传感模块连接至所述信号处理单元，所述信号处理单元通过通讯总线连接至所述输入/输出模块，其中：

4、所述光纤光栅气体浓度传感模块，包括串接在同一根气体传感光缆上的布拉格光纤光栅co气体传感器和布拉格光纤光栅气体传感器，该模块用于感知锂电池长期使用过程中释放出的一氧化碳与氢气浓度，采集包含气体浓度的光信号；

5、所述光纤光栅温/湿度传感模块，包括串接在同一根温/湿度传感光缆上、以周期方式交替设置的感温低反射率光纤光栅阵列和两个布拉格光纤光栅湿度传感器，该模块用于感知建筑室内温湿度，采集包含室内温湿度信息的光信号；

6、所述光纤振动传感模块，包括由多个光纤光栅振动传感器构成的光纤光栅振动传感阵列，用于感知在室人员活动的振动信息，采集包含在室人员正常行动或跌倒等行为信息的光信号；

7、所述信号处理模块用于将光纤气体浓度传感模块、光纤温湿度传感模块和光纤振动传感模块采集的光信号转换为电信号，解调出室内气体浓度、湿温度与相位信号，进行信号智能分析和处理；

8、所述通讯总线用于所述室内气体浓度、湿温度与相位信号的传输。

9、与现有技术相比，本发明能够达成以下的有益技术效果：

10、1、实现了包括对太阳能建筑储能锂电池系统、温湿度、在室人员行为和房屋安全周界等在内的全时全域多源安全长期实时在线监测，具有高性价比的、实用、可靠、安全、稳定、先进的，能够做到快速定位、及时响应、科学决策、完整记录的特性；

11、2、实现了与建筑智慧家电控制器联动，实现智能控制和主动预警；

12、3、实现了不同的光纤传感光缆和传感器通过空分、时分、波分的组网。

技术特征：

1.一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，该系统包括光纤气体浓度传感模块、光纤温湿度传感模块、光纤振动传感模块、信号处理模块、通讯总线和输入/输出模块；通过光纤接线盒分别将所述光纤光栅气体传感模块、所述光纤光栅温/湿度传感模块和所述光纤光栅振动传感模块连接至所述信号处理单元，所述信号处理单元通过通讯总线连接至所述输入/输出模块，其中：

2.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，所述感温低反射率光纤光栅阵列中每个周期的长度为1m，形成周期为1m的交替双波长光纤光栅阵列，单个周期内设置有5～10个布拉格光纤光栅温度传感器。

3.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，其中，所述布拉格光纤光栅co气体传感器包括布拉格光纤、气体吸收多孔涂层和涂覆于布拉格光纤上的au/zno/sio2混合敏感薄膜。

4.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，其中，所述布拉格光纤光栅h2气体传感器包括布拉格光纤、气体吸收多孔涂层和涂覆于布拉格光纤上的wo3/pt复合薄膜。

5.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，其中，所述布拉格光纤光栅co气体传感器和所述布拉格光纤光栅h2气体传感器采用不同波长。

6.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，所述布拉格光纤光栅温度传感器采用反射率0.01％～1.00％的全同光栅。

7.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，所述的光纤振动传感模块采用反射率为0.001％～0.004％的超低反射率的啁啾光纤光栅，相邻光栅距离5m。

8.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，其中所述信号处理单元进一步包括光电与a/d转换、数据采集、数据处理分析及模态识别，其中所述模态识别模块用于建立智能分析数据集，对采集的气体浓度、湿温度与相位信号进行分析，判断采集的传感器数据内是否有预警信息；该单元基于自适应在线传感数据分析软件，利用ai方法对建筑环境正常和异常状态数据特征进行判断，建立数据层面的边界条件和判断依据，对建筑内外状态和运行状态进行预测，对状态变化的时间和空间进行定位。

9.如权利要求1所述的一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，其特征在于，其中所述输入/输出模块与智慧家电控制器连接，通过光纤传感系统与智能家居控制系统融合，实现智能控制和主动预警。

技术总结
本发明公开了一种太阳能智慧建筑光纤传感智能感知系统，该系包括光纤气体浓度传感模块、光纤温/湿度传感模块、光纤振动传感模块、信号处理模块、通讯总线和输入/输出模块；通过光纤接线盒分别将所述光纤光栅气体传感模块、所述光纤光栅温/湿度传感模块和所述光纤光栅振动传感模块连接至所述信号处理单元，所述信号处理单元通过通讯总线连接至所述输入/输出模块。本发明实现了对太阳能建筑储能锂电池系统、温/湿度、在室人员行为和房屋安全周界等的全时全域多源安全监测，以及实现了与建筑智慧家电控制器联动，实现智能控制和主动预警。

技术研发人员：童月恒,杨崴
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15