一种室内吊挂结构的安全警告装置

1.本实用新型涉及一种室内吊挂结构的安全警告装置，属于光纤传感以及信息处理领域。


背景技术：

2.室内建筑结构中吊挂结构包括灯具、钟表、吊扇等悬挂安装物品，由于这些吊挂结构本身的原因、安装的原因或是建筑自身或建筑内因突发事件引起的震动而存在危险隐患，通常对于这类危险隐患采用工人逐一巡检，这无疑增加了工人巡检压力。同时，工人巡检往往存在疏漏，而无法保证建筑内人员的安全。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型提出一种室内吊挂结构的安全警告装置，该装置不受电磁干扰，准确度高，检测具有实时性。
4.本实用新型的技术方案：
5.本实用新型一种室内吊挂结构的安全警告装置，其包括：光纤传感器模块、光电检测模块、信号放大与滤波模块、单片机控制模块、报警模块和上位机模块；所述安全警告装置的一端通过光纤传感器模块悬挂于室内的墙体上，另一端由吊线连接重物。
6.所述光纤传感器模块包括宽带光源、光纤光栅传感器和光纤耦合器，所述宽带光源发出宽谱光，经过光纤耦合器传输到光纤光栅传感器上，所述光纤光栅传感器受到的应力由于墙体晃动而发生变化，导致输出的光信号发生改变，通过对光纤光栅的中心波长的调制来获取传感信息；
7.所述光电检测模块与光纤传感器模块相连接，将所述光纤光栅传感器输出的光信号的改变转换成电信号；
8.所述信号放大与滤波模块与光电检测模块相连接，将光电检测模块输出的电信号进行放大及滤波处理；
9.所述单片机控制模块与信号放大与滤波模块相连接，其内部包含a/d转换器，其将输出的电信号转换成输出的数字信号；
10.所述报警模块与上位机模块分别与单片机控制模块相连，进行报警和数据显示，所述数据传输至上位机模块。
11.可选地，所述单片机控制模块采用msp430f149芯片。
12.可选地，所述信号放大与滤波模块采用lm224运算放大器。
13.可选地，所述信号放大与滤波模块的滤波电路由一个二阶低通滤波电路以及一个二阶高通滤波电路组成。
14.可选地，所述上位机模块为工控计算机，以分析吊挂结构应力是否反常变化或出现达到阈值的危险情况。
15.可选地，所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器。
16.有益效果
17.本实用新型的装置减轻了工人巡检压力，并且在准确度上具有一定保障，检测具有实时性的优势，对于吊挂结构的危险情况能够及时报警处理。并且室内建筑结构中该装置对于建筑自身或建筑内因突发事件引起的震动感应较为明显，能够在第一时间感应并发布安全警告，提醒建筑内人员注意安全保护并撤离危险区域。
附图说明
18.图1为本实用新型装置系统框图；
19.图2为图1中的光纤传感器模块的结构框图；
20.图3为图1中的单片机控制模块结构；
21.图4为图1中的信号放大与滤波电路模块的结构框图；
22.图5为图1中的单片机主流程图。
具体实施方式
23.下面我们对本实用新型中的技术方案进行详细、完整的阐述，为的是对本实用新型设计的方案、目的和优点更加的了解。此外，以下所描述的实施例为本实用新型部分内容，并不是全部的实施例。其他实施例在没有做出创造性劳动前提下而获得，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1所示一种室内吊挂结构的安全警告装置，包括光纤传感器模块、光电检测模块、信号放大与滤波模块、单片机控制模块、报警模块和上位机模块。其中，光电检测模块和光纤传感器模块相连，将光纤传感器输出的光信号转换成电信号；信号放大与滤波模块与光电检测模块相连，将光电检测模块输出的电信号进行放大及滤波处理，信号放大与滤波模块的滤波电路由一个二阶低通滤波电路以及一个二阶高通滤波电路组成。单片机控制模块和信号放大与处理模块相连，将经过放大及滤波处理的电信号进行数模转换；报警模块与上位机模块分别与单片机控制模块相连，对输出的信号进行分析处理，从而达到报警与数据显示的功能，并将数据传输至上位机模块。一般地，单片机控制模块采用msp430f149芯片。信号放大与滤波模块采用lm224运算放大器。上位机模块为工控计算机，以分析吊挂结构应力是否反常变化或出现达到阈值的危险情况。报警模块包括指示灯和蜂鸣器。
25.将该室内吊挂结构的安全警告装置通过光纤光栅传感器悬挂在墙体上，其另一端悬挂重物，在地震发生的前期或建筑内部发生异常震动时，受墙体振动的影响，重物对该光纤光栅传感器的应力发生变化，其中心波长发生偏移，导致光纤光栅传感器输出的光信号发生改变，由光电检测模块将光信号转换成电信号，再通过信号放大与滤波模块对电信号进行放大以及滤波处理，最终传输到达单片机控制模块，通过单片机进行数据处理得到吊线承重数据，判断是否触发报警装置，并将数据传输至工控计算机。
26.如图2所示，本实用新型光纤传感器模块包括宽带光源、光纤光栅传感器与光纤耦合器。光纤光栅传感器的光纤光栅为一段光纤，纤芯中具有折射率周期性变化的结构。其测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响，并且制作简单、体积小、性能稳定可靠、易于与系统及其他光纤器件连接。当光纤光栅传感器受到外界拉力的变化，导致传感器输出的光信号发生改变，从而通过对中心波长的调制来获取传感信息。宽
谱光源入射到光纤中，光栅将反射其中以布拉格波长为中心波长的窄带分量，在透射谱中，这一分量将消失，根据耦合理论，，其中为光栅光纤的中心波长，为光栅周期，为纤芯有效折射率。应力变化导致和改变，因而可以反过来由波长改变推出应力变化也即吊挂结构承重状态的情况。宽带光源发出宽谱光，经过光纤耦合器传输到光纤光栅传感器上，当外界发生振动，光纤光栅传感器受到的应力发生改变，导致传感器输出的中心波长发生偏移，通过对波长的变化监测达到测量。
27.另外，光纤传感器还具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、灵敏度高、设计灵活、传输距离远、易于复用和测量范围广等优点，在诸多关键领域获得应用。
28.光电检测模块与光纤传感器模块相连，将光纤耦合器的光信号转换为电信号。由于经光纤光栅传感器传出的光信号较微弱，因而需要使用高精度的pin光电二极管以及合适的运放电路将信号进行放大处理。本实用新型采用两级运放电路，将电流转换为电压。选取阻值较大的反馈电阻与适合的电容并联。
29.如图3所示本实用新型单片机控制模块，所述单片机控制模块选取msp430单片机。msp430是由ti（美国德州仪器公司）开发的16位微处理器，其突出特点为低功耗，适用于各种低功率要求的应用，因其性价比较高，被广泛应用于家居自动化，医疗设备，安防系统，楼宇控制系统等许多领域当中。本实用新型采用的msp430f149即为其中一员。msp430f149具有60k字节的flash存储器和2k字节的ram、看门狗定时器（watchdog timer）、6个8位通用i/o口、12位a/d转换器、2个串行通信接口和1个硬件乘法器等，可以满足应用需求。msp430单片机的adc12模块为一个12位精度的a/d转换模块，具有高速度，通用性的特点。adc12模块包括：输入的16路模拟开关，adc内部电压参考源，adc12内核，adc时钟源部分，采集与保持/触发源部分，adc数据输出部分，adc控制寄存器等。msp430系列单片机片上集成了a/d转换器，很多数据运算处理在片上进行，降低了功耗。
30.如图4所示本实用新型信号放大与滤波电路模块。经过光电检测模块输出的信号含有白噪声以及电子元器件产生的噪声，而且信号较为微弱，数据采集卡难以直接进行数据采集，因而需要将所得电信号通过信号放大与滤波模块，滤除一定的噪声干扰并对微弱信号进行放大处理，从而提取出有用信号。信号放大与滤波电路采用的运算放大器型号为lm224，其输入阻抗高。输出阻抗低且增益高。滤波电路由一个二阶低通滤波电路以及一个二阶高通滤波电路组成。二阶低通滤波电路传递函数如下：
[0031][0032]
其中
[0033]
二阶高通滤波电路传递函数如下：
[0034][0035]
其中
[0036]
根据具体放大滤波要求设定各个参数的值。
[0037]
如图5所示本实用新型的单片机主流程图。将经过处理的电信号进行a/d转换，并对数据进行抽样，利用采样数据计算吊挂结构受到应变力的大小，并对其进行判断是否达到阈值，如果达到阈值则报警并将数据发送至上位机模块。
[0038]
报警模块由指示灯与蜂鸣器两部分组成。
[0039]
上位机模块中由工控计算机将采集的数据读入计算机内存，通过上位机软件labview设计的检测系统进行实时安全检测。
[0040]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。