探測的傳感節點單元與終端監控的通信網絡，包括:光開關或者光復用器;光開關或者光復用器為多路復用型;實現大面積的末端傳感節點的設置，大大提升了監控面積;相對于現有技術中的單點布控，或者針對性布控，具備更高的適應性和應用前景。
[0054]中心節點為終端監控中心，實現信息的匯總；包括:監控端串口光貓;所述監控端串口光貓與所述光開關或者所述光復用器相連，將其輸出的帶有氣體組分的光信號轉換成電信號;從而完成光電融合的傳輸的循環。
[0055]為了增強系統的持續工作能力和擴大鋪設范圍，系統還包括:供電網絡;所述供電網絡包括:終端供電源;所述終端供電源通過電纜與所述網絡節點以及所述傳感節點單元相連，實現有線供電。具體通過電能接收轉化模塊從終端供電源獲取并轉化得到可用的直流電源，在一定程度上也可以在中心節點處通過電能中斷進行控制，實現進一步的安全保障)。
[0056]數據處理單元主要通過數據處理的實現組分精度的合理化輸出；數據處理單元采用ARM處理器或者現場可編程門陣列FPGA執行BP神經網絡算法;穩定可靠。
[0057]ARM或者FPGA作為主要的基本平臺來支持氣體模式識別算法，在存在傳感器之間的交叉干擾性的前提下，各個氣體傳感器陣列的采集數據構成網絡的最初輸入向量，在經過一定層次的神經網絡之后，對于復雜的氣體環境下實現盡可能精確的定量氣體成分識另Ij，一般主要采用BP神經網絡算法結構。
[0058]算法復雜程度主要受到:最大訓練次數，學習精度，隱藏節點，閾值，和初始學習速度，樣本容量，學習策略等等方面影響
[0059]這部分主要以代碼的形式實現，其算法復雜程度受到所選用的傳感器類型，以及傳感器對于環境的適應程度和其交叉干擾程度來決定;其傳感器精度越高，交叉干擾性越低，越能降低算法的復雜度和提高整個系統的精確度。
[0060]參見圖3，本系統的工作流程。
[0061]中心節點將輪訓信號輸入到網絡節點的光開關，光開關選擇特定的通道鏈接，在所選擇的通道處對應著特定的傳感節點，傳感節點中的氣體傳感器陣列與外界環境直接接觸，其本身具有獨立采集信號和緩存的能力，利用掃描電路進行多路數據采集，處理電路濾波放大，處理器進行算法識別，盡可能的消除交叉干擾之后得到氣體定量的成分數據，利用串口光貓將其轉化為光纖信號之后，在輪訓到該傳感節點處時，通道打開，長距離的輸出到中心節點的監控部分，實現信息的反饋和中心節點對于整個網絡的監控和信息采集;在這一系列過程中，中心節點處的供能中心一直提供可靠的電纜供能輸出。點到多點，中心監控部分，循環監控，多路信息傳輸。
[0062]從整體系統的結構考慮，系統分為三部分:
[0063]中心節點
[0064]按功能來分可以主要分為中心監控部分和中心供能部分。中心監控部分主要實現對于整個網絡的監控和控制，可以使用上位機以及串口光貓方式對多路傳感節點實現數據的實時采集監控，必要的時候也可以增加對特定的傳感節點進行控制；中心供能部分，則在實際的過程中利用電纜進行每個傳感節點的網絡化電能輸送，要求滿足一定的供電能力和功率的穩定性；
[0065]傳感節點
[0066]主要由氣體傳感器陣列，ARM或FPGA等高級處理芯片和相應的輔助電路，串口光貓的安置構成。多氣體傳感器陣列采集環境中的氣體組分信息，其采集模式可以采用輪詢或編碼的方式，得到的各個傳感器信息之后經過數據整理電路之后輸入到ARM或者FPGA芯片之后通過神經網絡算法，得到氣體模式的判定，必要情況下可以添加緩存設備進行緩存，再將氣體模式信息轉化為串口信息輸入到串口光貓之中，轉化為光信息傳輸給中心節點；一定情況下可以接受中心節點處控制信息。
[0067]網絡節點
[0068]網絡節點主要由光開關或者光復用器構成，光開關實現1*N路的多路復用，可以將光路有效展寬，擴大檢測范圍，實現網絡化的監測結構。也可以設置多個網絡節點，擴大整個網絡的支路。
[0069]本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點:
[0070]1、本申請實施例中提供的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，采用基于光電融合的光纖網絡氣體傳感構架，利用電化學式或者紅外傳感頭進行氣體環境檢測，得到初步的組分信息；利用BP神經網絡算法解決氣體傳感器陣列探測過程中交叉干擾問題，獲得校驗后的組分信息，大大提升數據的可靠性和精確性;采用串口光貓實現信號光纖化的傳輸結構，極大程度的降低網絡化信號傳輸干擾，實現極低成本，可靠實用，檢測精確的實時氣體檢測網絡系統。
[0071]2、本申請實施例中提供的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，采用光纖和串口光貓的形式，進行光電融合，實現雙向的光信號流的處理方式，實現數據可靠，長距離網絡化傳輸;避免在長距離的網絡化傳輸中受到來自復雜環境下的電磁干擾;進一步提升探測的可靠性。
[0072]3、本申請實施例中提供的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，采用電纜有線供能的方式，實現長時間的穩定化的能量供應;也有利于擴大探測范圍，實現大面積的高精度，持續性探測。
[0073]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，包括:傳感節點單元、中心節點單元以及網絡節點；所述傳感節點單元通過所述網絡節點與所述中心節點單元通?目; 所述傳感節點單元包括: 氣體傳感器陣列，直接探測各類氣體及其組分，獲得初級組分信息； 數據處理單元，與所述氣體傳感器陣列相連，接收所述初步組分信息并輸出校驗后的組分信息； 其中，所述數據處理單元采用神經網絡算法結構，接收所述氣體傳感器陣列輸出的初級組分信息輸入向量，通過BP神經網絡運算得到精確的定量氣體組分信息。2.如權利要求1所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于:所述神經網絡算法結構為BP神經網絡算法。3.如權利要求1所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，還包括:傳感器掃描電路； 所述傳感器掃描電路與所述氣體傳感器陣列相連，將所述氣體傳感器陣列輸出的初級組分信息收集并發送給所述輸出處理單元。4.如權利要求3所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，還包括:模擬信息流收集處理電路； 所述模擬信息流收集處理電路連接在所述傳感器掃描電路與所述數據處理單元之間；實現模擬信號向數字信號的轉換。5.如權利要求1?4任一項所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，還包括:電光轉換模塊； 所述電光轉換模塊連接在所述數據處理單元與所述網絡節點之間；將數據處理單元輸出的校驗后的組分信息，轉換成光信號輸出。6.如權利要求5所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于:所述電光轉換模塊采用串口光貓。7.如權利要求6所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，還包括:報警顯示模塊； 所述報警顯示模塊與所述數據處理單元相連，顯示校驗后的組分信息;并進行報警。8.如權利要求7所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，所述網絡節點包括:光開關或者光復用器； 所述光開關或者光復用器為光信號多路復用型。9.如權利要求8所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，所述中心節點包括:光電轉換模塊； 所述光電轉換模塊與所述光開關或者所述光復用器相連，將其輸出的轉換成電信號。10.如權利要求9所述的基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，其特征在于，還包括:供電網絡； 所述供電網絡包括:終端供電源； 所述終端供電源通過電纜與所述網絡節點以及所述傳感節點單元相連，采用有線供電。
【專利摘要】本發明屬于通信技術領域，公開了一種基于光電融合的光纖網絡氣體傳感系統，包括：傳感節點單元、中心節點單元以及網絡節點；所述傳感節點單元通過所述網絡節點與所述中心節點單元通信；所述傳感節點單元包括：氣體傳感器陣列，直接探測各類氣體及其組分，獲得初級組分信息；數據處理單元，與所述氣體傳感器陣列相連，接收所述初步組分信息并輸出校驗后的組分信息；其中，所述數據處理單元采用神經網絡算法結構，接收所述氣體傳感器陣列輸出的初級組分信息輸入向量，通過BP神經網絡運算得到精確的定量氣體組分信息。本發明提供了一種高探測精度，高傳輸效率和抗干擾能力的傳感網絡系統。
【IPC分類】G01N21/3504
【公開號】CN105510268
【申請號】CN201510895319
【發明人】司馬朝坦, 楊威, 楊旺, 劉德明
【申請人】華中科技大學, 深圳華中科技大學研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月7日