一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，包括光源模塊、分光模塊、接收模塊、采集處理模塊、連接各模塊的傳輸光纜及光纖干涉結(jié)構(gòu)；光源模塊連接分光模塊，分光模塊連接多個光纖干涉結(jié)構(gòu)，每個光纖干涉結(jié)構(gòu)均連接一個接收模塊，各接收模塊連接采集處理模塊。所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2×2耦合器、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，或者所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2×2耦合器、發(fā)射裝置、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，或者所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2×2耦合器、傳感光纜、參考光纜及傳輸光纜組成。本發(fā)明的優(yōu)點是：采用窄帶光源模塊顯著提高了探測振動信號的精細結(jié)構(gòu)；新型的光纖干涉結(jié)構(gòu)既提高了系統(tǒng)靈敏度，又降低了系統(tǒng)探測到的振動信號的混雜度。
【專利說明】一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]全光纖周界安防系統(tǒng)是一種基于光纖干涉儀的振動測量系統(tǒng)。系統(tǒng)通常由光源模塊(白光光源)、光電接收模塊、采集處理模塊、光學模塊(包括光纖干涉儀)、傳感光纜及其他外圍器件構(gòu)成。外界入侵振動信號直接或者間接作用于傳感光纜，經(jīng)過光纜彈光效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕南辔蛔兓?，而光纖干涉儀則將光信號的相位變化解調(diào)為光信號的光強變化，再由光電轉(zhuǎn)換接收電路轉(zhuǎn)化為電信號，最終經(jīng)采集處理模塊采集處理，輸出入侵報警信號。
[0003]目前全光纖周界安防系統(tǒng)一般采用一種稱之為白光微分干涉儀的光纖干涉技術(shù)。其傳感光路主要由白光光源(一種寬譜光源)，馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀、延遲光纖、傳感光纜、反射模塊等組成。該系統(tǒng)通過在傳統(tǒng)馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀的基礎(chǔ)上引入延遲光纖等光路結(jié)構(gòu)，消除了系統(tǒng)對光源的相干性要求。由于系統(tǒng)采用了譜寬較寬的白光光源，從而大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但同時，該類系統(tǒng)也具備如下不足:
[0004]1、靈敏度，尤其是低頻靈敏度不足，對現(xiàn)場傳感光纜鋪設(shè)方式及鋪設(shè)環(huán)境要求較聞，容易廣生漏報。
[0005]2、振動信號混雜，系統(tǒng)采用返回式光路結(jié)構(gòu)，干涉儀每一臂傳感光信號至少會兩次經(jīng)過外界入侵振動位置，參與干涉的光信號過多，從而使干涉儀解調(diào)的最終信號實際上是不同時刻、不同位置外界入侵振動信號的混頻、疊加的結(jié)果。
[0006]根據(jù)分析產(chǎn)生以上問題主要有如下原因: [0007]1、系統(tǒng)采用的白光光源由于譜寬較寬，其干涉效果實際上是有其中不同波長干涉結(jié)果的疊加，從而降低了系統(tǒng)靈敏度；
[0008]2、系統(tǒng)采用一種往返式的閉環(huán)光路結(jié)構(gòu)，即在傳感光纜的末端加裝反射裝置，從而使兩路干涉光信號分別依次通過干涉儀兩臂，從而實現(xiàn)白光微分干涉儀兩路干涉光信號光程差相等的要求。正是這樣的結(jié)構(gòu)一方面由于每路干涉光信號兩次經(jīng)過傳感光纜，導致振動信號的混疊；另一方面由于干涉光信號的相位變化來源于干涉光信號到達入侵振動位置的先后時間差，而這時間差與系統(tǒng)延遲光纖的長度、傳感光纜長度及振動位置有關(guān)，而由于延遲光纖長度及傳感光纜長度相對于光速都不會太長，從而導致系統(tǒng)低頻敏感度降低，并在一定程度上與入侵振動在傳感光纜上發(fā)生的位置有關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，通過引入窄帶光源及新型的光纖干涉結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)靈敏度和降低探測入侵振動混雜度。
[0010]靈敏度的提高可以降低系統(tǒng)對現(xiàn)場鋪設(shè)條件的要求，混雜度的降低一方面可以使系統(tǒng)具備直接測試外界振動的能力，一方面降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的難度，使探測的振動信號具備了入侵事件的直接物理特征。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0012]一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，包括光源模塊、分光模塊、接收模塊、采集處理模塊及連接各模塊的傳輸光纜，其特征在于:還包括光纖干涉結(jié)構(gòu)；光源模塊連接分光模塊，分光模塊連接多個光纖干涉結(jié)構(gòu)，每個光纖干涉結(jié)構(gòu)均連接一個接收模塊，各接收模塊連接采集處理模塊。
[0013]所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2X2耦合器、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，第一個2 X 2耦合器以傳感光纜連接第二個2 X 2耦合器，第二個2 X 2耦合器又以參考光纜連接第一個2X2耦合器，在參考光纜上位于兩個2X2耦合器之間設(shè)有隔離器。
[0014]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方式，所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2X2耦合器、發(fā)射裝置、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，第一個2X2耦合器以傳感光纜連接第二個2X2耦合器，第二個2X2耦合器一端連接反射裝置，另一端以參考光纜連接隔離器，隔離器連接第一個2X2稱合器。
[0015]作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2X2耦合器、傳感光纜、參考光纜及傳輸光纜組成，傳輸光纜連接第二個2X2稱合器一端,第二個2X2稱合器分別以傳感光纜和參考光纜連接第一個2 X 2耦合器。
[0016]本發(fā)明各部分的功能如下:
[0017]光源模塊1，為系統(tǒng)探測光源，是實現(xiàn)光干涉的先決條件，采用窄帶光源模塊。
[0018]具備線寬窄，MHz量級，大于幾十米相干長度；光譜穩(wěn)定、輸出光功率穩(wěn)定等特點。采用DFB激光器及相應(yīng)的具備恒溫、恒功率控制的驅(qū)動電路作為系統(tǒng)光源模塊。
[0019]分光模塊，其作用是將探測光分成若干束獨立探測光；應(yīng)用與多通道、多防區(qū)系統(tǒng)，共用一個光源模塊可以降低系統(tǒng)成本。
[0020]接收模塊3，將光纖干涉結(jié)構(gòu)解調(diào)出的外界入侵振動光信號轉(zhuǎn)化為振動電信號以進行后續(xù)處理。該模塊具備較高的信噪比和動態(tài)范圍。
[0021]采集處理模塊4，將接收模塊輸出信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由計算機進行處理，輸出
報警信號。
[0022]光纖干涉結(jié)構(gòu)5，主要由耦合器構(gòu)成，該模塊是系統(tǒng)傳輸光纜與傳感光纜的分解點。傳輸光纜在產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷前不受外界入侵振動的影響，而傳感光纜則是外界擾動信號的直接探測單元。
[0023]光纜6，包括傳感光纜和傳輸光纜，傳感光纜為探測外界入侵振動的傳感單元，傳輸光纜用于傳輸探測光信號和干涉光信號。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:相對傳統(tǒng)白光光源，采用窄帶光源模塊顯著提高了探測振動信號的精細結(jié)構(gòu)，從而有利于后續(xù)信號處理；新型的光纖干涉結(jié)構(gòu)一方面提高了系統(tǒng)靈敏度，另一方面降低了系統(tǒng)探測到的振動信號的混雜度。在一定條件下可以直接用于振動信號的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為光纖干涉結(jié)構(gòu)第一種結(jié)構(gòu)示意圖。[0027]圖3為光纖干涉結(jié)構(gòu)第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為光纖干涉結(jié)構(gòu)第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0030]在一般周界安防工程項目的實際應(yīng)用中，傳感光纜實際上就是一根雙芯光纖或者多芯光纖的光纜，但其實際有效的只是其中的兩芯。用光纜探測振動信號即是利用外界擾動對光纜中的兩根有效光纖的差異。在光纖干涉結(jié)構(gòu)中，把兩個有效光纖中的一根作為傳感光纜與振動源固定在一起，另一根作為參考光纜，當有外界擾動作用于傳感光纜與參考光纜時，受外界擾動的兩路探測光信號返回到兩個2X2耦合器中的第一個，并在其中發(fā)生干涉，從而系統(tǒng)可以監(jiān)測振動源的振動信號。當光纜僅僅用于連接各模塊作為光的傳輸通道時就稱為傳輸光纜。
[0031]如圖1所示，一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，包括光源模塊1、分光模塊2、接收模塊3、采集處理模塊4、連接各模塊的傳輸光纜6，還包括光纖干涉結(jié)構(gòu)5 ;光源模塊I連接分光模塊2，分光模塊2連接多個光纖干涉結(jié)構(gòu)5，每個光纖干涉結(jié)構(gòu)5均連接一個接收模塊3，各接收模塊3連接采集處理模塊4。
[0032]光源模塊I采用窄帶光源模塊，其發(fā)出連續(xù)探測光，探測光經(jīng)分光模塊2分成若干束獨立探測光，各束獨立探測光分別經(jīng)過傳輸光纜6進入各個光纖干涉結(jié)構(gòu)5并發(fā)生干涉，輸出的干涉光進入相應(yīng)的接收模塊3，在接收模塊3中將外界入侵振動光信號轉(zhuǎn)化為振動電信號，之后進入采集處理模塊4完成最后的處理計算。
[0033]實施例一:如圖2所不:光纖干涉結(jié)構(gòu)5由2X2f禹合器511、2X2f禹合器512、隔離器513、傳感光纜514及參考光纜515組成，2X2耦合器511分別以傳感光纜514和參考光纜515連接2X2耦合器512，在參考光纜515上位于2X2耦合器511和2X2耦合器512之間設(shè)有隔離器513。
[0034]光源模塊I發(fā)出連續(xù)探測光，探測光經(jīng)分光模塊2分成若干束獨立探測光，各束獨立窄線寬探測光分別由對應(yīng)的光纖干涉結(jié)構(gòu)5的IN輸入2X2 f禹合器511,光信號由傳感光纜514進入2X2耦合器512，而由于隔離器523的存在，2X2耦合器511輸出的光信號無法經(jīng)過參考光纜515進入2X2耦合器2。進入2X2耦合器512的光信號由于2X2耦合器512的右端已構(gòu)成回路，則再次返回到傳感光纜514和參考光纜515中，從而返回到2 X 2耦合器511中。在此過程中，當傳感光纜514和參考光纜515受到外界入侵振動的擾動時，受外界擾動的兩路探測光信號在2X 2耦合器511中發(fā)生干涉，并通過OUT輸出到接收模塊
3。接收模塊3中將外界入侵振動光信號轉(zhuǎn)化為振動電信號，之后進入采集處理模塊4完成最后的處理計算。
[0035]實施例二:如圖3所示:光纖干涉結(jié)構(gòu)5由2X2耦合器521、2X2耦合器522、反射裝置527、隔離器523、傳感光纜524及參考光纜525組成，2X2耦合器521通過傳感光纜524連接2X2耦合器522，2 X 2耦合器522 —端連接反射裝置527，另一端通過參考光纜525連接隔離器523，隔離器523連接2X2耦合器521。與實施例一相比，不同之處在于增加了反射裝置527。
[0036]光源模塊I發(fā)出連續(xù)探測光，探測光經(jīng)分光模塊2分成若干束獨立探測光，各束獨立窄線寬探測光分別由對應(yīng)的光纖干涉結(jié)構(gòu)5的IN輸入2X2 f禹合器521,光信號由傳感光纜524進入2X2耦合器522，而由于隔離器523的存在，2X2耦合器521輸出的光信號無法經(jīng)過參考光纜521進入2X2耦合器522。進入2X2耦合器522的光信號進入反射裝置527后再反射回到2X2耦合器522，其中一部分經(jīng)參考光纜進入2X2耦合器521。在此過程中，當傳感光纜524和參考光纜525受到外界入侵振動的擾動時，受外界擾動的兩路探測光信號在2X2耦合器521中發(fā)生干涉，并通過OUT輸出到接收模塊3。接收模塊3中將外界入侵振動光信號轉(zhuǎn)化為振動電信號，之后進入采集處理模塊4完成最后的處理計算。
[0037]實施例三:如圖4所示:光纖干涉結(jié)構(gòu)由2X2耦合器531、2X2耦合器532、傳感光纜534、參考光纜535及傳輸光纜6組成，傳輸光纜533連接2X2耦合器532 —端，2X2耦合器533分別以傳感光纜534和參考光纜535連接個2X2耦合器531。與實施例一相t匕，不同之處在于通過增加一根單獨的傳輸光纜6，從而舍棄了隔離器和反射裝置。
[0038]光源模塊I發(fā)出連續(xù)探測光，探測光經(jīng)分光模塊2分成若干束獨立探測光，各束獨立窄線寬探測光分別由對應(yīng)的光纖干涉結(jié)構(gòu)5的IN輸入,光信號沿著傳輸光纜6輸入2X2耦合器532，再分別經(jīng)傳感光纜534和參考光纜535進入2X2耦合器531.在這個過程中，當傳感光纜534和參考光纜535受到外界入侵振動的擾動時，受外界擾動的兩路探測光信號在2X2耦合器531中發(fā)生干涉，并通過OUT輸出到接收模塊3。接收模塊3中將外界入侵振動光信號轉(zhuǎn)化為振動電信號，之后進入采集處理模塊4完成最后的處理計算。
[0039]如以上實施例中的流程所示，光纖干涉結(jié)構(gòu)中的光纜細分為傳感光纜和參考光纜，二者存在一定的光程差，這就要求探測光源具備一定的相干長度。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，窄帶光源模塊至少具備幾十米的相干長度。在系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中，干涉儀兩臂通常選取多芯光纜的任意兩芯光纖實現(xiàn)，所以在實際操作中，兩臂不可避免的會產(chǎn)生一定的長度差，選取具備較大相干長度的光源模塊，可減少現(xiàn)場施工難度。也可以發(fā)現(xiàn)，能夠產(chǎn)生相位變化導致有效干涉發(fā)生的過程只發(fā)生在光纖干涉結(jié)構(gòu)中，可以發(fā)現(xiàn)這明顯降低了系統(tǒng)探測振動的混雜度，并且排除了入侵擾動發(fā)生在不同傳感光纜處帶來的影響。
[0040]根據(jù)現(xiàn)場鋪設(shè)條件及應(yīng)用環(huán)境，如地埋和掛網(wǎng)等，可以適當調(diào)整系統(tǒng)靈敏度。
【權(quán)利要求】
1.一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，包括光源模塊、分光模塊、接收模塊、采集處理模塊及連接各模塊的傳輸光纜，其特征在于:還包括光纖干涉結(jié)構(gòu)；光源模塊連接分光模塊，分光模塊連接多個光纖干涉結(jié)構(gòu)，每個光纖干涉結(jié)構(gòu)均連接一個接收模塊，各接收模塊連接采集處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2X2耦合器、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，第一個2X2耦合器以傳感光纜連接第二個2 X 2耦合器，第二個2 X 2耦合器又以參考光纜連接第一個2 X 2耦合器，在參考光纜上位于兩個2X 2耦合器之間設(shè)有隔離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2 X 2耦合器、發(fā)射裝置、隔離器、傳感光纜及參考光纜組成，第一個2 X 2耦合器以傳感光纜連接第二個2 X 2耦合器，第二個2 X 2耦合器一端連接反射裝置，另一端以參考光纜連接隔離器，隔離器連接第一個2X2耦合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖干涉結(jié)構(gòu)由兩個2 X 2耦合器、傳感光纜、參考光纜及傳輸光纜組成，傳輸光纜連接第二個2 X 2耦合器一端，第二個2 X 2耦合器分別以傳感光纜和參考光纜連接第一個2 X 2耦合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型全光纖周界安防系統(tǒng)，其特征在于:所述光源模塊采用窄帶光源模塊。
【文檔編號】G01H9/00GK103777250SQ201110459259
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】郭兆坤 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司