专利名称：一种防区式光纤周界防范预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种防区式光纤周界防范预警系统。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。
背景技术：
目前常见的安全防范技术有主动红外对射，被动红外探测、数字微波、振动电缆、振动光缆、智能视频等。经过多年的发展，这些技术已经基本成熟，并且在重要军事目标，银行、博物馆、高档小区，油气站场等场合得到应用，提升了这些区域的安全防御水平。由于技术水平、成本及应对等问题的存在，这些安全方法技术基本都采用防区的方式进行布防。每个防区在几十到几百米之间，连续布防，从而实现大型设施的周界安全防范。光纤周界预警由于使用光缆，可以转角敷设，适合在不规则的周界布设。国内外目前应用的光纤周界预警系统多是基于多模光纤模间干涉原理研制，该方法通常都是防区式 布设，只监测不定位。而且需要分防区安装，另外布设通信和供电线缆。安装施工成本相对较闻。目前的管道光纤预警技术主要采用Mach-Zehnder干涉进行，适合长距离监测。对于站场这样的短距离监测，存在成本高，定位不准。无法应用于重要区域的周界防护。《光学技术》第34卷第2期“全光纤周界安全防范系统”公开了一种全光纤周界安全防范系统，可进行防区的周界安全防范，但不能进行多防区的周界安全防范。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种定位精度高、精确确定位置、短距离周界防御中使用、施工简单、成本低的防区式光纤周界防范预警系统。本实用新型提出了一种防区式的光纤预警系统，可以实现对外界入侵的实时监测和报警。系统监控主机1，通过两根普通传输光纤3和传输光纤114将各个防区单元2串联起来，如图I所示。每个防区的长度，可以按照安全防范的要求设定可以为50米，100米或200米。根据需要防区的数目任意设置，最大可达100个。其中单一防区的实现方法如图2所示。每个防区由4根光纤构成，5号光纤和6号光纤构成传感臂，7号光纤和8号光纤为传输臂。5号光纤和6号光纤并联,两端各接光纤稱合器19和光纤稱合器1110,光纤率禹合器19另一端接8号光纤，光纤耦合器IIlO另一端接7号光纤。光的传播方向为从7号光纤进入，在光纤耦合器IIlO处被为两束光分别在5号光纤和6号光纤中传播，在光纤耦合器19被合成一束在8号光纤中传播。其中光纤耦合器19和光纤耦合器IIlO均为分光比I : I的均分型耦合器。当有外界扰动时，两传感臂5号光纤和6号光纤中传播的光信号相位被改变，通过耦合器19后发生干涉，8号光纤中传播的光为干涉后的光信号。根据干涉理论可知，发生干涉的光信号强度发生变化，通过监测并解调光强的变化就可以判断该防区是否有扰动发生。[0010]系统布防时将系统监控主机I引出的光纤端口 116和光纤端口 II17和传输光纤13和传输光纤114相连。然后通过非均分光纤稱合器118和非均分光纤稱合器1119将防区2的7号光纤和8号光纤相熔接(见图4)。对信号进行解调的主机结构如图3所示。系统由光源S11，声光调制器A0M12及光电检测器D13、模数转换器A/D14、信号处理计算机PC15组成。光源SI I发出的激光被声光调制器12接收，声光调制器12输出接光纤端口 16，光纤端口 116接光纤端口 1117，光纤端口 1117输出依次串接光电检测器D13、模数转换器A/D14、信号处理计算机PC15。光源Sll发出的激光经过声光调制器12被调制成脉冲光，进入光纤端口 116。从光纤端口 1117传回监控主机I的光，在光电探测器D13被感知转换为电信号后在模数转化器A/D14被转化为计算机可以处理的数字信号，信号处理计算机PC15将采集到的扰动信号进行智能分析和处理。判断各防区是否有入侵信号，并及时报警显示。 本实用新型适用于任意连续的周界的安全防护，特别适合于形状不规则、具有防爆、防雷要求的场合。同时该设备可以实现管道站场周界的复合防护，保障了周界安全防护的有效性。该实用新型的应用将为管道站场的安全防护提供一套经济、简便的技术手段，使用一根光缆实现了多防区，避免站场安装时，敷设电缆时的二次开挖。本实用新型解决了各种防区式周界预警设备，需要另外敷设通信和供电线缆，完成设备组网，实现集中监控、集中报警所带来的施工复杂、成本高的问题。本实用新型通过时分复用实现了通过一套监控设备实现多个防区的实时监控，实现低成本的周界安全防范。本实用新型解决了传统光纤预警技术短距离定位不准，无法分防区设置的问题。利用时分复用技术使用一根光缆实现了多防区的周界安全防护。解决了传统安防技术需要增设通信、供电系统的问题，有效降低了设备的安装使用成本。本实用新型采用全光缆设计，周界上没有任何电子元件，本征防雷、防爆，可以应用于油气站场、油库。有效解决了长距离光纤预警技术应用过程中存在的定位不精确的问题，通过采用防区的方式，有效地将扰动位置限定在防区内。同时该发明基于光纤方式进行传感，通过一根多芯单模光缆实现了重要设施周界安全防护，信号传输和传感均通过光纤进行，无需额外供电，布线方便，解决了传统周界防护设备需要同沟通信和供电系统问题。与传统的振动电缆的防入侵技术相比，该技术安装简单，维护工作量小。与各种对射方式相t匕，该方法环境适应性好，不受雨雾及烟尘的影响。
图I防区式光纤预警系统结构图图2防区单元示意图[0021 ]图3监控主机结构图图4防区与主机连接示意图其中I-监控主机2-防区单元3-传输光纤I4-传输光纤II5-5号光纤6-6号光纤[0026]7-7号光纤8-8号光纤9-光纤耦合器I10-光纤耦合器II11-光源S12-声光调制器AOM13-光电检测器D14-模数转换器A/D15-信号处理计算机PC 16-光纤端口 I17-光纤端口 II18-光纤耦合器I19-光纤耦合器II
·具体实施方式
实施例.本例为试验光纤周界防范预警系统。系统监控主机1，通过两根普通传输光纤13和传输光纤114将各个防区单元2串联起来，如图I所示。每个防区的长度，可以按照安全防范的要求设定为50米。在试验过程中，光源Sll选择窄线宽激光器，通过声光调制器A0M12调制为脉冲光，脉冲光的脉宽为IOns,脉冲间隔为Is。激光器发出的光从光纤端口 16进入传输光纤114，在需要建立防区的地方通过非均分耦合器与防区2相熔接。激光从8号光纤进入防区系统，通过防区内光路结构5号光纤和6号光纤发生干涉之后进入7号光纤。7号光纤与传输光纤13通过非均分耦合器118相熔接，通过光纤端口 1117将传输光纤13的光接入监控主机I。在监控主机I中，光电探测器D13将采集到的光信号转换为电信号，在模数转换器A/D14转化为数字信号送入信号处理计算机PC 15进行处理。当外界有入侵行为发生时,防区内的5号光纤、6号光纤中传播的光纤相位发生变化。如果防区的长度为50m，则每个防区回传监控主机I的信号研制为光传播IOOm的时间，约为O. 5 X IO-6S0也就是说每微秒收到两个防区的脉冲信号，系统设计采样率为4M，从而保证系统能够准确的采集各个防区回传的监控信号。当某防区回传信号的交流光强发生变化时，系统即认为该防区发生入侵行为，及时报警。防区布防上,系统米用4芯光缆构成,其中两芯作为传输光纤,其不意图中传输光纤3和传输光纤4的作用。另外两纤，每50米使用中均分的1X2光纤耦合器19和1X2光纤耦合器IIlO进行一次熔接，然后将1X2耦合器的I端和两个非均分耦合器118、非均分率禹合器Π19与两芯传输光纤相熔接,这里非均衡稱合器的稱合比为5%,只有5%的光进入防区中。最后一个防区直接与传输光纤13和传输光纤114相熔接。由于稱合比固定，因此防区的最大数量约为20个，按照每个防区50m计算，约可以防护IOOOm的范围。若单防区长度为100米，则可防护长度为2000m。当单防区长度为200m时，可防护长度为4000m基本可以满足大型周界的安全防护要求。如果需要提高防护长度，可以通过减少耦合比的方式，提高防区的数量来实现。
权利要求1.一种防区式光纤周界防范预警系统，其特征是系统监控主机(I)通过两根普通传输光纤1(3)和传输光纤11(4)将各个防区单元(2)串联起来；每个防区的长度，按照安全防范的要求设定为50米、100米或200米；防区的数目任意设置，最大设置为100个； 其中每个防区由4根光纤构成，5号光纤和6号光纤构成传感臂，7号光纤和8号光纤为传输臂；5号光纤和6号光纤并联,两端各接光纤稱合器I (9)和光纤稱合器II (10),光纤耦合器I (9)另一端接8号光纤，光纤耦合器II (10)另一端接7号光纤； 光的传播方向为从7号光纤进入，在光纤稱合器II (10)处被为两束光分别在5号光纤和6号光纤中传播，在光纤耦合器I (9)被合成一束在8号光纤中传播；其中光纤耦合器1(9)和光纤耦合器II (10)均为分光比I : I的均分型耦合器；当有外界扰动时，两传感臂5号光纤和6号光纤中传播的光信号相位被改变，通过耦合器1(9)后发生干涉，8号光纤中传播的光为干涉后的光信号，通过监测并解调光强的变化判断该防区是否有扰动发生。
2.根据权利要求I所述的一种防区式光纤周界防范预警系统，其特征是系统布防时将系统监控主机(I)引出的光纤端口 1(16)和光纤端口 11(17)和传输光纤I (3)和传输光纤IK4)相连；然后通过非均分光纤耦合器1(18)和非均分光纤耦合器11(19)将防区(2)的7号光纤和8号光纤相熔接。
3.根据权利要求I所述的一种防区式光纤周界防范预警系统，其特征是信号解调的主机由光源S(Il),声光调制器AOM(12)及光电检测器D (13)、模数转换器A/D (14)、信号处理计算机PC (15)组成； 光源S(Il)发出的激光被声光调制器(12)接收，声光调制器(12)输出接光纤端口(16)，光纤端口 1(16)接光纤端口(17)，光纤端口(17)输出依次串接光电检测器D13、模数转换器A/D14、信号处理计算机PC15 ； 光源Sll发出的激光经过声光调制器12被调制成脉冲光,进入光纤端口 16 ;从光纤端口 17传回监控主机I的光，在光电探测器D13被感知转换为电信号后在模数转化器A/D14被转化为计算机可以处理的数字信号，信号处理计算机PC15将采集到的扰动信号进行智能分析和处理。
专利摘要本实用新型是一种防区式光纤周界防范预警系统。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。系统监控主机(1)通过两根普通传输光纤I(3)和传输光纤II(4)将各个防区单元(2)串联起来；每个防区的长度，按照安全防范的要求设定为50米、100米或200米；防区的数目任意设置，最大设置为100个；其中每个防区由4根光纤构成，5号光纤和6号光纤构成传感臂，7号光纤和8号光纤为传输臂；5号光纤和6号光纤并联，两端各接光纤耦合器I(9)和光纤耦合器II(10)，光纤耦合器I(9)另一端接8号光纤，光纤耦合器II(10)另一端接7号光纤。它定位精度高、精确确定位置、短距离周界防御中使用、施工简单、成本低。
文档编号G08B13/00GK202600875SQ20122019713
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者蔡永军, 陈朋超, 黄维和, 孙异, 王禹钦, 马云宾, 谭东杰, 冷有全, 李增彬, 宋宁, 杨喜良 申请人:中国石油天然气股份有限公司