专利名称：一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种应用于军事机构、政府部门、机场、油库、银行、博物馆等重要设施区域安全防范的基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，涉及机械振动的测量、冲击的测量、光学的系统和管道系统技术领域。
背景技术：
周界安防技术自问世以来通常被用来防护军事设施和政府机构，早期的技术由于价格昂贵，并没有进入商业市场。随着电子信息技术和计算机技术的飞速发展，周界安全防范技术也有了突飞猛进的发展，目前商业上应用较广的有红外对射、数字微波、振动电缆、振动光缆、智能视频等。对于较小的防护对象，应用较多的是红外对射技术、激光对射等价格较低廉的技术，技术的要求也校对。对于大型的防范对象，这些技术由于技术本身的问题，都存在环境适应性差，误报多等问题，另外这些技术也受到围界形状的限制，对于不规则的区域无法应用。除此之外，对于在油气站场、军火库等易燃易爆环境场所，这些技术更是无法应用。
振动光缆技术，由于光纤本质安全性、传输距离长、价格低廉等等优点,振动光缆技术被广泛的应用在机场、核电站等大型区域的周界防护，也被广泛应用到防护油库、军火库等这类对防爆等级要求高的地方。当前，国内常用的光纤周界安防技术大多都是基于Mach-Zender干涉的光纤干涉构成的系统。例如中国授权专利ZL. 200410020046. 6。这个技术可实现入侵事件的定位，定位原理是利用顺反两个方向传播的光通过同一位置的时间差进行定位。但是，由于光纤中光的传播速度高达2. OX 108m/s，因此定位精度与采用率有着直接的关系。例如采用IOM采样，折算的理论定位精度大于20米，采用IM采样定位精度将为200米。在实际应用中，由于两个方向时间差计算的方法问题，其定位误差将远大于实际值。在加上受到偏振衰落的影响，会造成系统测试性能的不稳定，对事件报警和识别带来很大的难度。因此系统在实际应用中，实际获得的定位重复性很差，常在数千米范围内偏移。同时该技术中数十千米的光缆只是一个传感器，各个区域的扰动同时作用，无法进行多事件定位，这样就造成了各个防区的信号互相干扰，无法将背景噪声和入侵信号区分，造成系统在普适噪声条件下的失敏。针对现有问题，本发明提出了一种基于模间干涉原理的防区式多模光纤周界安防技术，该技术成本低廉，可以广泛应用于区域安全防范和油气管道、铁路、公路等长距离线状结构的安全防范。
实用新型内容本实用新型的目的是射6 —种系统报警准确率高、误报率低、防雷、防爆、环境适应性好、不受雨雾及烟尘影响的基于模间干涉原理的光纤周界安防方法和系统。本实用新型基于模间干涉原理的防区式光纤周界安防技术，通过对模间干涉模斑的变化进行特征分析，实现振动事件的准确识别；通过对光纤的分防区设置，实现对外界入侵空间位置的细分；通过“引导光缆+传感光缆+引导光缆”的模式，实现全光纤防护布设，无需防雷接地，尤其适用于易燃易爆等场所的使用。同时系统可以适用于各种形状的周界防护，克服了其他技术对不规则区域无法使用的问题。该光纤周界安防系统基于多模光纤的模间干涉原理，利用多模光纤构成微振动传感器，敷设于重要设施区域的围墙上或地面下，当有入侵者翻越重要设施区域时，系统会检测出入侵者所产生的振动信号，随即报警(见图1)。基于模间干涉原理的光纤周界安防系统的构成如如图2所示。本系统由振动传感光缆1、引导光缆3、中心控制单元4和系统主机5部分组成。其中中心控制单元4和系统主机5放置在监控中心内。重要设施区域分设为多个防区，每个防区的周界敷设的振动传感光缆I两端分别由双芯单模引导光缆3和中心控制单元4相连接，防区首段6和防区末端7安装光纤熔接盒2 ;分别连接双芯单模引导光缆3连接光源输出8和光信号接收9。中心控制单元4的输出接系统主机5。当有人员从围墙上方攀爬侵入时，入侵者触碰到了振动传感光缆1，引起光缆的振动，对光纤产生应力应变，从而影响到光纤中光波的传输特性(如光波的偏振、散射以及相位)发生变化，通过检测光波传输特性的变化即可检测出外部振动信号。振动信号通过引导光缆3传输到中心控制单元4进行分析和处理，判断是否是侵入事件。如果判断是侵入事件，将报警信息传入到控制室的系统主机5，并发出报警信号，亮起声光报警信号灯，使值班人员能够及时查看和阻止外部人员侵入，为防区提供有力的安全保障。所述中心控制单元4是由多个报警处理单元组成(见图3)，每个报警处理单元对应一个防区，由引导光缆与前端传感光缆相连接；所述报警处理单元的组成如图4所示；主要包括相干激光光源、光源驱动模块、光电探测模块、信号调理模块、微处理器、通讯模块；光源驱动模块接相干激光光源，相干激光光源连接引导光缆，将激光信号耦合进振动传感光缆1，振动传感光缆I的防区末端7经光纤熔接盒2后，由引导光缆3接光电探测模块，光电探测模块后依次串接信号调理模块、微处理器、通讯模块；其中I)相干激光光源，采用DFB (分布反馈式)激光二极管为多模传感光纤提供光源，其波长为1550nm，功率为ImW ;半导体激光二极管发光功率大、单色性和方向性好等优点，该光源稳定性高，适应强，满足现场各种使用条件，具有较高的可靠性；2)光电探测模块，主要由光电二极管、前置放大器组成；光电探测模块主要由光电二极管、前置放大器组成；光电探测模块的前端是光电二极管，光电二极管后接前置放大器；光信号经耦合器入射到光电二极管的光敏面上，光电二极管将光强信号转化为随时间变化的电信号；前置放大器的作用是将该电信号进行放大以供后边的电路进行信号处理；4)信号调理模块，检测信号中所含的噪声成分很大，而且有用的检测信号电平很低，往往被大量的噪声覆盖；因此需要采用信号调理模块对检测信号进行处理，从而有效地提取有用信号，降低噪声对有用信号的影响；5)微处理器，采用DSP微处理芯片完成信号的采集和处理功能，初步完成振动信号的判断，并将振动报警信号通过光纤通讯模块传输到中心控制器，进行进一步分析和判断；[0017]6)通信模块，采用XML通信方式完成报警单元与中心控制器的数据传输功能。系统电原理图如图5所示。中心控制单元的FC输出端由引导光缆接防区的光纤熔接盒，光纤熔接盒接传感光缆，传感光缆的另一端也接一光纤熔接盒后，由引导光缆接中心控制单元的FC输入端；中心控制单元的LAN端口接工控机的LAN端口，工控机的VGA端口接显示器的VGA端口。本实用新型的效果本实用新型采用全光缆设计，实现了防区区域周界全光纤布设，无需防雷、接地，整体上更进一步增强了系统的本质安全性，特别适用于易燃易爆环境中使用。通过采用防区的方式，有效地将扰动位置限定在防区内。同时本实用新型基于多模光纤方式进行传感，通过一根多模光缆实现了防区的安全防范，通过单模引导光缆将所有防区与中心控制单元进行连接，实现了重要设施周界全防护，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。与各种对射方式相比，该方法环境适应性好，不受雨雾及烟尘的影响。
图1基于模间干涉原理的光纤周界安防系统组成示意图图2基于模间干涉原理的光纤周界安防系统防区分布示意图图3报警处理器与振动传感光缆连接示意图图4现场检测单元硬件组成示意图图5系统电路图其中I一振动传感光缆 2—光纤熔接盒3—引导光缆4 一中心控制单元5—系统主机6—防区首端7—防区末端8—光源输出端口9 一光信号接收端口实施例.本例是一实验样机。系统样机应用于防护周界1. 7km的油库。在实际使用中防护围界分为8个防区，每个防区200m左右，防区分布示意图如图2。每个防区的振动传感光缆I由单模引导光缆3连接至中心控制单元4。系统采用窄线宽相干激光光源，激光器发出的光从光源输出端口 8进入引导光缆3，再进入振动传感光缆I，最后由引导光缆3传回探测器的光信号接收端口 9，经光电探测模块探测到振动信号，由信号调理模块处理后传到微处理器进行分析，分析结果有通讯模块传送至系统主机进行综合分析。当外界有入侵行为发生时，防区内的振动传感光纤I中传播的光纤相位发生变化。光电探测模块会探测到这个信号，信号进处理后传输到主机，系统主机通过信号的识别与分析判断是否为入侵事件，当判断为入侵事件时，系统报警。其中，光纤均由四海公司提供，传感光纤为多模光纤，芯径62. 5um,包层125um,弓丨导光纤为单模光纤，芯径5um，包层125um ;光源采用分布反馈式半导体激光器(PFB-LD)，工作波长为1550nm ;探测器选用的是武汉电信器件有限公司型号为TODM981的通讯用PIN探测器单管，其特点是响应速度高，转换效率高，并带有单模光纤尾纤，方便连接；熔接盒选用的是中天科技型号为GLK-24型的光纤接续盒。本例经试验，由于采用全光缆设计，实现了防区区域周界全光纤布设，无需防雷、接地，增强了系统的安全性。通过采用防区的方式，有效地将扰动位置限定在防区内。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。同时，安装简单，维护工作量小，环境适应性好，不受雨雾及烟尘的影响。
权利要求1.一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是它由振动传感光缆(I)、引导光缆(3)、中心控制单兀(4)和系统王机(5)部分组成；其中中心控制单兀(4)和系统王机(5)放置在监控中心内；重要设施区域分设为多个防区，每个防区的周界敷设的振动传感光缆(I)两端分别由双芯单模引导光缆(3)和中心控制单元(4)相连接，防区首端(6)和防区末端(7 )安装光纤熔接盒(2 )，分别经双芯单模弓I导光缆(3 )连接光源输出(8 )和光信号接收(9);中心控制单元(4)的输出接系统主机(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述中心控制单元(4 )是由多个报警处理单元组成，每个报警处理单元对应一个防区，由引导光缆与前端传感光缆相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是中心控制单元的FC输出端由引导光缆接防区的光纤熔接盒，该光纤熔接盒经传感光缆再接一光纤溶接盒后，由引导光缆接中心控制单兀的FC输入端；中心控制单兀的LAN端口接工控机的LAN端口，工控机的VGA端口接显示器的VGA端口。
4.根据权利要求2所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述报警处理单元主要包括相干激光光源、光源驱动模块、光电探测模块、信号调理模块、微处理器、通讯模块；光源驱动模块接相干激光光源，相干激光光源连接引导光缆，将激光信号耦合进振动传感光缆(1)，振动传感光缆(I)在防区末端(7)经光纤熔接盒(2)后，由引导光缆(3)接光电探测模块，光电探测模块后依次串接信号调理模块、微处理器、通讯模块。
5.根据权利要求3所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述相干激光光源采用DFB分布反馈式激光二极管，其波长为1550nm，功率为lmW。
6.根据权利要求3所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述光电探测模块主要由光电二极管、前置放大器组成；光电探测模块的前端是光电二极管，光电二极管后接前置放大器；光信号经耦合器入射到光电二极管的光敏面上，光电二极管将光强信号转化为随时间变化的电信号。
7.根据权利要求3所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述微处理器采用DSP微处理芯片。
8.根据权利要求3所述的一种基于模间干涉原理的光纤周界安防系统，其特征是所述通信模块采用XML通信方式。
专利摘要本实用新型是一种应用于重要设施区域安全防范的基于模间干涉原理的光纤周界安防系统。它由振动传感光缆(1)、引导光缆(3)、中心控制单元(4)和系统主机(5)部分组成；其中中心控制单元(4)和系统主机(5)放置在监控中心内；重要设施区域分设为多个防区，每个防区的周界敷设的振动传感光缆(1)两端分别由双芯单模引导光缆(3)和中心控制单元(4)相连接，防区首端(6)和防区末端(7)安装光纤熔接盒(2)，分别经双芯单模引导光缆(3)连接光源输出(8)和光信号接收(9)；中心控制单元(4)的输出接系统主机(5)。该系统报警准确率高，误报率低，防雷、防爆，环境适应性好，不受雨雾及烟尘影响。
文档编号G08B13/186GK202904787SQ201220351128
公开日2013年4月24日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者宋宁, 马云宾, 谭东杰, 周琰, 刘路, 李柏松 申请人:中国石油天然气股份有限公司