一种光纤围栏单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于安全监测领域，具体涉及一种全光纤周界围栏中的光纤围栏单 J1_1〇
【背景技术】
[0002] 对军事基地、领使馆、大型工厂、煤矿、电厂、石油管线等进行安全监测，是保证国 防安全、社会安定、经济快速发展的一个基本要求。全光纤周界围栏属于分布式光纤传感技 术的一种典型应用，采用的光纤传感器具有将传输与传感煤质合而为一的特点，沿布设路 径上的光纤可全部成为敏感元件。全光纤周界围栏通过光纤围栏单元特殊的光路设计，使 两束光在时间上发生延时，形成干涉，再通过后期处理解调出携带的扰动信息，结构简单、 灵敏度高、抗电磁干扰，易于实现分布式传感监测，是现代周界安防的发展趋势。
[0003] 利用干涉原理进行光纤围栏单元光路设计方面，目前的代表性技术的有Sagnac 技术、Michel son 技术和 Mach-Zehnhar 技术。
[0004] Sagnac光纤干涉的基本结构是将耦合器的输出端相连接，基本原理是利用同一光 纤环中沿相反方向前进的两光波，在外界因素影响下产生不同的相移。如果采用Sagnac干 涉方式，缺点有：（1)由于外围光纤环形对称，传感系统会以对称形式感受到物理入侵，顺 时针和逆时针的光受到相同的相位改变，造成传感信号抵消，发生互易效应，致使无传感信 号的输出，容易产生误报；(2)若需避免互易效应，就需在布设光纤时，将其中一路进行扰 动隔离或者采用其他技术，这将造成系统成本大大提高，实现难度增大；（3)对解调电路的 要求很高，必须对光源进行调制，或者对解调光路进行扫频解调。
[0005] Miehelson光纤干涉的基本原理是光源发出的光，经耦合器分为两路，分别入射到 传感光纤和参考光纤，传感光纤和参考光纤的反射光在耦合器处叠加，产生干涉效应。缺 点有：（1)是利用光纤反射光进行干涉测量，因此其信号较微弱；（2)该技术要求相干长度 大于光学回路的长度，在长距离测量时，需要相干度极高的光源，这就对光源的制作要求很 高；（3)需要利用复杂的解调技术进行相位解调。
[0006] Mach-Zehnder干涉是一种基于相位干涉的方案，采用两个親合器，其中一端发出 的光，经第一个耦合器后进入两根长度基本相同的单模光纤，两光纤输出的光在第二个耦 合器处发生干涉。由于光路的对称性，由另一段发出的光，也可以在第一个耦合器处发生干 涉。主要缺点信噪比问题：（1)由于Mach-Zehnder干涉技术中，光是分经两根光纤进行传 播的，因此温度等环境的变化作用于传感光纤上，会引起传输光相位的变化，从而使系统的 信噪比降低；(2)加强激光功率，可以适当提高信噪比，但是光纤的瑞利散射及其它非线性 效应也可能会降低信噪比。
【发明内容】
[0007] 本实用新型主要解决的技术问题是提供一种光纤围栏单元，解决了现有光纤围栏 单元结构复杂、信号强度弱、灵敏度不高、信噪比低的技术问题。
[0008] 本实用新型的技术方案如下：
[0009] -种光纤围栏单元，包括光源、光电转换模块，还包括3X3双向单模光纤親合器、 监控光纤回路和延时光纤回路；所述监控光纤回路铺设于监控区域周界；所述3X3双向单 模光纤耦合器分光比为1:1: 1，其输入端分别连接光源、监控光纤回路的一端、光电转换模 块，输出端分别连接监控光纤回路的另一端以及延时光纤回路的两端。
[0010] 作为优选方案，所述监控光纤回路由传感光缆中的两根光纤的一端熔接而成。 [0011] 作为优选方案，所述传感光缆为特殊结构的两芯光缆。
[0012] 作为优选方案，所述光源为中心波长与3X3双向单模光纤耦合器工作波长一致 的激光光源或LED光源。
[0013] 本方案所述的光纤围栏单元具有如下技术效果：只采用了一个3X3双向单模光 纤耦合器，使单元结构简单、可靠；进行干涉的信号是两路同等信号叠加，可增加信号的强 度，使系统灵敏度高；干涉光是在同等路径的光纤中传播的，因此，在没有扰动的情况下，其 光程是一样的，只是在扰动时间上有差别，所以，其信噪比较高；此外，单元布设简单，容易 实现，对光源的相干度要求也不高，解调也相对简单。
【附图说明】
[0014] 图1为光纤围栏单元结构示意图
[0015] 图2为光纤围栏单元监控光路扰动模型
【具体实施方式】
[0016] 为使得本领域技术人员更易于理解本实用新型的技术方案，对本实用新型的光纤 围栏单元的结构和工作原理进行说明。
[0017] 光纤围栏单元包括光源1、光电转换模块2、3X 3双向单模光纤耦合器3、监控光纤 回路4和延时光纤回路5。按照图1所示的连接关系，3X3双向单模光纤耦合器3分光比 约1:1:1，其输入端分别为413233，其输出端分别为81、82、83。监控光纤回路4铺设于 监控区域周界，回路两端分别为J1、J2。延时光纤回路两端分别为Y1、Y2。3X3双向单模 光纤親合器3输入端A1、A2、A3分别连接光源、监控光纤回路的J1端、光电转换模块，输出 端Bl、B2、B3分别连接监控光纤回路的J1端以及延时光纤回路的两端Yl、Y2。
[0018] 光纤围栏单元所需测量的是监控光纤回路4附近的扰动。下列两条光路因未经过 扰动，未携带传感光纤信号，不形成干涉。第一条光路是入射光线经耦合器A2、B2,经延时 光纤Y1、Y2,经耦合器B3、A3,最后至光电转换模块；另一条光路是入射光线经耦合器经A2、 B3,经延时光纤Y2、Y1，经耦合器B2、A3,最后至光电转换模块。
[0019] 下列两条光路经过耦合器3次，光强分别为原来的1/27,但是这两路光仅仅是 通过延时光纤的方向不同，所以两路光是完全等效的可以合并，合并后光强为入射光强的 2/27。第一条光路是入射光线经耦合器A2、B1，经过监控光纤J2、J1，经耦合器Al、B2,经 延时光纤Yl、Y2、经耦合器B3、A3,最后至光电转换模块；另一条光路是入射光线经耦合器 A2、B1，经过监控光纤J2、J1，经耦合器Al、B3,经延时光纤Y2、Y1、经耦合器B2、A3,最后至 光电转换模块。
[0020] 其他光路的光线都是3次以上经过耦合器，虽然存在可以形成干涉的成对光，但 是强度太小，可以忽略不计。
[0021] 这里通过建立图2中光纤围栏单元监控光路扰动模型，来分析系统传感光路的工 作及定位方式。需要说明的是，为了使监控光缆的两根光纤构成环路，本实施例选用传感 光缆中的两根光纤，在光缆的尾端将两根光纤熔接，构成回路，这样既方便了传感光缆的布 设，提高了光路的稳定性，又可以使相干光两次经过扰动点的调制。
[0022] 设从传感光缆J1到J2光路总长、=2 (1+L)。现在分析形成干涉的两路光：一路 为从J1到J2的光，一路为从J2到J1的光。则有如下式1成立：
[0023]
【主权项】
1. 一种光纤围栏单元，包括光源、光电转换模块，其特征在于：还包括3X3双向单模光 纤耦合器、监控光纤回路和延时光纤回路；所述监控光纤回路铺设于监控区域周界；所述 3X3双向单模光纤親合器分光比为1:1:1，其输入端分别连接光源、监控光纤回路的一端、 光电转换模块，输出端分别连接监控光纤回路的另一端以及延时光纤回路的两端。
2. 如权利要求1所述的光纤围栏单元，其特征在于所述监控光纤回路由传感光缆中的 两根光纤的一端熔接而成。
3. 如权利要求2所述的光纤围栏单元，其特征在于所述传感光缆为特殊结构的两芯光 缆。
4. 如权利要求1至3中任1项所述的光纤围栏单元，其特征在于所述光源为中心波长 与3X3双向单模光纤耦合器工作波长一致的激光光源或LED光源。
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤围栏单元，包括光源、光电转换模块，其特征在于：还包括3×3双向单模光纤耦合器、监控光纤回路和延时光纤回路；所述监控光纤回路铺设于监控区域周界；所述3×3双向单模光纤耦合器分光比为1:1:1，其输入端分别连接光源、监控光纤回路的一端、光电转换模块，输出端分别连接监控光纤回路的另一端以及延时光纤回路的两端。本实用新型解决了现有光纤围栏单元结构复杂、信号强度弱、灵敏度不高、信噪比低的技术问题，在分布式光纤传感监控等应用领域具有广泛的实用前景。
【IPC分类】G08B13-186
【公开号】CN204537361
【申请号】CN201520167914
【发明人】丁楠, 王丹凤, 刘春晓
【申请人】中国电子科技集团公司第八研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月24日