一种适用于油田企业的光纤传感安全监控系统的制作方法

本实用新型涉及安全预警技术，具体涉及基于分布式光纤传感技术的智能光纤传感安全预警技术。

背景技术：

油田企业点多、线长、面广，多处边远地带，生产区域存在乡镇、村庄，民情复杂，防范难度大，易遭受偷盗、破坏，甚至恐怖袭击。多设备的生产区域以及高价值物品集中的管理办公区，容易成为攻击、破坏的目标，是安全防范的重点区域。但是油田企业所应用的技术防范手段发展极不平衡，投入悬殊，尚未形成统一、稳定、便捷、有效的科技防护体系，技术防范建设仍需进一步加强。同时油田应用产品对防火防爆的特殊要求，技术防范产品要求对油田的应用环境具有良好的适应性。需要装备技术先进、性能稳定可靠、适应性强的综合安全监测系统。

由于油田企业所处环境大多比较复杂，特别是在自然环境与生产环境交杂的情况下，背景噪声复杂，噪声是阻碍人们分析光纤振动信号的不利条件，它的引入是不可避免的。分布式光纤系统在进行全线路信号采集的过程中，采集目标信号的过程中，也会采集来大量自然环境噪声、生产环境噪声等。噪声的引入将会使振源信号变成含噪信号，这将会影响信号提取真实特征，因此不断优化并提高系统信噪比是为系统分析提供一个优质信号的基础。但是系统在获得高精度的情况下还一个很难解决的难点是是双折射的现象，类似于人眼睛可能出现散光的概念，由于光的传播方向是一种横波，向前传输的要求是光纤的径面是绝对圆的，但现实的实际当中，很难保证到绝对的圆，因此光的传播方向与振动的传播垂直就可能形成x、y轴两个方向的偏正态，因此在光的传播过程中就会发生双折射的现象。这两个偏正态不是固定不变的，进行干涉的时候就会将干涉信号变弱。

由此可见，如何有效的提高分布式光纤传感系统的探测准确度为本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有用于油田企业的安全监测方案所存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于油田企业的光纤传感安全监控系统，能够提高系统针对周界入侵探测的识别准确率，以克服现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供的适用于油田企业的光纤传感安全监控系统，包括：激光光源组件、耦合器、声光调节器、第一光纤放大器、光纤环形器、传感光纤、第二光纤放大器、平衡探测器、滤波器以及采集单元，所述超窄线宽激光光源组件与耦合器的输入端连接，所述耦合器的第一输出端与声光调节器的输入端连接，所述耦合器的第二输出端连接于平衡探测器的输入端；所述声光调节器的输出端与第一光纤放大器的输入端进行连接，第一光纤放大器的输出端与光纤环形器输入进行连接，光纤环形器分别连接于传感光纤和第二光纤放大器的输入端，第二光纤放大器的输出端连接于平衡探测器的输入端；所述平衡探测器的输出端连接于滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接于采集单元。

进一步地，所述激光光源组件采用超窄线宽半导体激光器。

进一步地，所述第一光纤放大器和/或第二光纤放大器为掺铒光纤放大器。

进一步地，所述光纤传感安全监控系统中还包括调制器驱动器，所述调制器驱动器驱动连接声光调节器。

本实用新型提供的方案，基于平衡器技术来构建分布式光纤传感系统，通过改善偏正态测量，加入平衡式探测器，从而能够大大改善系统的信号线性度，提升系统整体的探测准确度，继而能够提高系统针对周界入侵探测的识别准确率。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实例中涉及到的基于光纤传感的安全监控系统的光路结构示例图；

图2为本实例中基于平衡器的分布式光纤传感系统的光路结构示例图；

图3为本实例中平衡探测器原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实例利用传感光缆作为传感传输介质基于分布式光纤传感技术的光纤传感安全预警系统。

参见图1，其所示为本实例中一种基于光纤传感的安全监控系统的构成示例。

由图可知，该安全监控系统10主要由主控板11、超窄线宽激光模块12、声光调制器13、光纤放大器14、耦合器15、环形器16、传感光纤17以及光电探测器18配合构成。

其中，主控板11、超窄线宽激光模块12、声光调制器13与光纤放大器14配合形成光源组件。

具体的，主控板11控制连接超窄线宽激光模块12、声光调制器13与光纤放大器14，而超窄线宽激光模块12、声光调制器13与光纤放大器14之间依次连接。

再者，光纤放大器14的输出通过耦合器15连接环形器16，而环形器16分别与传感光纤17和光电探测器18连接。光电探测器18与主控板11进行连接。

在具体实施时，主控板11由相应的fpga和arm配合构成。而光电探测器18由相应的探测板构成。

由此构成的安全监控系统采用的光源为窄线宽激光光源。光源产生的连续光经过强度调制器调制成窄脉冲，通过光纤环行器注入传感光纤后向瑞利散射光通过从光纤环行器的另一端注入光电探测器进行探测。由于注入的传感光纤中的脉冲光具有超强相干性，返回的瑞利射光也具有超强相干性，光电探测器接收到的就是脉冲宽度内后向瑞利散新光干涉光强。

本系统在运行时，当激光光源频率没有漂移且传感光纤不受扰动时，光纤沿线的后向瑞利散射光的相位不会发生改变，因此采集到的后向瑞利散射光强的时域曲线将保持一致。当光纤某处受到扰动，相应位置处的光纤将发生形变，光纤的折射率、长度、半径都将发生变化，导致该处的后向瑞利散射率和后向瑞利散射光相位都发生相应的变化。由于该系统注入脉冲光的强相干性，干渉效应非常明显，系统对后向瑞利散射光的幅度和相位变化非常灵敏。通过解调后向瑞利散射光幅度和相位的改变得到外界的扰动信息。

在此基础上，本实例通过加入平衡探测器，实现改善偏正态测量，继而构造高灵敏度、良好信噪比的安全监控系统。

参见图2，其所示为本实例给出的基于平衡器的分布式光纤传感系统的构成示例方案。

由图可知，本分布式光纤传感系统100主要由超窄线宽半导体激光器101、光纤耦合器102、声光调制器aom103、驱动器104、第一掺铒光纤放大器105、光纤环形器106、传感光纤107、第二掺铒光纤放大器108、平衡探测器109、滤波器110、以及高速数据采集单元111相互配合构成。

这里的超窄线宽半导体激光器101构成整个系统的光源组件，其输出端与光纤耦合器102的输入端进行连接。

该光纤耦合器102的输出端形成两路输出，第一输出光路与声光调制器aom103的输入端进行连接；第二输出光路与平衡探测器109的输入端进行连接。

作为一个优选方案，这里光纤耦合器102形成的第一输出光路和第二输出光路之间采用9:1的输出功率比例，但并不限于此。

声光调制器aom103的输出端与第一掺铒光纤放大器105的输入端连接，而第一掺铒光纤放大器105的输出端连接于光纤环形器106。

这里的光纤环形器106连接于传感光纤107和第二掺铒光纤放大器108的输入端。第二掺铒光纤放大器108的输出端则连接于平衡探测器109的输入端。

平衡探测器109的输出端连接于滤波器110的输入端，而滤波器110的输出端则连接于高速数据采集单元111。

本系统中的驱动器104优选为相应的驱动电路，并驱动连接声光调制器aom103，以对声光调制器aom103形成驱动控制。对于该驱动电路的具体构成，可根据实际需求而定，此处不加以赘述。

在本系统中采用到的平衡探测器其两只光电二极管及其辅助电路的一致性要尽可能高；光束在相干探测的混频过程中获得增益，等效为一个无噪声的光放大器。

作为举例，本实例中的平衡探测器的结构采用将两个光电二极管串联后中间抽头接tia和每只二极管后接跨阻放大器(tia)再并联两种结构。

如图3所示，其所示为采用每只二极管后接跨阻放大器(tia)再并联的平衡探测器构成原理图。

如图所示，如此结构的平衡探测器中通过两个带tia的pin探测器分别加入相同的偏置，将一个tia的差分输出的同向端pd1+和另一个tia的差分输出的反向端pd2-经过混频魔t进行耦合，作为限幅放大器的同向端输入，另一个按照相反的方式也进入耦合器，作为限幅放大器的反向输入端。

由此构成的基于平衡器的分布式光纤传感系统，其采用超窄线宽激光模块cw发出探测连续光经过带通滤波器，滤波后的脉冲信号通过耦合器形成两路光源输出，一路光源信号输出进入声光调制器aom进行脉冲外调制，调制后的脉冲信号进入第一掺铒光纤放大器进行放大，再经过光纤环形器后进入传感光纤，并传感光纤与返回的后向瑞利散射信号进行相干；相干的信号进入第一掺铒光纤放大器进行放大，放大后的信号与耦合器形成的另一路光源信号同时进入平衡探测器，经过平衡探测器处理后，再通过滤波器进行滤波后进入高速数据采集单元。

本实例给出的基于平衡器的分布式光纤传感系统通过平衡器的结构，可以将系统的灵敏度有效提高，显著减少电子线路和探测器的噪声，继而可大大改善系统的信号线性度，提升系统整体的探测准确度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。