一种新型全光纤周界安防系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型全光纤周界安防系统，包括光源模块、分光模块、接收模块、采集处理模块、连接各模块的传输光缆及光纤干涉结构；光源模块连接分光模块，分光模块连接多个光纤干涉结构，每个光纤干涉结构均连接一个接收模块，各接收模块连接采集处理模块。所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，或者所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、发射装置、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，或者所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、传感光缆、参考光缆及传输光缆组成。本发明的优点是：采用窄带光源模块显著提高了探测振动信号的精细结构；新型的光纤干涉结构既提高了系统灵敏度，又降低了系统探测到的振动信号的混杂度。
【专利说明】一种新型全光纤周界安防系统【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感系统【技术领域】，尤其涉及一种新型全光纤周界安防系统。
【背景技术】
[0002]全光纤周界安防系统是一种基于光纤干涉仪的振动测量系统。系统通常由光源模块(白光光源)、光电接收模块、采集处理模块、光学模块(包括光纤干涉仪)、传感光缆及其他外围器件构成。外界入侵振动信号直接或者间接作用于传感光缆，经过光缆弹光效应转变为光信号的相位变化，而光纤干涉仪则将光信号的相位变化解调为光信号的光强变化，再由光电转换接收电路转化为电信号，最终经采集处理模块采集处理，输出入侵报警信号。
[0003]目前全光纤周界安防系统一般采用一种称之为白光微分干涉仪的光纤干涉技术。其传感光路主要由白光光源(一种宽谱光源)，马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪、延迟光纤、传感光缆、反射模块等组成。该系统通过在传统马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪的基础上引入延迟光纤等光路结构，消除了系统对光源的相干性要求。由于系统采用了谱宽较宽的白光光源，从而大大提高了系统的稳定性。但同时，该类系统也具备如下不足:
[0004]1、灵敏度，尤其是低频灵敏度不足，对现场传感光缆铺设方式及铺设环境要求较闻，容易广生漏报。
[0005]2、振动信号混杂，系统采用返回式光路结构，干涉仪每一臂传感光信号至少会两次经过外界入侵振动位置，参与干涉的光信号过多，从而使干涉仪解调的最终信号实际上是不同时刻、不同位置外界入侵振动信号的混频、叠加的结果。
[0006]根据分析产生以上问题主要有如下原因: [0007]1、系统采用的白光光源由于谱宽较宽，其干涉效果实际上是有其中不同波长干涉结果的叠加，从而降低了系统灵敏度；
[0008]2、系统采用一种往返式的闭环光路结构，即在传感光缆的末端加装反射装置，从而使两路干涉光信号分别依次通过干涉仪两臂，从而实现白光微分干涉仪两路干涉光信号光程差相等的要求。正是这样的结构一方面由于每路干涉光信号两次经过传感光缆，导致振动信号的混叠；另一方面由于干涉光信号的相位变化来源于干涉光信号到达入侵振动位置的先后时间差，而这时间差与系统延迟光纤的长度、传感光缆长度及振动位置有关，而由于延迟光纤长度及传感光缆长度相对于光速都不会太长，从而导致系统低频敏感度降低，并在一定程度上与入侵振动在传感光缆上发生的位置有关。
【发明内容】
[0009]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型全光纤周界安防系统，通过引入窄带光源及新型的光纤干涉结构以提高系统灵敏度和降低探测入侵振动混杂度。
[0010]灵敏度的提高可以降低系统对现场铺设条件的要求，混杂度的降低一方面可以使系统具备直接测试外界振动的能力，一方面降低系统数据处理的难度，使探测的振动信号具备了入侵事件的直接物理特征。
[0011]本发明的目的是这样实现的:
[0012]一种新型全光纤周界安防系统，包括光源模块、分光模块、接收模块、采集处理模块及连接各模块的传输光缆，其特征在于:还包括光纤干涉结构；光源模块连接分光模块，分光模块连接多个光纤干涉结构，每个光纤干涉结构均连接一个接收模块，各接收模块连接采集处理模块。
[0013]所述光纤干涉结构由两个2X2耦合器、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2 X 2耦合器以传感光缆连接第二个2 X 2耦合器，第二个2 X 2耦合器又以参考光缆连接第一个2X2耦合器，在参考光缆上位于两个2X2耦合器之间设有隔离器。
[0014]作为本发明的另一种优选方式，所述光纤干涉结构由两个2X2耦合器、发射装置、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2X2耦合器以传感光缆连接第二个2X2耦合器，第二个2X2耦合器一端连接反射装置，另一端以参考光缆连接隔离器，隔离器连接第一个2X2稱合器。
[0015]作为本发明的再一种优选方式，所述光纤干涉结构由两个2X2耦合器、传感光缆、参考光缆及传输光缆组成，传输光缆连接第二个2X2稱合器一端,第二个2X2稱合器分别以传感光缆和参考光缆连接第一个2 X 2耦合器。
[0016]本发明各部分的功能如下:
[0017]光源模块1，为系统探测光源，是实现光干涉的先决条件，采用窄带光源模块。
[0018]具备线宽窄，MHz量级，大于几十米相干长度；光谱稳定、输出光功率稳定等特点。采用DFB激光器及相应的具备恒温、恒功率控制的驱动电路作为系统光源模块。
[0019]分光模块，其作用是将探测光分成若干束独立探测光；应用与多通道、多防区系统，共用一个光源模块可以降低系统成本。
[0020]接收模块3，将光纤干涉结构解调出的外界入侵振动光信号转化为振动电信号以进行后续处理。该模块具备较高的信噪比和动态范围。
[0021]采集处理模块4，将接收模块输出信号进行模数转换，并由计算机进行处理，输出
报警信号。
[0022]光纤干涉结构5，主要由耦合器构成，该模块是系统传输光缆与传感光缆的分解点。传输光缆在产生结构损伤前不受外界入侵振动的影响，而传感光缆则是外界扰动信号的直接探测单元。
[0023]光缆6，包括传感光缆和传输光缆，传感光缆为探测外界入侵振动的传感单元，传输光缆用于传输探测光信号和干涉光信号。
[0024]本发明的有益效果在于:相对传统白光光源，采用窄带光源模块显著提高了探测振动信号的精细结构，从而有利于后续信号处理；新型的光纤干涉结构一方面提高了系统灵敏度，另一方面降低了系统探测到的振动信号的混杂度。在一定条件下可以直接用于振动信号的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明模块结构示意图。
[0026]图2为光纤干涉结构第一种结构示意图。[0027]图3为光纤干涉结构第二种结构示意图。
[0028]图4为光纤干涉结构第三种结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0030]在一般周界安防工程项目的实际应用中，传感光缆实际上就是一根双芯光纤或者多芯光纤的光缆，但其实际有效的只是其中的两芯。用光缆探测振动信号即是利用外界扰动对光缆中的两根有效光纤的差异。在光纤干涉结构中，把两个有效光纤中的一根作为传感光缆与振动源固定在一起，另一根作为参考光缆，当有外界扰动作用于传感光缆与参考光缆时，受外界扰动的两路探测光信号返回到两个2X2耦合器中的第一个，并在其中发生干涉，从而系统可以监测振动源的振动信号。当光缆仅仅用于连接各模块作为光的传输通道时就称为传输光缆。
[0031]如图1所示，一种新型全光纤周界安防系统，包括光源模块1、分光模块2、接收模块3、采集处理模块4、连接各模块的传输光缆6，还包括光纤干涉结构5 ;光源模块I连接分光模块2，分光模块2连接多个光纤干涉结构5，每个光纤干涉结构5均连接一个接收模块3，各接收模块3连接采集处理模块4。
[0032]光源模块I采用窄带光源模块，其发出连续探测光，探测光经分光模块2分成若干束独立探测光，各束独立探测光分别经过传输光缆6进入各个光纤干涉结构5并发生干涉，输出的干涉光进入相应的接收模块3，在接收模块3中将外界入侵振动光信号转化为振动电信号，之后进入采集处理模块4完成最后的处理计算。
[0033]实施例一:如图2所不:光纤干涉结构5由2X2f禹合器511、2X2f禹合器512、隔离器513、传感光缆514及参考光缆515组成，2X2耦合器511分别以传感光缆514和参考光缆515连接2X2耦合器512，在参考光缆515上位于2X2耦合器511和2X2耦合器512之间设有隔离器513。
[0034]光源模块I发出连续探测光，探测光经分光模块2分成若干束独立探测光，各束独立窄线宽探测光分别由对应的光纤干涉结构5的IN输入2X2 f禹合器511,光信号由传感光缆514进入2X2耦合器512，而由于隔离器523的存在，2X2耦合器511输出的光信号无法经过参考光缆515进入2X2耦合器2。进入2X2耦合器512的光信号由于2X2耦合器512的右端已构成回路，则再次返回到传感光缆514和参考光缆515中，从而返回到2 X 2耦合器511中。在此过程中，当传感光缆514和参考光缆515受到外界入侵振动的扰动时，受外界扰动的两路探测光信号在2X 2耦合器511中发生干涉，并通过OUT输出到接收模块
3。接收模块3中将外界入侵振动光信号转化为振动电信号，之后进入采集处理模块4完成最后的处理计算。
[0035]实施例二:如图3所示:光纤干涉结构5由2X2耦合器521、2X2耦合器522、反射装置527、隔离器523、传感光缆524及参考光缆525组成，2X2耦合器521通过传感光缆524连接2X2耦合器522，2 X 2耦合器522 —端连接反射装置527，另一端通过参考光缆525连接隔离器523，隔离器523连接2X2耦合器521。与实施例一相比，不同之处在于增加了反射装置527。
[0036]光源模块I发出连续探测光，探测光经分光模块2分成若干束独立探测光，各束独立窄线宽探测光分别由对应的光纤干涉结构5的IN输入2X2 f禹合器521,光信号由传感光缆524进入2X2耦合器522，而由于隔离器523的存在，2X2耦合器521输出的光信号无法经过参考光缆521进入2X2耦合器522。进入2X2耦合器522的光信号进入反射装置527后再反射回到2X2耦合器522，其中一部分经参考光缆进入2X2耦合器521。在此过程中，当传感光缆524和参考光缆525受到外界入侵振动的扰动时，受外界扰动的两路探测光信号在2X2耦合器521中发生干涉，并通过OUT输出到接收模块3。接收模块3中将外界入侵振动光信号转化为振动电信号，之后进入采集处理模块4完成最后的处理计算。
[0037]实施例三:如图4所示:光纤干涉结构由2X2耦合器531、2X2耦合器532、传感光缆534、参考光缆535及传输光缆6组成，传输光缆533连接2X2耦合器532 —端，2X2耦合器533分别以传感光缆534和参考光缆535连接个2X2耦合器531。与实施例一相t匕，不同之处在于通过增加一根单独的传输光缆6，从而舍弃了隔离器和反射装置。
[0038]光源模块I发出连续探测光，探测光经分光模块2分成若干束独立探测光，各束独立窄线宽探测光分别由对应的光纤干涉结构5的IN输入,光信号沿着传输光缆6输入2X2耦合器532，再分别经传感光缆534和参考光缆535进入2X2耦合器531.在这个过程中，当传感光缆534和参考光缆535受到外界入侵振动的扰动时，受外界扰动的两路探测光信号在2X2耦合器531中发生干涉，并通过OUT输出到接收模块3。接收模块3中将外界入侵振动光信号转化为振动电信号，之后进入采集处理模块4完成最后的处理计算。
[0039]如以上实施例中的流程所示，光纤干涉结构中的光缆细分为传感光缆和参考光缆，二者存在一定的光程差，这就要求探测光源具备一定的相干长度。根据现场施工情况，窄带光源模块至少具备几十米的相干长度。在系统实际应用过程中，干涉仪两臂通常选取多芯光缆的任意两芯光纤实现，所以在实际操作中，两臂不可避免的会产生一定的长度差，选取具备较大相干长度的光源模块，可减少现场施工难度。也可以发现，能够产生相位变化导致有效干涉发生的过程只发生在光纤干涉结构中，可以发现这明显降低了系统探测振动的混杂度，并且排除了入侵扰动发生在不同传感光缆处带来的影响。
[0040]根据现场铺设条件及应用环境，如地埋和挂网等，可以适当调整系统灵敏度。
【权利要求】
1.一种新型全光纤周界安防系统，包括光源模块、分光模块、接收模块、采集处理模块及连接各模块的传输光缆，其特征在于:还包括光纤干涉结构；光源模块连接分光模块，分光模块连接多个光纤干涉结构，每个光纤干涉结构均连接一个接收模块，各接收模块连接采集处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种新型全光纤周界安防系统，其特征在于:所述光纤干涉结构由两个2X2耦合器、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2X2耦合器以传感光缆连接第二个2 X 2耦合器，第二个2 X 2耦合器又以参考光缆连接第一个2 X 2耦合器，在参考光缆上位于两个2X 2耦合器之间设有隔离器。
3.根据权利要求1所述的一种新型全光纤周界安防系统，其特征在于:所述光纤干涉结构由两个2 X 2耦合器、发射装置、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2 X 2耦合器以传感光缆连接第二个2 X 2耦合器，第二个2 X 2耦合器一端连接反射装置，另一端以参考光缆连接隔离器，隔离器连接第一个2X2耦合器。
4.根据权利要求1所述的一种新型全光纤周界安防系统，其特征在于:所述光纤干涉结构由两个2 X 2耦合器、传感光缆、参考光缆及传输光缆组成，传输光缆连接第二个2 X 2耦合器一端，第二个2 X 2耦合器分别以传感光缆和参考光缆连接第一个2 X 2耦合器。
5.根据权利要求1所述的一种新型全光纤周界安防系统，其特征在于:所述光源模块采用窄带光源模块。
【文档编号】G01H9/00GK103777250SQ201110459259
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2011年12月30日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】郭兆坤 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司