周界安全监测系统及方法

专利名称：周界安全监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及属于公共安全防范领域，特别是一种周界安全监测系统以及利用该系统进行周界安全监测的方法。
背景技术：
近年来，随着光纤传感技术的发展，长距离分布式光纤传感技术也开始应用于周界安全监测。与传统周界安全防范系统相比，光纤周界安全防范系统属于非破坏性的安全防范系统，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、隐蔽性强、功耗低、寿命长等优点。
针对现有的周界安全监测技术存在的问题，首先试图通过采用0TDR(Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射)技术进行周界安全监测。其实质是光雷达技术，它是通过向光纤中发射窄光脉冲，检测光纤中产生的瑞利散射和菲涅尔反射信号来判断光纤的扰动并进行定位，但不足之处在于信号噪声太大，信号处理时间较长，无法进行实时监测，因而实用意义不大。
澳大利亚FFT公司的专利PCT/AU2005/001899提出基于传统马赫-泽德尔(Mach-Zehnder)光纤干涉仪原理，用光纤传感振动的技术方案。该发明对大范围周界的安全监测技术是一个突破，但不足之处是该发明中的光路系统不稳定，存在因相位衰落和偏振衰落引起的信号消隐，很难有效工作。美国专利US2003/0198425A1中的光纤周界安全监测装置中设计了两个 双向的光纤干涉仪，其定位原理是在分布式传感光纤中传输的两束光沿相 反方向传播，受同一振动事件影响后，由于两束光从事件发生处到各自的 检测点所经过的光程不同，因此产生一定的时间差，根据传感器两端监测 到同一事件所引起的干涉光信号变化的时间差，就可以确定入侵位置。此 技术不足之处在于由于两条传感光纤相距较近，传感光纤沿线的振动可 能使得两条传感光纤产生的相位延迟一致，致使不发生干涉，产生互易效 应；此外只有捕捉到入侵振动信号的起始时间才能定位，当入侵振动信号 已经发生后，则不再具备入侵点定位功能。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种周界安全监测系统，具有很高 的监测灵敏度和振动定位精度，该装置容易实现、成本较低，而且运行可 靠，为此本发明还提供一种利用周界安全监测系统的周界安全监测方法。
为解决上述技术问题，本发明周界安全监测系统的技术方案是，包括 光路系统、光纤传感系统、监测系统，其中，光路系统包括激光光源、光 隔离器，光纤传感系统包括第一分束器、第二分束器、萨格纳克微分干涉 仪的反射镜、马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜、萨格纳克微分干涉仪的 相位调制器、马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器、延迟线圈、沿监测
区域布设的传感光纤，监测系统包括光电探测器、数据采集器、计算机；
光源、光隔离器以及第一分束器的端口 B通过光纤依次连接，第一分 束器与第二分束器通过传感光纤连接，第二分束器的端口 a通过萨格纳克微分干涉仪的相位调制器与萨格纳克微分干涉仪的反射镜连接，第二分束 器的端口 b通过马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器与延迟线圈连接， 延迟线圈与马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜连接，第一分束器的端口 A 与光电探测器以光纤连接，光电探测器通过数据采集器与计算机连接并传 输电信号，由计算机对数据采集器采集的信号进行数据分析处理并输出传 感光纤沿线所发生的振动信息和振动位置信息；
其中，激光光源、光隔离器、第一分束器与第二分束器、萨格纳克微 分干涉仪的反射镜、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器、传感光纤构成开 环萨格纳克微分干涉仪，激光光源、光隔离器、第一分束器与第二分束器、 马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜、马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制 器、延迟线圈、传感光纤构成马赫一泽德尔微分干涉仪；
光路系统向光纤传感系统中发射光波，该光波经过开环萨格纳克微分 干涉仪形成一对相干光，同时该光波经过马赫—泽德尔微分干涉仪形成另 一对相干光，这两对相干光信号传输到监测系统中，监测系统通过光电探 测器完成光信号到电信号的转换，再通过数据采集器将模拟信号转换为数 字信号并送入计算机中进行数字信号处理和数据分析。
本发明根据周界安全监测系统的周界安全监测方法，由激光光源发出 的激光在开环萨格纳克微分干涉仪形成一对干涉光，同时由激光光源发出 的激光在马赫一泽德尔微分干涉仪形成另一对干涉光，当形成沿监测区域 布设的传感光纤沿线任意一处有振动发生时，在两个微分干涉仪中传输的 光波同时受到相位调制，携带相同振动信息的两路干涉光信号共同从第一分束器的A端口到达光电探测器，再通过数据采集器将模拟信号转换为数 字信号，该数字信号被传输到计算机中，得到振动源的振动位置，该振动 位置Z用下式表示
"v羞
其中，z是振动作用点至萨格纳克环中点O的定位距离，在开环萨格纳
克微分干涉仪中，L是萨格纳克环长度的一半，z。为延迟线圈的光纤长度，
AG)为振动^)导致的萨格纳克微分干涉仪中相互干涉的两束光的相位差，
&-^)为振动#)导致的马赫_泽德尔微分干涉仪中相互干涉的两束光的相 位差。
本发明周界安全监测系统基于光纤微分干涉技术的进行周界安全监 测，该系统由萨格纳克开环结构干涉仪和马赫-泽德尔微分干涉仪混合构 成，两个微分干涉仪共用一个传感光路，机械振动施加于两个微分干涉仪 上造成的相位变化完全相同，其中萨格纳克开环结构干涉仪的干涉输出存 在位置依赖型，同时采用锁相放大技术得到两个干涉仪的调制相位，并采 用相位对比进行振动定位。本发明不仅可以实施监测振动事件，而且灵敏 度高，成本低。


下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明
图1为本发明周界安全监测系统结构示意图2为本发明中开环萨格纳克微分干涉仪的结构示意图3为本发明中马赫-泽德尔微分干涉仪的结构示意图。图中附图标记中l为激光光源，2为光隔离器，3为第一分束器，4为 第二分束器，5为传感光纤，6为萨格纳克微分干涉仪的相位调制器，8为 马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器，7为萨格纳克微分干涉仪的反射 镜，10为马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜，9为延迟线圈，ll为光电探 测器，12为数据采集器，13为计算机，14为监测区域，101为光路系统， 102为光纤传感系统，103为监测系统。
具体实施例方式
在本实施例中，激光光源l选型号SXSLED1501-F0S， 3dB带宽50nm， 输出功率2mw，中心波长为1310nm或者1550nm。这是一种连续超辐射的激 光二极管。光隔离器2型号1550nm偏振无关型。分束器3和4型号为一 次拉锥2X2的单模分束器，分光比l: 1。反射镜7和10型号镀铝膜， 1550nm反射率95X。相位调制器6和8型号PZ1-STD-FC/APC。传感光纤 5及传输光纤型号Corning-SMF-28。光电探测器11型号InGaAs-PIN-1550， 饱和功率2mw。数据采集器12型号NI PCI-6122。计算机13型号研华 工控机IPC-610-H。
如图1所示，周界安全监测系统，包括光路系统101、光纤传感系统 102、监测系统103。其中，光路系统101包括激光光源1、光隔离器2。光 纤传感系统102包括第一分束器3、第二分束器4、萨格纳克微分干涉仪的 反射镜7、马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜10、萨格纳克微分干涉仪的 相位调制器6、马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8、延迟线圈9、沿 监测区域14布设的传感光纤5。监测系统103包括光电探测器11、数据采集器12、计算机13。
光源1、光隔离器2以及第一分束器3的端口 B通过光纤依次连接。第 一分束器3与第二分束器4通过传感光纤5连接，第二分束器4的端口 a 通过萨格纳克微分干涉仪的相位调制器6与萨格纳克微分干涉仪的反射镜7 连接，第二分束器4的端口 b通过马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8 与延迟线圈9连接，延迟线圈9与马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜10连 接，第一分束器3的端口 A与光电探测器11以光纤连接，光电探测器11 通过数据采集器12与计算机13连接并传输电信号，由计算机13对数据采 集器12采集的信号进行数据分析处理并输出传感光纤沿线所发生的振动信 息和振动位置信息。
其中，激光光源l、光隔离器2、第一分束器3与第二分束器4、萨格 纳克微分干涉仪的反射镜7、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器6、传感光 纤5构成开环萨格纳克微分干涉仪。激光光源l、光隔离器2、第一分束器 3与第二分束器4、马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜10、马赫一泽德尔微 分干涉仪的相位调制器8、延迟线圈9、传感光纤5构成马赫一泽德尔微分 干涉仪。
光路系统101向光纤传感系统102中发射光波，该光波经过开环萨格 纳克微分干涉仪形成一对相干光，同时该光波经过马赫一泽德尔微分干涉 仪形成另一对相干光，这两对相干光信号传输到监测系统103中，监测系 统103通过光电探测器11完成光信号到电信号的转换，再通过数据采集器 12将模拟信号转换为数字信号并送入计算机13中进行数字信号处理和数据在由激光光源l、光隔离器2、第一分束器3与第二分束器4、萨格纳 克微分干涉仪的反射镜7、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器6、传感光纤 5构成的开环萨格纳克微分干涉仪中具体光路如下
从激光光源1发出的激光经过光隔离器2传输到第一分束器3的端口 B 处，按功率l: l分成两束光，其中一束光从第一分束器3的端口C出发， 沿顺时针方向经过传感光纤5到达第二分束器4的端口 d处，该到达第二 分束器4的端口 d的光又被按功率l: l分成两束光，其中一束光从第二分 束器4的端口 a出发到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜7经反射后到达分 束器的端口a，到达端口a的这束光再以功率l: l分成两束光，其中一束 光从第二分束器4的端口 c出发沿顺时针方向经过传感光纤5的到达第一 分束器3的端口 D进行干涉，另外一束光从第二分束器4端口 d出发沿逆 时针方向经过传感光纤5到达第一分束器3的端口 C，但是这束光不符合干 涉条件，在本发明中不做考虑。
从激光光源1发出经过光隔离器2传输到第一分束器3的端口 B处并 按功率1: 1分成的两束光的另外一束光从第一分束器3的端口 D出发，沿 逆时针方向经过传感光纤5到达第二分束器4的端口 c处，该到达第二分 束器4的端口 c处的光以功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器 4的端口 a出发到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜7经反射后到达第二分束 器4的端口a，到达第二分束器4的端口a的这束光又被按功率l: 1分成 两束光，其中一束光从分束器端口 d出发沿逆时针方向经过传感光纤5到达第一分束器3的端口 C进行干涉，另外一束光从分束器端口 C出发沿顺
时针方向经过传感光纤5的另一部分到达第一分束器3的端口 D，但是这束
光不符合干涉条件，在本发明中不做考虑。
上述到达第一分束器3的端口 D进行干涉的光，与到达第一分束器3 的端口 C进行干涉的光回到第一分束器3进行干涉，干涉后干涉光从第一 分束器3的A端口进入监测系统103。
由激光光源l、光隔离器2、第一分束器3与第二分束器4、马赫_泽 德尔微分干涉仪的反射镜10、马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8、 延迟线圈9、传感光纤5构成的马赫一泽德尔微分干涉仪中具体光路如下
从激光光源1发出的激光经过光隔离器2传输到第一分束器3的端口 B 处，按功率l: l分成两束光，其中一束光从第一分束器3的端口C出发， 沿顺时针方向经过传感光纤5到达第二分束器4的端口 d处，该到达第二 分束器4的端口 d的光又被按功率l: l分成两束光，其中一束光从第二分 束器4的端口 b出发经过延迟线圈9到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜7， 反射后经过延迟线圈9回到第二分束器4的端口 b,到达第二分束器4的端 口 b的光再按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器4的端口 c 出发沿顺时针方向经过传感光纤5到达第一分束器3的D端口进行干涉， 另外一束光从第二分束器4端口 d出发沿逆时针方向经过传感光纤5的一 部分到达第一分束器3的端口 C，但是这束光不符合干涉条件，在本发明中 不做考虑。
从激光光源1发出经过光隔离器2传输到第一分束器3的端口 B处并按功率l: 1分成的两束光的另外一束光从第一分束器3的端口D出发，沿
逆时针方向经过传感光纤5到达第二分束器4的端口 c处，该到达第二分
束器4的端口C的光又被以功率1: l分成两束光，其中一束光从第二分束
器4的端口 b出发，经过延迟线圈9到达马赫一泽德尔微分干涉仪的反射 镜10，反射后经过延迟线圈9到达第二分束器4的端口 b，到达第二分束
器4的b端口的光再按功率l: l分成两束光，其中一束光从分束器端口d
出发沿逆时针方向经过传感光纤5到达第一分束器3的C端口进行干涉， 另外一束光从第二分束器4端口 c出发的光沿顺时针方向经过传感光纤5 的另一部分到达第一分束器3的端口D,但是这束光不符合干涉条件，在本 发明中不做考虑。
上述到达第一分束器3的端口 D进行干涉的光，与到达第一分束器3 的端口 C进行干涉的光回到第一分束器3进行干涉，干涉后干涉光从第一 分束器3的A端口进入监测系统103。
本发明的周界安全监测方法，由激光光源1发出的激光在开环萨格纳 克微分干涉仪形成一对干涉光，同时由激光光源1发出的激光在马赫一泽 德尔微分干涉仪形成另一对干涉光，当形成沿监测区域14布设的传感光纤 5沿线任意一处有振动发生时，在两个微分干涉仪中传输的光波同时受到相 位调制，携带相同振动信息的两路干涉光信号共同从第一分束器3的A端 口到达光电探测器11,再通过数据采集器12将模拟信号转换为数字信号， 该数字信号被传输到计算机13中，由下列公式获得振动源的定位
如图2所示，在开环萨格纳克微分干涉仪中，光源l、光隔离器2以及第一分束器3的端口 B通过光纤依次连接，第一分束器3与第二分束器4 通过传感光纤5连接，第二分束器4的端口 a通过萨格纳克微分干涉仪的 相位调制器6与萨格纳克微分干涉仪的反射镜7连接，第一分束器3的端 口 A与光电探测器11以光纤连接。L是萨格纳克环长度的一半，z是振动 作用点至萨格纳克环中点0的定位距离，当振动作用于传感光纤5上的某 点上，干涉光中正反两方向传播的光束之间的相位差为
,=#-r+r(n:r_r(》] ,冲'+"0]-f(z)]
=2r(z)-
式中，^W表示振动^^)导致的萨格纳克微分干涉仪中相互干涉的两束 光的相位差，^卜「 N2"Z/c，初=^^， n为光纤折射率，c为光速，萍)
为施加于传感光纤上的振动信号。由于光通过距离z的时间"z)极短，可以 近似得到
^' + r(z)H[/'-r(z)]■ -[,' + "z)]~^[r-r(z)] 2r(z) 一 "z)—。 2r(z)
賴0
b
式中，WW/^表示振动产生的调制相位的变化率, 将式b代入式a，则可以得到
j , 、 續0
c
设萨格纳克微分干涉仪的相位调制器6产生的输出相位差为& eQS—0
i应的输出千涉光强
/s = 2/, {1 + cos[A cos(wZ) + ps (/)]}
d
17式中，A为常数，与激光光源1耦合进光纤的强度、第一分束器3与第二分 束器4的分光比、萨格纳克微分干涉仪的反射镜7的反射率、相应的光纤
线路损耗有关，^为萨格纳克微分干涉仪的相位调制器6的调制角频率。
如图3所示，光源1、光隔离器2以及第一分束器3的端口 B通过光纤 依次连接，第一分束器3与第二分束器4通过传感光纤5连接，第二分束 器4的端口 b通过马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8与延迟线圈9 连接，延迟线圈9与马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜10连接，第一分束 器3的端口 A与光电探测器11以光纤连接。由于光纤延迟线圈9的存在， 且因为延迟线圈的光纤长度设置远大于萨格纳克环长度，则本装置中马赫-泽德尔微分干涉仪中的干涉光中正反两方向传播的光束之间相位差为 z(0 = ^)-W-2rD)
式中，^="4"为光通过延迟线圈的时间，4为延迟线圈的光纤长度。
设马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8产生的输出相位差为
& O)S(OV)，则相应的输出干涉光强
/s =2/2{l + cos[A2cos(w2,) + pM—z(0]} f
式中，/2为常数，与激光光源1耦合进光纤的强度、分束器3、 4的分光比、 马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜10的反射率、相应的光纤线路损耗有关，
^为马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器8的调制角频率。 则系统总的输出干涉光强为式d与式f之和，得到/ oc cos[A:, cos(w/) + ^s(y)] + cos[A:2 cos(6>20 + <^M—z (O] (g) 将式g以贝塞耳Bessel函数展开，得到
00 CO
7^(1] (—1)'々,(4 ) cos(2—/) cos(A ) —Z (-l)' J2,+1) cos[(2/ + sin(冉)}
/-I ,=1
+ {尤(-l)'入) cos(2 )cos _z)-尤(—1)' & (、 ) cos[(2/ + ] sin(&—z)}
(h)
式中，"7,为第i阶贝塞耳Bessel函数。
则可对式h中的两个微分干涉仪的相位差进行相位载波调制解调，解 调方式如期刊《光纤与电缆及其应用技术》1998年第6期的《干涉型光纤 水听器相位载波调制及解调方案研究》中公开的内容所述。
由于共用一个传感光纤5，同样的振动源^)作用在两个微分干涉仪上， 将式c和式e相比，就可得到定位距离z的位置信息。
"V羞
在本发明中，光路系统101主要用于向光纤传感系统102中发射光波， 并将光纤传感系统102中监测到的信号传输到监测系统103中，同时阻止 光纤传感系统102中反射回来的光波传输到激光光源1中以避免激光光源1 性能的恶化。而监测系统103通过光电探测器11完成光信号到电信号的转 换，再通过数据采集器12将模拟信号转换为数字信号并送入计算机13中 进行数字信号处理和数据分析。光路系统101、监测系统103都安装在监控 室内，而光纤传感系统102则安装在周界现场，连接光路系统101和光纤 传感系统102的传输光纤安装时一般要进行管道保护，以免损坏。本发明对土壤振动信号的监测具有很高的灵敏度，可以有效监测传感
光纤附近0. 5m内的任何土壤振动信号，定位精度可达士25米，监测距离长， 无需中继放大可达80公里，且监测稳定、可靠，无漏检。
权利要求
1. 一种周界安全监测系统，其特征在于，包括光路系统(101)、光纤传感系统(102)、监测系统(103)，其中，光路系统(101)包括激光光源(1)、光隔离器(2)，光纤传感系统(102)包括第一分束器(3)、第二分束器(4)、萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)、马赫—泽德尔微分干涉仪的反射镜(10)、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器(6)、马赫—泽德尔微分干涉仪的相位调制器(8)、延迟线圈(9)、沿监测区域(14)布设的传感光纤(5)，监测系统(103)包括光电探测器(11)、数据采集器(12)、计算机(13)；光源(1)、光隔离器(2)以及第一分束器(3)的端口B通过光纤依次连接，第一分束器(3)与第二分束器(4)通过传感光纤(5)连接，第二分束器(4)的端口a通过萨格纳克微分干涉仪的相位调制器(6)与萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)连接，第二分束器(4)的端口b通过马赫—泽德尔微分干涉仪的相位调制器(8)与延迟线圈(9)连接，延迟线圈(9)与马赫—泽德尔微分干涉仪的反射镜(10)连接，第一分束器(3)的端口A与光电探测器(11)以光纤连接，光电探测器(11)通过数据采集器(12)与计算机(13)连接并传输电信号，由计算机(13)对数据采集器(12)采集的信号进行数据分析处理并输出传感光纤沿线所发生的振动信息和振动位置信息；其中，激光光源(1)、光隔离器(2)、第一分束器(3)与第二分束器(4)、萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器(6)、传感光纤(5)构成开环萨格纳克微分干涉仪，激光光源(1)、光隔离器(2)、第一分束器(3)与第二分束器(4)、马赫—泽德尔微分干涉仪的反射镜(10)、马赫—泽德尔微分干涉仪的相位调制器(8)、延迟线圈(9)、传感光纤(5)构成马赫—泽德尔微分干涉仪；光路系统(101)向光纤传感系统(102)中发射光波，该光波经过开环萨格纳克微分干涉仪形成一对相干光，同时该光波经过马赫—泽德尔微分干涉仪形成另一对相干光，这两对相干光信号传输到监测系统(103)中，监测系统(103)通过光电探测器(11)完成光信号到电信号的转换，再通过数据采集器(12)将模拟信号转换为数字信号并送入计算机(13)中进行数字信号处理和数据分析。
2.根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，在由激光光源(1)、光隔离器(2)、第一分束器(3)与第二分束器(4)、萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)、萨格纳克微分干涉仪的相位调制器(6)、传感光纤(5)构成的开环萨格纳克微分干涉仪中具体光路如下从激光光源(1)发出的激光经过光隔离器(2)传输到第一分束器(3)的端口 B处，按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第一分束器(3)的端口 C出发，沿顺时针方向经过传感光纤(5)到达第二分束器(4)的端口 d处，该到达第二分束器(4)的端口 d的光又被按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口a出发到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)经反射后到达分束器的端口 a，到达端口 a的这束光再以功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口 c出发沿顺时针方向经过传感光纤(5)的到达第一分束器(3)的端口D;从激光光源(1)发出经过光隔离器(2)传输到第一分束器(3)的端口 B处并按功率1: 1分成的两束光的另外一束光从第一分束器(3)的端口 D出发，沿逆时针方向经过传感光纤(5)到达第二分束器(4)的端口 c处，该到达第二分束器(4)的端口 C处的光以功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口 a出发到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)经反射后到达第二分束器(4)的端口 a，到达第二分束器(4)的端口a的这束光又被按功率l: l分成两束光，其中一束光从分束器端口d出发沿逆时针方向经过传感光纤(5)到达第一分束器(3)的端口C;上述到达第一分束器(3)的端口 D的光，与到达第一分束器(3)的端口 C的光回到第一分束器(3)进行干涉，干涉后干涉光从第一分束器(3)的A端口进入监测系统(103)。
3.根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，由激光光源(1)、光隔离器(2)、第一分束器(3)与第二分束器(4)、马赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜(10)、马赫一泽德尔微分干涉仪的相位调制器(8)、延迟线圈(9)、传感光纤(5)构成的马赫一泽德尔微分干涉仪中具体光路如下从激光光源(1)发出的激光经过光隔离器(2)传输到第一分束器(3)的端口 B处，按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第一分束器(3)的端口 C出发，沿顺时针方向经过传感光纤(5)到达第二分束器(4)的端口 d处，该到达第二分束器(4)的端口 d的光又被按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口 b出发经过延迟线圈(9)到达萨格纳克微分干涉仪的反射镜(7)，反射后经过延迟线圈(9)回到第二分束器(4)的端口 b，到达第二分束器(4)的端口 b的光再按功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口 C出发沿顺时针方向经过传感光纤(5)到达第一分束器(3)的D端口；从激光光源(1)发出经过光隔离器(2)传输到第一分束器(3)的端口 B处并按功率1: 1分成的两束光的另外一束光从第一分束器(3)的端口 D出发，沿逆时针方向经过传感光纤(5)到达第二分束器(4)的端口 c处，该到达第二分束器(4)的端口 C的光又被以功率1: 1分成两束光，其中一束光从第二分束器(4)的端口 b出发，经过延迟线圈(9)到达马 赫一泽德尔微分干涉仪的反射镜(10)，反射后经过延迟线圈(9)到达第 二分束器(4)的端口b，到达第二分束器(4)的b端口的光再按功率l: 1分成两束光，其中一束光从分束器端口 d出发沿逆时针方向经过传感光纤 (5)到达第一分束器(3)的C端口；上述到达第一分束器(3)的端口 D的光，与到达第一分束器(3)的 端口 C的光回到第一分束器(3)进行干涉，干涉后干涉光从第一分束器(3) 的A端口进入监测系统(103)。
4. 根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，激光光源 (1)为连续超辐射发光二级管，中心波长为1310nm或者1550nm。
5. 根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，第一分束 器(3)和第二分束器(4)都为单模分束器。
6. 根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，第一分束 器(3)和第二分束器(4)都为一次拉锥2X2的分束器。
7. 根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，传感光纤 (5)为单模光纤。
8. 根据权利要求1所述的周界安全监测系统，其特征在于，第一分束器(3)和第二分束器(4)的光功率都是均分的。
9. 一种根据权利要求1所述的周界安全监测系统的周界安全监测方法， 其特征在于，由激光光源(1)发出的激光在开环萨格纳克微分干涉仪形成 一对干涉光，同时由激光光源(1)发出的激光在马赫一泽德尔微分干涉仪 形成另一对干涉光，当形成沿监测区域(14)布设的传感光纤(5)沿线任 意一处有振动发生时，在两个微分干涉仪中传输的光波同时受到相位调制， 携带相同振动信息的两路干涉光信号共同从第一分束器(3)的A端口到达 光电探测器(11)，再通过数据采集器(12)将模拟信号转换为数字信号， 该数字信号被传输到计算机(13)中，得到振动源的振动位置，该振动位置Z用下式表示其中，z是振动作用点至萨格纳克环中点O的定位距离，在开环萨格纳 克微分干涉仪中，L是萨格纳克环长度的一半，^为延迟线圈(9)的光纤 长度，《(,)为振动W)导致的萨格纳克微分干涉仪中相互干涉的两束光的相位差，^)为振动,导致的马赫-泽德尔微分干涉仪中相互干涉的两束 光的相位差。
10. 根据权利要求9所述的周界安全监测方法，其特征在于，所述的^(0采用下式表示<W =——^z其中，0W为作用于传感光纤的外界振动信号，n为光纤折射率，c为 光速，WW/^表示振动产生的调制相位的变化率；所述的 -A"采用下式表示式中，^)为作用于传感光纤的外界振动信号，n为光纤折射率，c为光速，^="￡。"为光通过延迟线圈的时间，^为延迟线圈的光纤长度， ^W/^表示振动产生的调制相位的变化率。
全文摘要
本发明公开了一种周界安全监测系统，光源、光隔离器、分束器3的端口B通过光纤依次连接，分束器3与分束器4通过传感光纤连接，分束器4的端口a通过相位调制器与反射镜连接，分束器的端口b通过相位调制器与延迟线圈连接，延迟线圈与反射镜连接，光电探测器通过数据采集器与计算机连接并传输电信号，当传感光纤沿线有振动发生时，携带相同振动信息的两路干涉光信号共同从分束器3的A端口到达光电探测器，再通过数据采集器将模拟信号转换为数字信号，该数字信号被传输到计算机中，由公式z＝L_D·φ_s(t)/φ_M-Z(t)获得振动源的定位。本发明可以实时监测周界振动情况，具有很高的灵敏度和定位精度，运行可靠。
文档编号G08C23/06GK101465052SQ200710094598
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者陈玉凤 申请人:陈玉凤