CN101271605A - 一种用于光纤传感安防系统的光纤编码定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤传感安全防范技术领域，具体为一种用于光纤传感安全防范系统的光纤编码定位方法。本发明以编码方式，即用传感光纤的编码(排列组合)，实现不同区域的定位。系统根据产生触发信号的光纤集合来确定扰动信号发生的区域。该方法可以应用于使用光纤传感技术定位事件发生区域的定位系统。

Description

一种用于光纤传感安防系统的光纤编码定位方法

技术领域

本发明属于光纤传感安全防范技术领域，具体涉及一种新型的光纤定位方法。

背景技术

光纤作为感应部件，具有灵敏度高、抗干扰性强、隐蔽性好的特点。随着光纤技术的发展，光纤传感技术越来越多得被应用于事件发生位置的确定。

传统的定位方法中，为了实现区域的划分，一般采用的方法是每个区域使用一根感应光纤来采集扰动信号，这些感应光纤互不相连，因此，区域的感应信号与感应光纤一一对应。随着分区数的增加，感应光纤的数量随之增加，与之相关的传输光缆的数量亦会增加；同时，这些互不相连的感应光缆通常对应着相应的信号调制光路、信号处理电路等，随着分区数量的增加，定位系统会越来越庞大，严重影响其在实际中的应用。

图1是一个传统的分区方案示例，这是一个光纤周界安防系统。该系统的分区方案中，周界分成三个区，每个区分别对应一根感应光缆(光纤)(1a)、(1b)、(1c)，每根光缆分别对应着一个干涉光路(由光纤无源器件构成)、反馈装置((2a)、(2b)、(2c))。显然，随着分区数的增加，相应的干涉光路、反馈装置等的数量会随之增加，系统渐显庞大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能适用于周界范围大、保密要求高的光纤传感安防系统的光纤定位方法。

本发明提出的光纤传感安全防范系统的光纤定位方法，核心是以编码方式，即用感应(传感)光纤的编码(排列组合)，实现不同区域的定位。即在不同的区域，使用不同的感应(传感)光纤集合；某区域内产生的扰动信号同时作用于该区域内光纤组合中的所有光纤，即位于该区域的光纤组合中的各感应光纤同时感应同一的扰动信号，从而系统可以根据采集到扰动的传感光纤的集合来确定扰动信号发生的区域，该集合与区域唯一对应。具体原理表述如下。

假设有n根感应(传感)光纤，根据编码原理，以每根光纤有扰动信号时对应“1”，没有扰动信号时对应“0”，n根光纤进行组合，形成的编码数量P为：

$P=\{C_n^0+C_n^1+...C_n^{n-1}+C_n^n\}=2^n$

考虑到全“1”和全“0”的情况分别对应系统受到大的干扰和处于正常工作状况，不具有代表区域信息的功能，所以实际的分区数N为：

N＝P-2＝2ⁿ-2

根据上面的式子，4根光纤可对对应于14个分区，5根光纤可对应30个分区，6根光纤可对应62路分区，8根光纤对应254个分区。而8根光纤构成的光缆非常普遍，8路探测信号同时处理也不存在任何困难。

显然，在分区数很多的光纤定位系统中，这种编码定位方案优势很显著。特别地，如果采用两层或两层以上的定位层，优势会更加明显，它可以获得远大于上面推导的最大分区数。

例如，当在同一分区实行两个定位层时，在一层定位层某区域采用数量n′(n′＜n)的光纤进行完全编码，剩余的n″＝n-n′根光纤在另一定位层相应的区域进行新的排列组合，组合数N′可表示为：

$N^{\′}=\{C_{n^{\′\′}}^1+C_{n^{\′\′}}^2+......C_{n^{\′\′}}^{n^{\′\′}-1}\}$

该组合与一个特定的编码相对应，所以n根光纤形成的同一定位区域两定位层的铺设方法，实际的分区数N_t可表示为：

$N_t=C_n^1\·\{C_{n-1}^1+C_{n-1}^2+....+C_{n-1}^{n-1}\}+C_n^2\·\{C_{n-2}^1+C_{n-2}^2+....+C_{n-2}^{n-2}\}+....C_n^p\·\{C_{n-p}^1+C_{n-p}^2+....+C_{n-1}^{n-p-1}+1\}$

$+....+C_n^{n-1}$

仔细分析，可以看出，这编码方法，可能出现某层的两个区编码与某区两层编码相同、两个定位层的编码互补等情况，如，对于3根光纤组成的系统，某区域的第一层防护层是第1、3号光纤(编码为“101”)，而另一层是2号光纤(编码为“010”)，另一个区域的第一层防护层是第2号光纤(编码为“010”)，而另一层是1、3号光纤(编码为“101”)，这会带来给实际使用带来误判。解决的方法，可以在某一层，或两层各加一标志光纤，如在第一定位层中加一根光纤，即可避免上述误判的发生。

根据以上的方案，对于5根光纤组成的系统，实际的分区数N_t＝50；对于6根光纤组成的系统，实际的分区数N_t＝180。

如果采用三层定位层分区的方法，n根光纤对应的分区数量会更加多，在此不一一列举。目前的光纤分区定位系统，分区数最多的是一光纤安防产品，可达40，相比之下，我们提出的方法具有国际超前水平。

这种定位层的引入，是具有实际意义的，例如，在光纤周界安防系统中，每个定位层形成一防护层，可以对一个入侵行为进行方向上的判断，即通过对防护层触发次序的逻辑关系判断，可以判断出入侵行为的方向性：“入境”或“离境”，对保卫人员的反映行为直接提供具体参考。同一区域可以采用两个或两个以上的多个防护层。

值得一提的是，在编码定位方法中，感应共同扰动的光纤组合中的各光纤感应信号到达信号探测端的路径虽然不是完全一致，但由于光速很快，宏观上，可以认为是同步的。例如，对于某两根感应光纤，决定感应(触发)信号延迟时间的光纤长度相差Δl＝10km(实际中远小于这各量级)，则对于同时刻的扰动，两系统探测到的信号延迟为Δτ＝n_effΔl/c≈50μs，其中，n_eff为光纤的有效折射率，c为光速，可见，这个量级的信号延迟对于宏观的扰动几乎是可以忽略的。这为判断同时发生扰动的光纤集合带来了方便。

系统的布设可以按下述方式进行。以总线光纤数为n为例，n根光纤构成一根光缆，该光缆末端与光路系统连接。在特定的分区，以两定位层为例，根据骗码的需要，首先选定特定的光纤与一根敏感光缆连接，形成感应光缆，该光缆完成一个特定区域的铺设。在剩余的光缆中，按照特定的编码规律，选定光纤与另外一根敏感光缆连接，形成该区域的另一定位层感应光缆。两感应光缆按照地域特点完成铺设，一旦出现扰动信息，在时间上先后有不同的定位层感应到扰动，对应不同的编码，完成定位和方向辨别功能。

本发明的突出特点是，它显著改善了光纤定位系统中分区数量增加带来的系统越发庞大的问题，实用性强。它可以应用于使用光纤传感技术定位事件发生区域的定位系统，特别地，可应用于光纤安全防范系统中区域的定位。采用这种编码定位方案的光纤定位系统，可以是各种将光纤作为敏感元件来感应扰动信号的光纤传感系统，传感方式可以是：光强度调制、相位调制、频率调制、偏振调制或波长调制等。

附图说明

图1是传统分区方案示例。图中是一个光纤周界安防系统，周界被分成了3个区，每个区分别对应一根感应光缆(1a)、(1b)、(1c)。每根感应光缆(1a)、(1b)、(1c)分别对应着一个光纤干涉模块和一个反馈装置(2a)、(2b)、(2c)。

图2是采用编码定位实现分区的一光纤周界安防系统。周界有一个防护层，分成6个区，使用3根传感光纤进行编码组合，实现6个分区。

图中标号：a、b、c分别是3根传感光纤，3是敏感光缆，2a、2b、2c是各子系统的光反馈装置。

具体实施方式

本实施例是一光纤周界安防系统，采用的是单芯反馈式白光干涉系统。如图2(a)所示，系统有一个防护层，采用3根光纤编码，将周界分成了6个区。每个区的感应光缆(3)分别与相应的干涉系统的敏感端相连，相应的编码如表1所示，其中，列出了各分区对应的感应光纤以及相应的编码。编码中“1”表示检测到扰动信号。

系统中所用的光源为电子集团总公司44研究所生产的SO3-B型超辐射发光管(SLD)型稳定光源。光纤耦合器为武汉邮电研究院生产的单模光纤耦合器。光电转换用的光电探测器为44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。所用的光纤为美国“康宁”生产的G652型单模光纤。起感应作用的光缆3为长飞生产。光反馈装置(2a)、(2b)、(2c)为法拉第旋转镜。所采用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成。

在本实施例中，系统处理软件实时检测每个感应光纤采集的信号，判断产生触发信号的感应(传感)光纤集合，依此定位扰动发生的区域。例如，当检测到感应光纤b、c同时产生触发信号，而a未产生触发信号，即编码为“110”，则可以断定入侵发生在区域VI。

表1：

区域	感应光纤	触发编码(c，b，a)
			I	(a)	001
II	(b)	010
			III	(c)	100
IV	(a，b)	011
			V	(a，c)	101
VI	(b，c)	110

注：“1”表示检测到扰动信号。

Claims (1)

1、一种用于光纤传感安防系统的光纤编码方法，其特征在于用感应光纤的排列组合实现不同区域的定位，在不同的区域，使用不同的感应光纤集合；某一区域内产生的扰动信号同时作用于该区域内光纤组合中的所有光纤，即位于该区域的光纤组合中的各感应光纤同时感应同一扰动信号，从而，系统可以根据采集到扰动的传感光纤的集合来确定扰动信号发生的区域。

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