CN101285701A - 可定位的光缆振动探测装置 - Google Patents

Abstract

一种能够探测光缆振动并定位的探测装置。由两路光发射器、前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、光接收器连接构成两个光路。光发射器发射光束，经过前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、到达光接收器，当外力作用于光缆上某一点产生振动时，光接收器接收到的光信号发生改变，并转换为变化的电压，测算两个光接收器接收到同一振动作用在光缆上时在两个光路产生变化的光信号之间的时间差，可计算出振动点距离光缆一端的距离，从而实现定位。

Description

可定位的光缆振动探测装置

技术领域

本发明涉及探测装置，尤其是指一种能探测到作用在光缆上的振动信号，并确定振动点所处位置的探测装置。

技术背景

目前，市场上防入侵的报警装置一般使用红外线作为报警探测器，该类型探测器通过探测外界是否有物体遮挡红外信号来判断是否有人进入保护区域。但如果有其他物体，如落叶、飞鸟、风吹树木摆动、或者较大的雨、雾天气遮挡了红外线，则会引致系统误报警或失效。而且，在周界报警上常用的如被动红外探测器，只能探测直线型的防护区域，不能应用于不规则的防护区域。还有其他的报警探测器，通过探测人进入防护区域时引起静电场、磁场的变化来判断报警，该类型报警探测器一般都需要在一个比较大的范围或者比较长的周界铺设金属线缆，容易受磁电干扰造成误报或遭雷击，引起设备损坏或人员伤亡。另外，上述常用报警探测器构成的报警装置只能分区设置防护，而不能精确判断是在哪个位置点产生的警情。以上情况是当前防入侵报警设备所采用的探测装置普遍存在的问题。

发明内容

为了克服现有防入侵报警探测装置的上述缺点，本发明提供一种利用光缆作为探测器，探测外力引起光缆振动所产生的信号，并能准确定位振动点所在位置的探测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将两个光发射器、两个光接收器、两个前端光耦合器放置在光缆的一边(例如左边)，将两个末端光耦合器放置在光缆的另一边(右边)，连接构成两个光路，其中一路由第一个光发射器连接第一个前端光耦合器的左端接口，该前端光耦合器的右端有两个接口，分别连接光缆中的第一、第二根光纤的左端，这两根光纤的右端分别连接第一个末端光耦合器左端的两个接口，该末端光耦合器的右端绕接到光缆中第三根光纤的右端，该光纤的左端连接第一个光接收器；另一路由第二个光发射器连接光缆中第四根光纤的左端，该光纤右端绕接到第二个末端光耦合器的右端，该末端光耦合器的左端连接光缆中的第五、第六根光纤的右端，这两根光纤的左端连接第二个前端光耦合器右端的两个接口，该前端光耦合器的左端接口与第二个光接收器连接。上面涉及的六根光纤处于同一跟光缆中。由光发射器发射的光束经过前端光耦合器可形成两路相干光，该相干光经过光缆，进入末端光耦合器时，跟据光干涉原理，在其右端可得到干涉光，当外力作用于光缆上引起振动时，两路相干光到达末端光耦合器的光程差会发生变化，使干涉光的光功率也发生变化，这样就构成了一路光缆干涉系统。同理，第二路光路也构成干涉系统。这样就组成两个光干涉系统。两个光发射器向两个光路发射功率稳定的两路光，在没有外力作用于光缆的情况下，两个光接收器接收到的光的光功率是稳定的，当有外力作用于光缆上时，光缆中相干光的光程差发生改变，引起光接收器接收到的光的光功率发生变化，通过光电转换后得到变化的电压。这样就可以对电压的变化情况及物理特性进行分析处理。当外力作用在光缆上的一个点时，两个干涉系统同时在该点产生干涉变化，而两路光行进的方向相反，其中第二路产生干涉变化的光向左，先进入光接收器，第一路产生干涉变化的光向右，进入末端光耦合器后再绕到相反方向，经过光缆，最后进入光接收器，两个接收器接收到的光发生变化的事件存在时间差。通过计算，就能得到产生振动的点距离光缆一端的距离，从而实现定位。

本发明采用光缆作为振动探测器，耐酸碱、耐自然老化、防锈、使用寿命长，光缆可铺设于不规则、不同地形的防护区域，而且灵敏度高、不受电磁干扰、不会遭雷击，还可以定位光缆产生振动的位置。

附图说明

下面结合附图与实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2、图3是发明的2种等效连接法。

图中1.光发射器，2.前端光耦合器，3.光缆，4.末端光耦合器，5.光接收器，6.光发射器，7.末端光耦合器，8.前端光耦合器，9.光接收器，10.反射镜，L为光缆的长度，H为振动点到光缆左端的距离，①为光缆中的第一根光纤，②为光缆中的第二根光纤，③为光缆中的第三根光纤，④为光缆中的第四根光纤，⑤为光缆中的第五根光纤，⑥为光缆中的第六根光纤。

具体实施方式

在图1中，光发射器(1)连接到前端光耦合器(2)的左端，前端光耦合器(2)右端的两个接口与光缆(3)中的第一、第二根光纤的左端连接，这两根光纤的右端与末端光耦合器(4)的左端连接，末端光耦合器(4)的右端绕接到光缆(3)中的第三根光纤的右端，该光纤的左端连接到光接收器(5)，构成第一个光路。将光发射器(6)连接到光缆(3)中的第四根光纤的左端，该光纤的右端绕接到末端光耦合器(7)的右端，末端光耦合器左端的两个接口与光缆(3)中的第五、第六根光纤的右端连接，这两根光纤的左端与前端光耦合器(8)右端的两个接口连接，该前端光耦合器(8)的左端接口与光接收器(9)连接，构成第二个光路。当光发射器(1)发射的光进入前端光耦合器(2)，形成两路相干光，这两路相干光沿光缆向右前进，进入末端耦合器(4)，并在末端耦合器(4)中耦合形成干涉光，并沿光缆(3)的第三根光纤返回，进入光接收器(5)。当没有外力作用在光缆上时，末端光耦合器(4)右端输出的干涉光没有发生变化，则光接收器(5)上接收到的是光功率稳定的光，并转换为稳定的电压。当外力作用在光缆(3)上的某一点，使光缆(3)产生振动时，在微观结构上，两路相干光从振动点到末端光耦合器(4)的光程差发生变化，这样，在末端光耦合器(4)的右端就得到一个变化的干涉光，变化的干涉光经过第三根光纤进入光接收器(5)后，就变换成对应变化的电压。通过测量光接收器(5)上的电压变化的情况，就可以判断是否有外力作用在光缆上，使其产生振动。第二个光路的原理与第一个光路的原理一致，同样可通过测量光接收管(9)上电压的变化情况来判断是否有外力作用在光缆(3)上使其产生振动。由于两个光路的两组相干光的行进方向相反，当外力作用于光缆上某一点使光缆产生振动时，其中第一路光从振动点到光接收器(5)的光程是L+(L-H)，所用的时间是[L+(L-H)]/e，e为光速；第二路光从振动点到光接收器(9)的光程是H，所用的时间是H/e。测量两个光接收器分别接收到两个变化的干涉光的时间差t，可建立如下等式：

[L+(L-H)]/e-H/e＝t

等式中，L、e、t为已知数，可求解H的值，从而得知振动点距离光缆左端的距离，实现定位。

在图2所示实施例中，第一个光路结构与图1中第一个光路一致，第二个光路中，前端光耦合器(8)采用2X2结构，末端光耦合器(7)的右端连接反射镜。光发射器(6)发射的光经前端光耦合器(8)，形成两路相干光，两路相干光进入末端光耦合器(7)的左端，在末端光耦合器(7)的右端耦合形成干涉光，该干涉光经反射镜(10)反射，按原路径返回，进入末端光耦合器(7)的右端，在末端光耦合器(7)的左端形成两路相干光，该相干光通过光纤，进入2X2前端光耦合器(8)，耦合形成干涉光，该干涉光的一部分进入到光接收器(9)。由于在光缆部分的光路中从右到左通过的光为相干光，而在光接收器(9)中接收到的是这两路相干光耦合而成的干涉光，所以外力作用在光缆上引起光缆振动时，光接收器(9)先接收到光功率变化的干涉光，而光接收器(5)后接收到光功率变化的干涉光，通过测算时间差t，可计算出振动点到光缆左端的距离。

在图3所示实施例中，根据光的波粒二象性，两路光在同一个光通路中前进时互不干扰，所以将图1中第一个光路和第二个光路合并，这样就得到了图3所示的连接方法。图3中，光发射器(1)与前端光耦合器(2)的左端两个接口之一连接，另一个接口连接光接收器(5)，前端光耦合器(2)的右端连接光缆(3)中的第一、第二根光纤的左端，这两根光纤的右端连接到后端光耦合器(4)左端的两个接口，后端光耦合器(4)的右端接口绕接到光缆(3)中的第三根光纤的右端，该光纤的左端连接到前端光耦合器(8)的右端接口，前端光耦合器(8)的左端的两个接口分别连接光发射器(6)和光接收器(9)。

Claims (3)

1. 一种探测装置，由两路光发射器、前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、光接收器连接构成两个光缆干涉系统，其特征是：有两个光路，其中一路的光发射器与前端光耦合器连接，前端光耦合器与光缆中两根光纤的一端连接，光纤另一端与末端耦合器的一端连接，末端光耦合器另一端连接光缆中的一根光纤，光纤的另一端连接光接收器，另一路的光发射器连接光缆中光纤的一端，光纤另一端连接末端光耦合器，末端光耦合器的另一端接光缆中的两根光纤，光纤的另一端连接前端光耦合器，前端光耦合器的另一端连接光接收器。

2. 根据权利要求1所述的探测装置，其特征是：由光发射器、前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、光接收器连接构成第一个光缆干涉系统，由光发射器、光接收器、前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、反射镜连接构成第二个干涉系统。

3. 根据权利要求1所述的探测装置，其特征是：由第一光发射器、第一光接收器、第一前端光耦合器、光缆、末端光耦合器、第二前端光耦合器、第二光发射器、第二光接收器连接构成一个双向光路干涉系统。

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