CN101303788A - 实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供了一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统。通过在设置有精确定位传感器的监控光缆上，同时再设置辅助的光纤微振动传感器；通过精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器共同来判断是否存在扰动信号，也就是判断是否存在人员入侵，如确认则发出报警信号。这样能有效地提高系统的抗干扰能力，降低温度、应力等外界环境因素带来的影响，减少虚警率和漏报率，提高监控系统的报警精确度。

Description

实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统

技术领域

本发明涉及报警系统领域，尤其涉及一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统。

背景技术

目前，应用于周界报警的安防系统主要包括：微波报警系统、主动红外报警系统、泄露电缆周界报警系统、静电感应周界报警系统以及摄像机视频识别系统等。但上述传统的周界报警系统应用在边境线或输油管道等长距离条件下的监控时，就会存在很多的问题。例如微波报警系统或主动红外报警系统等监控方式只能适用于视距及平坦区域，受地形的高低、曲折、转弯、折弯等环境因素影响很大，而且它们不适合恶劣气候，易受自然气候影响，准确率也较低。同时由于传感器单元一般是有源的，所以在长距离监测的情况下，难以解决野外供电的问题，传感器单元的寿命也较短，在长时间连续使用的情况下，设备的维护成本也较高。

因此，全光纤可定位的周界报警系统作为全新的安防设备，具有明显的优势。本发明中的报警系统分为室外监控光缆和综合处理设备两部分。综合处理设备位于监控室机房内，按功能来划分，可以由光源、光路输出模块、光电转换电路、模数转换模块、数字信号处理模块及报警模块组成。其工作过程为：光源在光源驱动电路的控制下，发出的光经光路输出模块处理后进入室外监控光缆；室外监控光缆返回的光到达光电转换电路之后，经模数转换和数字信号处理模块进行处理，分析并识别出扰动信号；然后再根据对扰动信号的分析结果进行相应的报警操作。

另外，室外监控光缆的结构示意图如图1所示，图中：室外监控光缆被分为引导光纤(AB段)和传感光纤(BE段)两部分；传感光纤部分还可以根据监测周界的实际情况再划分成多个部分，如图1中所示的BC段、CD段和DE段。传感光纤被布置在需要监测的周界上，当感应到扰动信号时，将所述的扰动信号传导回综合处理设备进行相应的处理。引导光纤位于监测周界和监控室之间，它没有传感功能，只负责将光信号从综合处理设备引入传感光纤中，以及将光信号回传给综合处理设备。

上述的传感光纤可以根据监测周界的实际情况采用挂网和埋地的方式进行安装，如图1中所示的传感光纤BE段可以在全线铺设可精确定位的干涉型微振动传感器的敏感光纤。从以上现有技术的技术方案中可以看出，由于铺设在传感光纤BE段上的可精确定位的微振动传感器采用马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪原理而制作的，其感应信号容易受温度、应力等外界环境因素的影响，容易引起误报和虚警，影响了系统的报警精确度。

发明内容

本发明实施方式所要解决的技术问题在于提供一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统，能够提高系统的抗扰动能力，降低温度、应力等外界环境因素带来的影响，减少误报警和虚报警，提高系统的报警精确度。

本发明实施方式是通过以下技术方案实现的：

一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法，包括：

在设置有精确定位传感器的监控光缆上，设置辅助的光纤微振动传感器；利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，若判断存在扰动信号，则进行后继的报警操作。

利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，具体包括：

若所述的精确定位传感器的输出的信号中存在扰动信息，同时辅助的光纤微振动传感器也存在扰动信号，则判断监控区域内存在扰动信号；

若所述的精确定位传感器或辅助的光纤微振动传感器探测出扰动信号，则判断监控区域内存在扰动信号；

若所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器都没有探测出扰动信号，则判断监控区域内不存在扰动信号。。

所述进行后继的报警操作，具体包括：

由所述精确定位传感器得出产生扰动信号的位置，并给出定位报警信息。

所述方法还包括：

所述精确定位传感器的传感光纤和引导光纤，和辅助的光纤微振动传感器的传感光纤和引导光纤设置于同一监控光缆内。

所述辅助的光纤微振动传感器根据监控需求在所述监控光缆内设置一段或多段。

本发明实施方式还提供了一种实现复合型全光纤可定位的周界报警系统，所述系统包括监控光缆和综合处理设备，其中：

在所述的监控光缆上同时设置有精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器；

在所述的综合处理设备上包括综合判断单元，所述的综合判断单元利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，若判断存在扰动信号，则进行后继的报警操作。

所述综合处理设备中还包括：

综合报警单元，用于在所述综合判断单元判断出存在扰动信号时，得出产生扰动信号的位置，并给出定位报警信息。

由上述所提供的技术方案可以看出，通过在设置有精确定位传感器的监控光缆上，同时再设置辅助的光纤微振动传感器；然后通过精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器共同来判断是否存在扰动信号，也就是判断是否存在人员入侵，如确认则发出报警信号。本发明通过对精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器的共同判断，提高系统的抗扰动能力，降低温度、应力等外界环境因素带来的影响，有效减少误报警和虚报警，提高了监控系统的报警精确度。

附图说明

图1为现有技术中室外监控光缆的结构示意图；

图2为本发明实施方式所述实现方法的流程示意图；

图3为本发明实施方式采用双向马赫-泽德干涉仪方案的光路结构示意图；

图4为本发明实施方式所举例子中辅助的光纤微振动传感器的光路结构示意图；

图5为本发明实施方式所述报警系统的结构示意图；

图6为本发明所举具体实施例的光路结构示意图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法及系统，首先根据用户和使用情况的实际需求，在已经设置有精确定位传感器的监控光缆上，同时再设置一个或多个辅助的光纤微振动传感器；然后利用所设置的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同来判断监控光缆上是否存在扰动信号，提高系统的抗扰动能力，降低温度、应力等外界环境因素带来的影响，有效减少误报警和虚报警，提高了监控系统的报警精确度。

为更好的描述本发明实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，如图2所示为本发明实施方式所述实现方法的流程示意图，所述实现方法包括：

步骤21：在设置有精确定位传感器的监控光缆上，设置辅助的光纤微振动传感器。

具体来说就是，可以在周界报警系统的监控光缆上，同时设置精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器。这里所述辅助的光纤微振动传感器的传感光纤部分和引导光纤部分，可以和精确定位传感器的传感光纤部分和引导光纤部分设置在同一监控光缆内，而不需要再另外添加光缆，这样也可以节约生产成本。

以上所设置的一个或多个辅助的光纤微振动传感器可以根据用户的需求和实际的监控要求，在需要重点监控的区域上进行设置，以图1所示的室外监控光缆的结构为例，即可以在CD段加入辅助的光纤微振动传感器，也可以在BC段或DE段加入辅助的光纤微振动传感器。

步骤22：利用精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号。

具体来说就是，当监控光缆监测到有信号变化时，利用所设置的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器来共同的判断该变化信号是否为扰动信号，这里所述的扰动信号一般是根据监控需求来进行定义的，例如在边境线或输油管道等长距离条件下的监控时，人员的越境行为或油管的破坏行为所产生的变化信号就被定义为扰动信号。

具体判断过程为：若精确定位传感器的输出的信号中存在扰动信息，同时辅助的光纤微振动传感器也存在扰动信号，则判断监控区域内存在扰动信号。

若精确定位传感器输出的信号中存在扰动信息，且该绕动信息位置计算的结果包含该系统中某一辅助光纤微振动传感器的一段防区及其边界，若辅助的光纤微振动传感器没有同时探测出扰动信号，则判断该监控区域内存在扰动信号。

若精确定位传感器输出的信号中存在扰动信息，且该绕动信息位置计算的结果不包含该系统中任一辅助光纤微振动传感器的防区，也可以判断该监控区域内存在扰动信号。

但若所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器都没有探测出扰动信号，就可以判断该监控区域内不存在扰动信号。

举例来说，还是以图1所示的室外监控光缆的结构为例，在CD段同时设置有精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，当CD段有变化信号f2产生时，精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器都会对该变化信号f2进行相应的分析处理，根据分析处理的结果就可以判断该变化信号f2是否为扰动信号。

具体来说，若所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器均得出该变化信号f2为扰动信号，则就可以判断此时存在扰动信号，并进行后继相应的报警等操作；若所述的精确定位传感器或辅助的光纤微振动传感器中，有一个没有得出该变化信号f2为扰动扰动信号，则就可以判断此时不存在扰动信号，就可以认为是温度、应力等外界环境因素带来的影响，避免了误报警或漏报警，减少了资源的浪费。

步骤23：当判断存在扰动信号时，进行后继的报警操作。

具体来说，在按照以上步骤22的操作，判断出存在扰动信号时，就可以由所述精确定位传感器计算得出产生扰动信号的具体位置，并给出定位报警信息，以便进行及时的处理。

举例来说，还是以图1所示的室外监控光缆的结构为例，在CD段同时设置有精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，当CD段有变化信号f2产生时，精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器都会对该变化信号f2进行相应的分析处理，下面首先就精确定位传感器对该变化信号f2的分析处理进行具体的说明：

首先，精确定位传感器可以是基于马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪的原理而形成的。所述的马赫-泽德干涉仪方案的相位调制光纤传感器通常都具有极高的灵敏度，基本的马赫-泽德干涉仪输出的光信号经光电探测器转换后可以写成：

其中K为干涉仪的可视度，

为干涉仪的信号臂和参考臂的相位差，可表示为：

其中n为光纤纤芯折射率；干涉仪两臂长度差为l；λ₀为常数，是真空中的光波波长。当变化信号f2作用于传感光纤上时，由于光纤的几何长度和折射率发生了变化，将会导致相位发生变化，即：

上述公式3也通常表示为：

其中

表示外界传感信号，即变化信号f2所引起的相位差；

表示初始相位差，是由于两条光纤臂本身参数不对称等原因造成的。

如图3所示为本发明实施方式所举的例子中，采用双向马赫-泽德干涉仪方案的光路结构示意图，图中：当光源LD经耦合器A、B至干涉仪的两臂，到达耦合器C时发生干涉，形成一个顺时针的马赫-泽德干涉仪，干涉后的信号经引导光纤后由探测器PD2接收；经耦合器A分出的另一路光至耦合器C，经干涉仪的两臂后，到达耦合器B发生干涉，也形成一个逆时针的马赫-泽德干涉仪，干涉后的信号经引导光纤后由探测器PD1接收。

当有变化信号f2作用在马赫-泽德干涉仪的两臂时，就会使得干涉仪两臂的臂长发生改变，两臂传输的光之间产生了相位差该变化信号f2距离耦合器B的距离为：L1＝t₁×c/n；距耦合器C的距离为：L2＝t₂×c/n；而整个干涉仪引导光纤的臂长为：L3＝t₃×c/n。其中n为光纤折射率，c为真空中的光速。

此时：探测器PD1输出信号为：

探测器PD2输出信号为：

由公式(5)和(6)可知，信号x(t)和y(t)之间有时间差τ，而且τ与扰动的位置成线性关系：

$\mathrm{\τ}=t_2+t_3-t_1$

$=\frac{(L2+L3-L1)\×n}{c}$

$=\frac{L3\×n}{c}+\frac{(L2-L1)\×n}{c}---\left(7\right)$

这样只要求得信号x(t)和y(t)之间的时间差τ，就可以得到扰动的位置。再由公式(7)就可以求得变化信号f2距耦合器B的位置L1为：

L1＝L2+L3-τ·c/n                      (8)

式(8)也可表示为：

$L1=\frac{(L1+L2+L3)-\mathrm{\τ}\·c/n}{2}---\left(9\right)$

其中(L1+L2+L3)是整个光纤的总长度，是一个常数；而时间差τ可由信号x(t)和y(t)之间的关系来求出，这样通过监测变化信号f2所产生的输出信号x(t)和y(t)之间的关系，就可以精确定位出变化信号f2的位置，并对该变化信号f2进行相应的分析。

下面再以辅助的光纤微振动传感器对变化信号f2的分析处理过程，进行具体的说明：

辅助的光纤微振动传感器可以是基于Sagnac干涉仪原理而形成的。该Sagnac干涉仪多用于角速度的测量，也用于振动等时变物理信号的测量，当变化信号f2作用于光纤时，光纤中的导光参数，即振幅、相位就会发生变化。辅助的光纤微振动传感器就是利用相位的变化来实现对变化信号的监测。

当光波通过长度为L的光纤时，光波相位延迟为：

所以有：

其中：β是光纤的传播常数；L是光纤长度；n是光纤材料的折射率；D为光纤芯直径，一般ΔD的值相对较小，可以忽略。

当监测光缆受到变化信号f2的扰动时，它的长度、纤芯直径和折射率都将发生变化，从而将导致光波相位发生变化，光波相位变化率

与声压是成正比的。

如图4所示为本发明实施方式所举例子中辅助的光纤微振动传感器的光路结构示意图，它的光环路长为L米，SLD光源发出的光经过耦合器后，分为两路光：一路顺时针传播，另外一路逆时针传播，两路光经环路回到耦合器后发生干涉；干涉光再被光电转换器所接收。

当有变化信号f2作用在距z₀(环路中点)z₁(z₁≠0)处时，这两路光在到达干涉点时相位就不相等。设变化信号f2引起光信号相位变化为则可以得到到达光电转换器的光功率P：

其中 $\mathrm{\α}=\frac{L}{2c},$ $\mathrm{\δ}=\frac{{2z}_1}{c}.$

由上式可知，当变化信号f2作用于监控光缆时，干涉出的光强信号就会发生变化，通过对光强信号进行解调，就可以实时的还原出变化信号，并对其进行相应的分析和判断。

通过以上所描述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器对变化信号f2所进行的分析处理过程，就可以根据分析处理的结果来共同的判断该变化信号f2是否为扰动信号，当判断为扰动信号时，就再进行后继的报警等操作，这样就有效减少了误报警和漏报警，提高了系统的抗扰动能力，降低了温度、应力等外界环境因素带来的影响，提高了监控系统的报警精确度。

本发明实施方式还提供了一种实现复合型全光纤可定位的周界报警系统，如图5所示为所述报警系统的结构示意图，所述的系统包括监控光缆和综合处理设备，其中：

在所述的监控光缆上同时设置有精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器；

在所述的综合处理设备上包括综合判断单元，所述的综合判断单元利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，若判断存在扰动信号，则再进行后继的报警操作。具体判断的过程如上方法实施方式中所述。

另外，在所述综合处理设备中还可以包括综合报警单元，所述的综合报警单元用于在所述综合判断单元判断出存在扰动信号时，得出产生扰动信号的位置，并给出定位报警信息。

为进一步描述本发明实施方式，现结合具体的实施例对其技术方案作进一步说明：

如图6所示为本发明所举具体实施例的光路结构示意图，图中：光源2经分光器1、2至干涉仪的臂1和臂2；干涉仪的臂1包括传感光纤1、传感光纤5和传感光纤7；干涉仪的臂2包括传感光纤2、传感光纤6和传感光纤8；然后再到达分光器4发生干涉，形成一个马赫-泽德干涉仪；干涉后的信号经引导光纤后由光电转换器2接收。

经分光器1分出的另一路光经引导光纤后到达分光器4；再经过干涉仪的臂1和臂2后到达分光器2发生干涉，形成第二个马赫-泽德干涉仪；干涉后的信号经引导光纤后由光电转换器3接收。

光源1发出的光经引导光纤后到达分光器3，分为两束；顺时针传输光沿传感光纤3经连接器和传感光纤4后到达分光器3；逆时针传输光沿传感光纤4经连接器和传感光纤3后到达分光器3；两束光产生干涉后经引导光纤到达光电转换器1。

光电转换器1、2和3分别连接多通道数模转换器，然后由多通道数模转换器将信号传输至数字信号处理器中进行相应的处理，并根据处理结果判断是否进行报警等操作。

上述图6中的光纤位置可以看成是与图1中光纤位置相对应的，其中传感光纤1和传感光纤2位于光缆BC段内；传感光纤3、传感光纤4、传感光纤5和传感光纤6位于光缆CD段内；传感光纤7和传感光纤8位于光缆DE段内。

当有信号作用光缆BC段时，使得传感光纤1和传感光纤2传输的光之间产生了相位差

对光电转换器2和光电转换器3所接收到的光信号进行转化，通过对转化后的数字信号进行分析处理，分析是否为扰动信号，如是，则给出相应的定位报警信息。

当有信号作用光缆CD段时，使得传感光纤1和传感光纤2传输的光之间产生了相位差

对光电转换器2和光电转换器3接收到的光信号进行转化，然后对转化后的数字信号进行分析处理；同时传感光纤3和4也受到扰动，顺时针和逆时针传输的两路光在到达分光器3时相位不等，干涉出的光强信号发生变化，再对转化后的光强信号进行分析处理；然后结合这两个分析结果得出是否为扰动信号，如是，则给出相应的定位报警信息。

当有信号作用光缆DE段时，使得传感光纤7和传感光纤8传输的光之间产生了相位差对光电转换器2和光电转换器3接收到的光信号进行转化，通过对转化后的数字信号进行分析处理，分析是否为扰动信号，如是，则给出相应的定位报警信息。

综上所述，本发明的实施方式可以提高系统的抗扰动能力，降低温度、应力等外界环境因素带来的影响，有效减少误报警和漏报警，提高监控系统的报警精确度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种实现复合型全光纤可定位的周界报警方法，其特征在于，包括：在设置有精确定位传感器的监控光缆上，设置辅助的光纤微振动传感器；利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，若判断存在扰动信号，则进行后继的报警操作。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，具体包括：

若所述的精确定位传感器的输出的信号中存在扰动信息，同时辅助的光纤微振动传感器也存在扰动信号，则判断监控区域内存在扰动信号；

若所述的精确定位传感器或辅助的光纤微振动传感器探测出扰动信号，则判断监控区域内存在扰动信号；

若所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器都没有探测出扰动信号，则判断监控区域内不存在干扰信号。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行后继的报警操作，具体包括：

由所述精确定位传感器得出产生干扰信号的位置，并给出定位报警信息。

4、如权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述精确定位传感器的传感光纤和引导光纤，和辅助的光纤微振动传感器的传感光纤和引导光纤设置于同一监控光缆内。

5、如权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于，所述辅助的光纤微振动传感器根据监控需求在所述监控光缆内设置一段或多段。

6、一种实现复合型全光纤可定位的周界报警系统，其特征在于，所述系统包括监控光缆和综合处理设备，其中：

在所述的监控光缆上同时设置有精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器；

在所述的综合处理设备上包括综合判断单元，所述的综合判断单元利用所述的精确定位传感器和辅助的光纤微振动传感器，共同判断是否存在扰动信号，若判断存在扰动信号，则进行后继的报警操作。

7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述综合处理设备中还包括：综合报警单元，用于在所述综合判断单元判断出存在扰动信号时，得出产生扰动信号的位置，并给出定位报警信息。

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