CN101840615B - 光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统 - Google Patents

光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统 Download PDF

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光纤光栅智能定址周界入侵自适应报警系统，是由光纤布喇格光栅振动传感器、传输光缆、光纤光栅信号解调器和安防集控平台四部分组成，检测时，通过波分复用技术在一根光纤中串接多个波长不同的光纤布喇格光栅振动传感器进行分布式信息采集，通过光纤光栅信号采集和处理与上位机应用软件集成智能管理平台形成一套理想、完整的光纤周界入侵安防自适应报警系统。该系统不仅仅可用于周界入侵报警防范，智能定址周界入侵还可将其作为环境传感装置。本发明采用室外全无源网络型传输系统，传感区域可以任意定址。由于系统采用无源传输和光缆敷设，给现场实施安装带来了极大的便利，现场无需设备调试，特别适用于野外敷设、抗雷击电闪、抗电磁干扰，能够充分满足和适用于各种复杂环境下的周界安防，同时可以准确的解决误报漏报等优点。

Description

光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统
技术领域
本发明涉及一种报警系统，特别是涉及一种光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警统。
背景技术
在九十年代中期，发达国家已率先将光纤的传输与传感技术应用到周界防范入侵报警领域当中，如英国、美国、以色列等。随着近十年来光纤技术的不断探索与研制，以光纤感知为探测手段的光纤探测报警系统已经逐步成熟与稳定，并有着与传统报警探测技术相比具有抗电磁波干扰、适用范围广泛、灵敏度高、隐蔽性高、抗干扰性强、抗破坏等诸多优势，并被运用到军事、核场所、机场、仓库、监狱、金融以及高档建筑等领域。
我国在该领域的发展，初期是大量引进国外先进产品与技术，但由于价格高昂、不符合我国国情等因素，市场接受有限。
通过深入研究，了解到无论是国外先进的光纤探测报警系统还是国产的光纤报警系统，目前均以光纤干涉感应原理为基础，通过对光纤形变、扰动所产生的光波折射发生变化，对光波折射所形成的干涉光谱(Optical Interference Pattern或Interferogramme)进行分析，从而实现报警探测，如申请号为200820146382.9的光纤扰动入侵探测器就公开了光纤作为传感器的主体来检测外界的扰动信号。外界扰动(如振动、弯曲、挤压等情况)时光纤中的光的强度、频率、相位和偏振态等将发生变化，对这些变化进行检测可以探测到以外界扰动方式形成的入侵。又如申请号为200810224102.6的双干涉环周界安全防护定位系统公开了利用Sagnac干涉环来定位压力、应变、振动发生的位置，但是这些系统都存在下列缺陷和推广应用瓶颈：
1室外传感部分采用有源结构：室外传感光缆需配置工作电源，无法有效体现光纤优异功能、导致系统可靠性降低；
2传感光缆无法准确定位：由于采用的是干涉光谱分析技术，无法实现防区的精确定位，只能根据防区划分的长度实现模糊定位，防区内多点的干涉，也只能通过叠加(干涉加强或减弱)来显示，无法满足小范围、高等级防范领域的需求；
3抗环境能力差：由于传感光缆是整体传感，除振动外，还有其他因素引起干涉光谱变化，因此系统误报率高，导致应用范围受到限制；
4系统价格高：由于该系统整体技术主要依赖于国外知名企业，因此价格一直居高不下，影响其市场推广及应用。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明将光纤布喇格光栅振动传感器与普通光纤相融合作为光纤周界入侵传感系统，通过光纤传感智能数据处理器对信号的处理与上位机应用软件集成智能管理平台形成一套理想、完整的光纤周界入侵安防自适应报警系统。该系统不仅仅可用于周界入侵报警防范，还可将其作为环境传感装置。
本发明的优点是是采用室外全无源网络型传输系统，传感区域可以任意定址。由于系统采用无源传输和光缆敷设，给现场实施安装带来了极大的便利，根据实际环境通过不同的方式可以十分隐蔽地安装于有形构筑物和无形周界防范区域，现场无需设备调试，特别适用于野外敷设、抗雷击电闪、抗电磁干扰，能够充分满足和适用于各种复杂环境下的周界安防，同时可以准确的解决误报漏报等。
本发明的技术原理是：在一根光纤中串接(1～20)个波长不同的光纤布喇格光栅振动传感器，通过波分复用技术进行分布式信息采集，采集到的信号通过神经网络自适应的动态规划算法进行计算。当出现一定数量的光纤布喇格光栅振动传感器发生振动，从而导致布喇格光栅栅距发生变化，当光纤布喇格光栅的振动量通过普通单模光缆将信号发送到光纤传感智能数据处理器上，光纤传感智能数据处理器在1个T周期时间段内，测算到光纤振动传感光缆上的一定数量的光纤布喇格光栅振动传感器的测量信号超出基准波，同时比对所建立的风雨等多样气候模型数据库，排除误报可能性后发出报警范围的有效地址代码，安防集控平台在接收到代码后，作出报警响应。
本发明主要是由以下几个部分组成：
光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警统是由光纤布喇格光栅振动传感器、传输光缆、光纤传感智能数据处理器和安防集控平台四部分组成，光纤布喇格光栅振动传感器安装在社区周界围墙现场，而光纤传感智能数据处理器和安防集控平台安装在监控室内，光纤传感智能数据处理器通过现场和监控室之间连接的传输光缆获取现场的振动变化情况，并通过以太网向安防集控平台传送现场振动信号，由安防集控平台进行数据处理、故障诊断、报警以及控制。
所述的光纤布喇格光栅振动传感器是系统的传感器件。在一根光纤中串接(1～20)个光纤布喇格光栅振动传感器，通过波分复用技术进行分布式信息采集，从而实现多点探测、便捷分区、定址设防和智能识别。其中系统的传感器件-光纤布喇格光栅振动传感器是由光缆1、前端固定端头2、不锈钢护管3、光纤布喇格光栅4、质量块5、光纤6、后端固定端头7组成。具体安装结构是在不锈钢护管3内的两端安装有前端固定端头2和后端固定端头7，在两个固定端头之间安装有一根施加了一定预拉力的刻有光纤布喇格光栅4的光纤6，在光纤6的中部装有质量块5。当光纤布喇格光栅振动传感器感受到径向振动时，质量块5会发生径向位移，同时拉动光纤6，给光纤布喇格光栅4施加额外的张力，引起其布喇格光栅波长发生变化，通过精确地测量光纤布喇格光栅4反射光的布喇格波长的变化量，就可以获得外界的振动量。有效距离根据实际应用环境可分别从5～100米距离进行定制。
光纤布喇格光栅振动传感器：当宽带光通过光纤光栅时，光纤光栅会对此入射光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光(带宽通常约为0.1～0.5nm)，此中心波长称之为布喇格波长λ，当外界有振动时，质量块随之发生振动，进而光栅栅距(d)发生变化，布喇格波长λ随之发生变化，通过精确地测量光栅反射光的布喇格波长λ的变化量，就可以获得外界的振动量。光纤布喇格光栅振动传感器具有较快的响应灵敏度，对于各种安防要求有很高的适应性。
光纤传感智能数据处理器：采样通道数从4到32个，波长范围40nm，波长分辨率在1pm，采样速率可达50Hz，当光纤布喇格光栅振动传感器检测到入侵振动信号时，由光纤传感智能数据处理器检测出传感光栅点振动的位置和大小。
安防集控平台：是本系统实现智能控制和有效识别、提示信息的管理核心。系统在软件和硬件两个层面均采用了开放式架构，模块化设计，可根据用户的需求随时扩展功能，实现软件升级。通过实地测试各级风力下各个传感光栅点的波形，结合各种模拟入侵事件的传感波形，对气候环境的数据和人为模拟入侵的数据进行分析建模，构建事件综合数据库，结合神经网络自适应的动态规划思想，动态地用当前收到的波长信号和在T周期开始时所测定基准波长信号比较，得到一个差值，用这个差值表示振动大小，如果差值大于阈值表示有入侵事件发生，并同时启动报警。因此系统可以同时进行多点探测，智能判别因环境与气候变化引起的干扰，使系统受温度变化和气候变化的影响最小。
本发明具有结构简单、尺寸较小、高绝缘性、抗电磁干扰、抗腐蚀、防爆、防潮、可靠性好、测量精度高、适合恶劣气候，不受高温，低温，灰尘，强光，雨雪，雾环境因素的影响的特点，可以广泛的应用到军事、核场所、机场、仓库、监狱、金融、高档建筑等领域中。
附图说明
图1光纤布喇格光栅振动传感器结构示意图
图2光纤光栅智能定址周界入侵自适应报警系统的原理框图
其中：1-光缆、2-前端固定端头、3-不锈钢护管、4-光纤布喇格光栅、5-质量块、6-光纤、7-后端固定端头
具体实施方式
结合图1、图2对本发明进一步说明：光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警统是由光纤布喇格光栅振动传感器、传输光缆、光纤传感智能数据处理器和安防集控平台四部分组成，在一根光纤中串接(1～20)个波长不同的光纤布喇格光栅振动传感器，通过波分复用技术进行分布式信息采集，采集到的信号通过神经网络自适应的动态规划算法进行计算，当光纤布喇格光栅振动传感器检测到入侵振动信号时，由光纤传感智能数据处理器检测出传感光栅点振动的位置和大小，该光纤传感智能数据处理器采样通道数从4到32个，波长范围40nm，波长分辨率在1pm，采样速率可达50Hz，光纤布喇格光栅振动传感器安装在社区周界围墙现场，而光纤传感智能数据处理器和安防集控平台安装在监控室内，光纤传感智能数据处理器通过现场和监控室之间连接的传输光缆获取现场的振动变化情况，并通过以太网向安防集控平台传送现场振动信号，由安防集控平台进行数据处理、故障诊断、报警以及控制。
该光纤布喇格光栅振动传感器结构为：在不锈钢护管3内的两端安装有前端固定端头2和后端固定端头7，在两个固定端头之间安装有一根施加了一定预拉力的刻写有光纤布喇格光栅4的光纤6，在光纤6的中部装有质量块5。当光纤布喇格光栅振动传感器感受到径向振动时，质量块5会发生径向位移，同时拉动光纤6，给光纤光纤布喇格光栅4施加额外的张力，引起其布喇格光栅波长发生变化，通过精确地测量光纤布喇格光栅(4)反射光的布喇格波长的变化量，就可以获得外界的振动量。光纤布喇格光栅振动传感器的实际尺寸φ8×300mm，有效距离根据实际应用环境可分别从5～100米距离进行定制。系统应用时，在一根光缆中串接(1～20)个光纤布喇格光栅振动传感器，当宽带光通过光纤布喇格光栅4时，光纤布喇格光栅4会对此入射光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光(带宽通常约为0.1～0.5nm)，此中心波长称之为布喇格波长λ，当外界有振动时，光纤布喇格光栅振动传感器中的质量块6随之发生振动，进而光纤布喇格光栅4栅距d发生变化，布喇格波长λ随之发生变化，通过精确地测量光纤布喇格光栅4反射光的布喇格波长λ的变化量，就可以获得外界的振动量。

Claims (2)

1.一种光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统，其特征在于：该系统由光纤布喇格光栅振动传感器、传输光缆、光纤传感智能数据处理器和安防集控平台四部分组成，所述的光纤布喇格光栅振动传感器是系统的传感器件，在一根光纤中串接1～20个波长不同的光纤布喇格光栅振动传感器，通过波分复用技术进行分布式信息采集，采集到的信号通过神经网络自适应的动态规划算法进行计算，当光纤布喇格光栅振动传感器检测到入侵振动信号时，由光纤传感智能数据处理器检测出传感光栅点振动的位置和大小，该光纤传感智能数据处理器采样通道数从4到32个，波长范围40nm，波长分辨率在1pm，采样速率可达50Hz，光纤布喇格光栅振动传感器安装在社区周界围墙现场，而光纤传感智能数据处理器和安防集控平台安装在监控室内，光纤传感智能数据处理器通过现场和监控室之间连接的传输光缆获取现场的振动变化情况，并通过以太网向安防集控平台传送现场振动信号，由安防集控平台进行数据处理、故障诊断、报警以及控制。
2.根据权利要求1所述的光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统，其特征在于：所述的光纤布喇格光栅振动传感器是由光缆(1)、前端固定端头(2)、不锈钢护管(3)、光纤布喇格光栅(4)、质量块(5)、光纤(6)、后端固定端头(7)组成，在不锈钢护管(3)内的两端安装有前端固定端头(2)和后端固定端头(7)，在两个固定端头之间安装有一根施加了一定预拉力的刻有光纤布喇格光栅(4)的光纤(6)，在光纤(6)的中部装有质量块(5)，当光纤布喇格光栅振动传感器感受到径向振动时，质量块(5)会发生径向位移，同时拉动光纤(6)，给光纤布喇格光栅(4)施加额外的张力，引起其布喇格波长发生变化，通过精确地测量光纤布喇格光栅(4)反射光的布喇格波长的变化量，就可以获得外界的振动量。
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