CN103065407B - 基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统及监控方法，光纤智能监测系统，包括分布于传感区域的两芯闭环感应光缆、光包、信号处理单元和PC主机，所述两芯闭环感应光缆感应到的信号依次通过光包和信号处理单元传递给PC主机。通过光包对光信号进行分光和调制后，通过两芯闭环感应光缆对外部的感应产生两路干涉光，并经过信号处理单元处理后传输给PC主机，对信号进行分析，产生报警信号，从而达到了灵敏度高、探测范围大、反应时间短的目的。
Description
技术领域
本发明涉及监控领域，具体地，涉及一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统及监控方法。
背景技术
目前，随着经济和社会的发展，入侵监测越来越得到人们的重视，科学技术日益为人们提供了越来越多的选择，光纤传感技术无疑是入侵监测的有效手段。由于其诸多优良品质使其在工程监测、航空航天、船舶工业、电力工业、石油化工、国防乃至医学等诸多领域有广阔的应用前景。如何提高光纤传感系统的空间分辨率、改善探测灵敏度、扩大测量范围、缩短相应时间成为各国竞相研究的热点。干涉型光纤传感原理简单，使用普通光纤，成本低，实时性好。但现有的干涉型光纤传感的灵敏度低、监控范围较小。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统及监控方法，以实现灵敏度高、探测范围大的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，包括分布于传感区域的两芯闭环感应光缆、光包、信号处理单元和PC主机，所述两芯闭环感应光缆感应到的信号依次通过光包和信号处理单元传递给PC主机；
所述两芯闭环感应光缆：用于感知传播至两芯闭环感应光缆铠甲上的振动和应力变化信息；
所述光包：完成对来自信号处理单元的光源进行分光，对分光后的光源进行电力载波调制，根据上述两芯闭环感应光缆感知的振动和应力变化信息产生回传光干涉，并将干涉光输送至信号处理单元；
所述信号处理单元：向上述光包发送激光光源和电调制信号，同时接受上述光包发送的回传干涉光，对干涉光进行光电转换进而进行信号处理，并将处理过的信息发送给PC处理系统；
所述PC主机：接收上述信号处理单元的信息并进行分析，判断振动情况以及定位振动触发点，通过提取告警震动信号，利用声音识别技术实现入侵物的类型划分。
根据本发明的优选实施例，所述光包和信号处理单元通过光纤尾纤盒连接。
根据本发明的优选实施例，所述两芯闭环感应光缆采用通信铠装光缆。
根据本发明的优选实施例，所述光包设置在电气井中。
根据本发明的优选实施例，所述信号处理单元包括FPGA、数/模转换器、可编程衰减模块、驱动电路、相位调制器、光电二极管、跨组放大器、VCA放大器、模/数转换器、DSP和RAM存储器，所述FPGA生成的正弦波动信号，经过数/模转换器后转变为模拟信号，通过可编程衰减模块将该模拟信号的电压幅值进行调制，将调制后的模拟信号通过驱动电路将电压信号转换成电流信号，将该电流信号通过相位调制器调制后完成电调制信号；
所述光电二极管接收到光包的干涉光信号后，通过光电二极管将该干涉光信号转化为电压信号，该电压信号依次经跨组放大器、VCA放大器和模/数转换器后转化为数字信号，该数字信号经FPGA传输给DSP，经DSP载波振动信号解调后，将解调后的信号储存到RAM存储器。
同时本发明还公开了一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统的监控方法，包括以下步骤：
所述信号处理单元中嵌入了一个激光光源和正弦信号发生电路，分别产生一路激光和一路载波信号，经过通信光缆和载波电缆引入光包，在光包中激光被分光器分成光强相等、相位相同功率减半的两路激光，每路激光通过一个Y波导利用上述载波信号完成正弦信号载波后，进入两芯闭环感应光缆；
所述两芯闭环感应光缆将感应的信息经光包调制形成两路干涉光，最后通过通信光纤将两路干涉光信号传输给信号处理单元；
所述信号处理单元接收上述的两路干涉光信号后，被光电二极管转换成两路电信号，通过放大、滤波和A/D转换后转换为数字信号；
信号处理单元中的DSP对上述数字信号进行信号解调后，将加载于正弦信号上的两路振动信号保留，滤除载波信号；
将上述解调的两路振动信号传输给PC主机；
所述PC主机对两路振动信号进行去噪处理，通过FFT变换实时展示振动信号的频谱，区分噪声信号和入侵振动信号，滤除噪声；
设定振动幅度的告警阈值，当上述两路振动信号其中的一路振动信号超出阈值，则分别截取该路振动信号指定长度的信号进行分析；
如果两路振动信号被确定为入侵扰动信号，则通过两路振动信号的时间差定位入侵扰动发生的位置；
所述PC主机通过上述对两路振动信号分析，并调用声音识别算法，将通过两路振动信号分析得出的告警信号与数据库中储存的信号进行比对，对入侵物的类型进行判别。
根据本发明的优选实施例，所述PC主机对接收到的50Hz～4000Hz之间频率段的振动信号进行分析。
本发明的技术方案具有以下有益效果，本发明的技术方案，通过光包对光信号进行分光和调制后，通过两芯闭环感应光缆对外部的感应产生两路干涉光，并经过信号处理单元处理后传输给PC主机，对信号进行分析，产生报警信号，从而达到了灵敏度高、探测范围大、反应时间短的目的。将光包放入电气井，使得盘纤盒能有效的避免雨水淋注和受潮，确保系统的稳定性。选取信号感应强烈的50Hz～4000Hz之间频率段的振动信号进行分析，有效的抑制了白噪声和干扰信号。两芯闭环感应光缆使用双环闭环干涉,从而使得系统可以通过两根纤芯相位扰动的时间差定位振动位置。对光源加入载波，有效的消除了光纤传感器的信号漂移现象，增强了系统的稳定性。引入了特征提取和模式识别算法(声音识别技术)，实现入侵物的识别。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统的原理框图；
图2为图1所示的信号处理单元的原理框图；
图3为双Sagnac环光纤干涉仪原理图；
图4a为振动信号经过滤波去噪后的时域波形图；
图4b为振动信号经过FFT傅里叶变换后得到信号的频域信号波形图；
图4c为选取振动特征部分信号图；
图5为入侵物识别流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，包括分布于传感区域的两芯闭环感应光缆、光包、信号处理单元和PC主机，所述两芯闭环感应光缆感应到的信号依次通过光包和信号处理单元传递给PC主机；
两芯闭环感应光缆：用于感知传播至两芯闭环感应光缆铠甲上的振动和应力变化信息；
光包：完成对来自信号处理单元的光源进行分光，对分光后的光源进行电力载波调制，根据两芯闭环感应光缆感知的振动和应力变化信息产生回传光干涉，并将干涉光输送至信号处理单元；
信号处理单元：向上述光包发送激光光源和电调制信号，同时接受光包发送的回传干涉光，对干涉光进行光电转换进而进行信号处理，并将处理过的信息发送给PC处理系统；
PC主机：接收信号处理单元的信息并进行分析，判断振动情况以及定位振动触发点，通过提取告警震动信号，利用声音识别技术实现入侵物的类型划分。
其中，光包和信号处理单元通过光纤尾纤盒连接。两芯闭环感应光缆采用通信铠装光缆。光包设置在电气井中。
如图2所示，信号处理单元包括FPGA、数/模转换器、可编程衰减模块、驱动电路、相位调制器、光电二极管、跨组放大器、VCA放大器、模/数转换器、DSP和RAM存储器，FPGA生成的正弦波动信号，经过数/模转换器后转变为模拟信号，通过可编程衰减模块将该模拟信号的电压幅值进行调制，将调制后的模拟信号通过驱动电路将电压信号转换成电流信号，将该电流信号通过相位调制器调制后完成电调制信号；
光电二极管接收到光包的干涉光信号后，通过光电二极管将该干涉光信号转化为电压信号，该电压信号依次经跨组放大器、VCA放大器和模/数转换器后转化为数字信号，该数字信号经FPGA传输给DSP，经DSP载波振动信号解调后，将解调后的信号储存到RAM存储器。
本发明还公开了一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统的监控方法，包括以下步骤：
信号处理单元中嵌入了一个激光光源和正弦信号发生电路，分别产生一路激光和一路载波信号，经过通信光缆和载波电缆引入光包，在光包中激光被分光器分成光强相等、相位相同功率减半的两路激光，每路激光通过一个Y波导利用上述载波信号完成正弦信号载波后，进入两芯闭环感应光缆；
两芯闭环感应光缆将感应的信息经光包调制形成两路干涉光，最后通过通信光纤将两路干涉光信号传输给信号处理单元；
信号处理单元接收上述的两路干涉光信号后，被光电二极管转换成两路电信号，通过放大、滤波和A/D转换后转换为数字信号；
信号处理单元中的DSP对上述数字信号进行信号解调后，将加载于正弦信号上的两路振动信号保留，滤除载波信号；
将上述解调的两路振动信号传输给PC主机；
PC主机对两路振动信号进行去噪处理，通过FFT变换实时展示振动信号的频谱，区分噪声信号和入侵振动信号，滤除噪声；
设定振动幅度的告警阈值，当上述两路振动信号其中的一路振动信号超出阈值，则分别截取该路振动信号指定长度的信号进行分析；
如果两路振动信号被确定为入侵扰动信号，则通过两路振动信号的时间差定位入侵扰动发生的位置；
PC主机通过上述对两路振动信号分析，并调用声音识别算法，将通过两路振动信号分析得出的告警信号与数据库中储存的信号进行比对，对入侵物的类型进行判别。
其中，PC主机对接收到的50Hz～4000Hz之间频率段的信号进行分析。对入侵物识别如图5所示，特定振动信号和报警端信号传输给信号模式库中进行判定。
如图3所示，记：光纤耦合器5-耦合器1-耦合器2-耦合器3-耦合器4-光纤耦合器5为loop1(第一圈)，光纤耦合器6-耦合器3-耦合器4-耦合器1-耦合器2-光纤耦合器6为loop2(第二圈)，则激光发生器1经光纤耦合器5分光为两束相同的光，分别沿loop1正时针方向和逆时针方向传播并交汇于光纤耦合器5，经通信光纤进入探测器1形成第一路干涉信号；激光发生器2经光纤耦合器6分光为两束相同的光，分别沿loop2正时针和逆时针方向传播并交汇于光纤耦合器6形成第二路干涉信号。当传感光缆某处收到入侵扰动，loop1的第一路信号和loop2的第二路信号将先后检测到振动，二者的时间差将可作为定位入侵位置的定位依据。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，其特征在于，包括分布于传感区域的两芯闭环感应光缆、光包、信号处理单元和PC主机，所述两芯闭环感应光缆感应到的信号依次通过光包和信号处理单元传递给PC主机；
所述两芯闭环感应光缆：用于感知传播至两芯闭环感应光缆铠甲上的振动和应力变化信息；
所述光包：完成对来自信号处理单元的光源进行分光，对分光后的光源进行电力载波调制，根据上述两芯闭环感应光缆感知的振动和应力变化信息产生回传光干涉，并将干涉光输送至信号处理单元；
所述信号处理单元：向上述光包发送激光光源和电调制信号，同时接受上述光包发送的回传干涉光，对干涉光进行光电转换进而进行信号处理，并将处理过的信息发送给PC处理系统；
所述PC主机：接收上述信号处理单元的信息并进行分析，判断振动情况以及定位振动触发点，通过提取告警震动信号，利用声音识别技术实现入侵物的类型划分；
所述信号处理单元包括FPGA、数/模转换器、可编程衰减模块、驱动电路、相位调制器、光电二极管、跨组放大器、VCA放大器、模/数转换器、DSP和RAM存储器，所述FPGA生成的正弦波动信号，经过数/模转换器后转变为模拟信号，通过可编程衰减模块将该模拟信号的电压幅值进行调制，将调制后的模拟信号通过驱动电路将电压信号转换成电流信号，将该电流信号通过相位调制器调制后完成电调制信号；
所述光电二极管接收到光包的干涉光信号后，通过光电二极管将该干涉光信号转化为电压信号，该电压信号依次经跨组放大器、VCA放大器和模/数转换器后转化为数字信号，该数字信号经FPGA传输给DSP，经DSP载波振动信号解调后，将解调后的信号储存到RAM存储器。
2.根据权利要求1所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，其特征在于，所述光包和信号处理单元通过光纤尾纤盒连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，其特征在于，所述两芯闭环感应光缆采用通信铠装光缆。
4.根据权利要求3所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，其特征在于，所述光包设置在电气井中。
5.一种权利要求1至4任一所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述信号处理单元中嵌入了一个激光光源和正弦信号发生电路，分别产生一路激光和一路载波信号，经过通信光缆和载波电缆引入光包，在光包中激光被分光器分成光强相等、相位相同功率减半的两路激光，每路激光通过一个Y波导利用上述载波信号完成正弦信号载波后，进入两芯闭环感应光缆；
所述两芯闭环感应光缆将感应的信息经光包调制形成两路干涉光，最后通过通信光纤将两路干涉光信号传输给信号处理单元；
所述信号处理单元接收上述的两路干涉光信号后，被光电二极管转换成两路电信号，通过放大、滤波和A/D转换后转换为数字信号；
信号处理单元中的DSP对上述数字信号进行信号解调后，将加载于正弦信号上的两路振动信号保留，滤除载波信号；
将上述解调的两路振动信号传输给PC主机；
所述PC主机对两路振动信号进行去噪处理，通过FFT变换实时展示振动信号的频谱，区分噪声信号和入侵振动信号，滤除噪声；
设定振动幅度的告警阈值，当上述两路振动信号其中的一路振动信号超出阈值，则分别截取该路振动信号指定长度的信号进行分析；
如果两路振动信号被确定为入侵扰动信号，则通过两路振动信号的时间差定位入侵扰动发生的位置；
所述PC主机通过上述对两路振动信号分析，并调用声音识别算法，将通过两路振动信号分析得出的告警信号与数据库中储存的信号进行比对，对入侵物的类型进行判别。
6.根据权利要求5所述的基于相位信号载波技术的光纤智能监测系统，其特征在于，所述PC主机对接收到的50Hz～4000Hz之间频率段的振动信号进行分析。
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Families Citing this family (9)
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