CN103208161B - 有源探测型光纤光栅电缆隧道安防监控系统 - Google Patents
有源探测型光纤光栅电缆隧道安防监控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种有源探测型光纤光栅电缆隧道安防监控系统。本发明由泵浦光源、第一耦合器、水听器、低频振动传感器、光隔离器、第二耦合器、非平衡马赫泽德干涉仪、波长选择器、光电探测器、PZT驱动器、数字采集器、PGC相位解调器和设有报警信息管理平台的计算机组成。本发明的优点是不仅具有光纤光栅传感技术抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全性好，寿命长，易于组网，实现远距离分布式测量等优点，而且拥有干涉式解调系统的高灵敏度，可同时监听电缆隧道内外的声音和人物入侵所产生的振动，降低了安防系统的误报率并提高了对报警事件的辨识度；提高了电力系统的运行安全监管水平，为输电系统提供了更为安全有效的管理模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于有源探测型光纤光栅传感技术的电缆隧道综合安防监控系统，属于安防监控系统领域。
背景技术
电缆隧道的使用，是满足中心城区高负荷密度和电缆化的供电要求，有效保障电力通道的输送容量和提高通道资源利用率的重要措施。伴随着城市电力电缆隧道的飞速发展，电缆隧道内昂贵的设备和长距离的空间需要更加灵敏，全面和智能的安防系统来保障电缆隧道的安全及防范危险事故的发生。
中国专利CN201110423977.0公开了一种光纤光栅周界防入侵系统，其可以大规模组网和精确判断振动信号的模式和位置，但是无源型光纤光栅的分辨率难以对微弱信号进行探测，例如声音和地震波。中国专利CN101566497A公开一种基于相位检测和光时域反射的分布式光纤振动传感系统，作为干涉型传感系统，其灵敏度高，但是其定位精度差，信号分析复杂，容易受干扰。中国专利CN101793570A公开一种多波长光纤布拉格光栅激光器作为传感器的系统，通过拍频信息对应力和温度等物理量进行高精度测量。本专利的发明思想为，采用多个单一波长的有源光纤光栅传感器，包括对声音敏感同时能避免碰撞干扰的水听器和仅仅探测入侵碰撞的振动传感器，并可结合视频监测构建一个长距离，全方位，高灵敏度的安防监控系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于有源探测型光纤光栅传感技术的电缆隧道综合安防监控系统，本系统针对电缆隧道的特殊场合，提供一种灵敏度高，监测范围广的有源光纤光栅安防监控系统，可以同时监听声音和入侵人物产生的振动，保障电缆隧道和财物的安全。
本发明采用如下技术方案：
本发明由泵浦光源、第一耦合器、水听器、低频振动传感器、光隔离器、第二耦合器、非平衡马赫泽德干涉仪、波长选择器、光电探测器、PZT驱动器、数字采集器、PGC相位解调器和设有报警信息管理平台的计算机组成；所述泵浦光源的输出端通过光缆接第一耦合器的输入端，所述第一耦合器的相应输出端接光缆，所述光缆上安装有发出反射波长各不相同的水听器和2个以上低频振动传感器；所述第一耦合器的另一输出端接光隔离器的输入端，所述光隔离器的输出端接第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的两路输出端分别与非平衡马赫泽德干涉仪的相应输入端双向连接，所述第二耦合器的另一输出端接波长选择器的输入端，所述波长选择器的相应输出端分别接各光电探测器的输入端，所述各光电探测器的输出端分别与数字采集器的相应输入端相连接，所述数字采集器的输出端接PGC相位解调器的输入端，所述PGC相位解调器的2个输出端分别接PZT驱动器和设有报警信息管理平台的计算机的相应输入端；所述各光电探测器的接收波长不同；所述PZT驱动器的2个输出端分别接非平衡马赫泽德干涉仪和数字采集器的相应输入端
本发明的积极效果如下：
本发明不仅具有光纤光栅传感技术抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全性好，寿命长，易于组网，实现远距离分布式测量等优点，而且拥有干涉式解调系统的高灵敏度，可同时监听电缆隧道内外的声音和人物入侵所产生的振动，降低了安防系统的误报率并提高了对报警事件的辨识度；提高了电力系统的运行安全监管水平，为输电系统提供了更为安全有效的管理模式。
将两种不同灵敏度的水听器和低频振动传感器集于一个系统中，用同一种干涉法即PGC相位解调器对其信号进行处理。在保证安防系统高定位精度，长距离探测范围的同时，提高系统的灵敏度。
通过将声音信息录播给值班人员，可降低环境干扰，提高对报警事件的辨别度，便于进行市场推广和工程应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1泵浦光源、2耦合器、3水听器、4振动传感器、5光隔离器、6耦合器、7光纤延迟线、8法拉第旋转镜、9波长选择器、10光电探测器、11PZT驱动器、12数字采集器、13PGC相位解调器、14设有报警信息管理平台的计算机、15非平衡马赫泽德干涉仪。
具体实施方式
实施例1（参见图1）：
本实施例由泵浦光源1、第一耦合器2、水听器3、低频振动传感器4、光隔离器5、第二耦合器6、非平衡马赫泽德干涉仪15、波长选择器9、光电探测器10、PZT驱动器11、数字采集器12、PGC相位解调器13和设有报警信息管理平台的计算机14组成；所述泵浦光源1发出980nm的泵浦激光，通过探测光缆进入第一耦合器2，所述第一耦合器2的相应输出端接安装有水听器3和2个以上低频振动传感器4的光缆，所述水听器3和2个以上低频振动传感器4波长各不相同，且等距分布；
所述系统中第一耦合器2右端连接探测光缆，其首先连接一个由声敏材料填充的水听器3，所述水听器3主要监测中高频范围，可实时监听电缆隧道附近的施工状况和隧道内部产生的声音，水听器3后连接2个以上不同波长的低频振动探测器4，水听器3和各低频振动探测器4的反射光波长间隔为2nm，按从小到大的顺序进行排列，便于信号解调和定位，可探测到水听器3和各低频振动探测器4本身产生的振动，进而对人物入侵产生报警。
所述第一耦合器2的另一输出端接光隔离器5的输入端，所述光隔离器5的输出端接第二耦合器6的输入端，所述第二耦合器6的2路输出端分别与非平衡马赫泽德干涉仪的相应输入端双向连接，所述第二耦合器6的另一输出端接波长选择器9的输入端，所述波长选择器9的相应输出端分别接不同波长的各光电探测器10的输入端，所述各光电探测器10的输出端分别与数字采集器12的相应输入端相连接，所述数字采集器12的输出端接PGC相位解调器13的输入端，所述PGC相位解调器13的2个输出端分别接PZT驱动器11和设有报警信息管理平台的计算机14的相应输入端；所述各光电探测器10的接收波长不同；所述PZT驱动器11的2个输出端分别接非平衡马赫泽德干涉仪15和数字采集器12的相应输入端
所述非平衡马赫泽德干涉仪15由两段带有法拉第旋转镜8不同长度的光纤延迟线7组成。
所述系统在安装有水听器3和2个以上低频振动传感器4的光缆上可选择性安装扩展设备，所述扩展设备还包括摄像机，硬盘录像机，所述硬盘录像机通过继电器输出板与设有报警信息管理平台的计算机14相连。
所述泵浦光源1的型号为DFB-980X；
所述第一耦合器2和第二耦合器6的型号为LIGHTCOMMWBC；
所述水听器3的型号为HYDRAPHONE-1001；
所述低频振动传感器4的型号为GDC-4001；
所述光隔离器5的型号为LIGHTCOMM，P-OI-1310-A；
所述波长选择器9的型号为JYT-CWDM；
所述光电探测器10的型号为GD3553Y；
所述PZT驱动器11的型号为JZ-3;
所述数字采集器12的型号为安捷伦34970A；
所述PGC相位解调器13的型号OPD4000；
所述非平衡马赫泽德干涉仪15的型号是MZI-13-1000。
本发明的工作原理：
泵浦光源1发出980nm的泵浦激光，通过探测光缆进入第一耦合器2，所述水听器3和各个低频振动探测器4的共同特点为均由两个匹配的光栅和掺稀有源光纤构成一个法布里珀罗谐振腔，而光栅带宽，谐振腔长度和掺稀有源光纤的辐射谱共同决定了探测器发出激光的波长。其不同点是水听器3是将两个光栅中间的光纤精密缠绕在声敏材料上，并且通过外部封装隔绝传感器本身振动的影响；而低频振动传感器4是将构成谐振腔的双光栅和掺稀有源光纤整体粘贴在单自由度悬臂梁上，悬臂梁只对传感器本身的机械振动敏感，从而隔绝声音的影响。
为了使后端PGC相位解调器能够区分是水听器3或是哪个低频振动传感器4的信号，故水听器3和各低频振动传感器4的波长应该保证是不同的。所以通过事先分布的水听器3和各个低频振动传感器4的位置定位，分布距离可按具体需求来定，一般是等间距的。
所述水听器3和各个低频振动传感器4返回的光经第一耦合器2进入非平衡马赫泽德干涉仪15，中间经过光隔离器5，光隔离器的作用是屏蔽返回光的影响。非平衡马赫泽德干涉仪15由两段带有法拉第旋转镜8的不同长度的光纤延迟线7构成，其中较长的一段光纤延迟线7为干涉臂；较短的一段光纤延迟线7为参考臂，通过PZT驱动器11给参考臂加载一个已知频率的正弦信号；非平衡马赫泽德干涉仪15通过两束光的干涉将波长信息的变化转化为相位的变化，进而大大提高传感系统的灵敏度。
通过非平衡马赫泽德干涉仪15返回的光先经过波长选择器9，被分到不同的波长通道，将水听器3和各个低频振动传感器4的位置和波长对应起来，即可高精度定位。波长选择器9后的每一通道均连接一个光电探测器10，数字采集器12将光强信息送入PGC解调器13，得到所述水听器3和各个低频振动传感器4的相位值变化和频率，可还原现场声音信号和振动强度与频率，设有报警信息管理平台的计算机14可结合水听器3和各个低频振动传感器4的信息进行报警判断，并输出现场声音和报警信息，如果结合视频监控，还可将报警处的视频画面显示出来，达到振动，声音，画面三位一体的全方位安防系统。
所述光电探测器10的个数大于或等于水听器3和低频振动传感器4的个数之和。数字采集器12右侧多余的接口可做备用。
Claims (1)
1.一种有源探测型光纤光栅电缆隧道安防监控系统，其特征在于它由泵浦光源（1）、第一耦合器（2）、水听器（3）、低频振动传感器（4）、光隔离器（5）、第二耦合器（6）、非平衡马赫泽德干涉仪（15）、波长选择器（9）、光电探测器（10）、PZT驱动器（11）、数字采集器（12）、PGC相位解调器（13）和设有报警信息管理平台的计算机（14）组成；所述泵浦光源（1）的输出端通过光缆接第一耦合器（2）的输入端，所述第一耦合器（2）的相应输出端接光缆，所述光缆上安装有发出反射波长的水听器（3）和2个以上低频振动传感器（4），所述水听器（3）和所述振动传感器（4）之间反射波长各不相同；所述第一耦合器（2）的另一输出端接光隔离器（5）的输入端，所述光隔离器（5）的输出端接第二耦合器（6）的输入端，所述第二耦合器（6）的两路输出端分别与非平衡马赫泽德干涉仪（15）的相应输入端双向连接，所述第二耦合器（6）的另一输出端接波长选择器（9）的输入端，所述波长选择器（9）的相应输出端分别接各光电探测器（10）的输入端，所述各光电探测器（10）的输出端分别与数字采集器（12）的相应输入端相连接，所述数字采集器（12）的输出端接PGC相位解调器（13）的输入端，所述PGC相位解调器（13）的2个输出端分别接PZT驱动器（11）和设有报警信息管理平台的计算机（14）的相应输入端；所述各光电探测器（10）的接收波长不同；所述PZT驱动器（11）的2个输出端分别接非平衡马赫泽德干涉仪（15）和数字采集器（12）的相应输入端。
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