CN104913840B - 一缆式光纤振动报警系统 - Google Patents

一缆式光纤振动报警系统 Download PDF

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本发明公开了一缆式光纤振动报警系统，包括感应光纤和光电处理单元，感应光纤是设置在被监视现场作为振动监测的光纤，有多个被监视现场，在多个被监视现场分别设置有感应光纤，在所述多个被监视现场分别设置有一个光干涉模块，所述多个被监视现场的光干涉模块分别通过一根三芯光纤缆串接在一起；本发明相对于其他基于光纤干涉原理的光纤振动报警系统，可以有效的减小对通讯光缆资源的消耗，降低施工难度的同时，还可以提高产品的可靠性，特别的是，对于监控范围较大（几公里以上）、防区数量较多的应用时，其占用通讯光缆少的优势会更加的突出。

Description

一缆式光纤振动报警系统
技术领域
本发明涉及一缆式光纤振动报警系统，是基于波分复用技术和光纤干涉原理实现的一缆式光纤振动报警系统。
背景技术
利用光纤作为传感器进行报警已被广泛的使用，多数都是对温度的测量报警，对于利用光纤震动报警还很少使用，公开号CN102682542A公开了一种“即插即用式光缆振动探测报警装置”该技术振动使光纤变形造成的光路信号变化实现探测报警，但该项技术是一种单路报警，但当需要多路大范围或者多点时需要多套系统，布局麻烦，相对成本也要高，特别是对于远距离的探测报警不能适应。
发明内容
本发明目的在于提供一缆式光纤振动报警系统，可以有效的减小对通讯光缆资源的消耗，降低施工难度的同时，还可以提高产品的可靠性，特别的是，对于监控范围较大（几公里以上）、防区数量较多的应用时，其占用通讯光缆少的优势会更加的突出。
为了实现上述目的，本发明的方案是：一缆式光纤振动报警系统，包括感应光纤和光电处理单元，感应光纤是设置在被监视现场作为振动监测的光纤，一个光源将光送入感应光纤，光电处理单元接收感应光纤受到振动干扰的干涉光，对干涉光进行分析实现报警，有多个被监视现场，在多个被监视现场分别设置有感应光纤，在所述多个被监视现场分别设置有一个光干涉模块，所述多个被监视现场的光干涉模块分别通过一根三芯光纤缆串接在一起，所述干涉模块包括有分波器、合波器、反射镜和光模块，所述三芯光纤的第一根光纤将多个所述干涉模块中分波器的输入和一路输出串连在一起后连接至光源，所述三芯光纤的第二根光纤将多个所述干涉模块中合波器的一路输入和输出串连在一起后连接至光电处理单元，所述干涉模块中分波器另一路输出连接干涉模块中光模块的光输入口，所述干涉模块中合波器的另一路输入与光模块的反馈光输出口连接，所述三芯光纤的第三根光纤一端连接两个相邻干涉模块的前干涉模块光模块的光输出口，第三根光纤另一端与所述感应光纤连接，并经所述感应光纤连接两个相邻干涉模块的后干涉模块的反射镜。
方案进一步包括：所述光模块包括两个至少是2×2的光耦合器，分别为第一光耦合器和第二光耦合器，第一光耦合器设置有所述光输入口和所述反馈光输出口，第二光耦合器设置有所述光输出口，在所述第一光耦合器与所述光输入口相对应的输出口和第二光耦合器与所述光输出口相对应的输入之间连接有一个延时光纤，所述第一光耦合器与所述反馈光输出口相对应的输入口直接连接第二光耦合器与所述光输出口相耦合的一路输出。
方案进一步包括：所述延时光纤的长度是500米至2000米。
方案进一步包括：所述第一光耦合器采用3×3耦合分光器，分光比为1：1：1。
方案进一步包括：所述反射镜是旋转反射镜。
方案进一步包括：所述光源选用中心波长1550nm、-3dB工作谱宽37nm的宽光谱ASE光源。
方案进一步包括：所述光电处理单元包括合光分波器、光电转换电路和信号分析处理服务器，合光分波器接收串联的光干涉模块合波器信号，将合波器信号分解为每一路光干涉模块的信号分别连接至光电转换电路，光电转换电路将转换后的电信号连接至信号分析处理服务器。
本发明光纤振动报警系统应用于安防领域，相对于其他基于光纤干涉原理的光纤振动报警系统，可以有效的减小对通讯光缆资源的消耗，降低施工难度的同时，还可以提高产品的可靠性，特别的是，对于监控范围较大（几公里以上）、防区数量较多的应用时，其占用通讯光缆少的优势会更加的突出。本发明以光缆作为感应部件，无论串接多少的防区，都只需要3芯光缆，通过其对运动、压力、和振动的快速感应可以对诸如攀爬、剪切、行走等行为进行监测。同时，结合先进的智能数字监控系统，可对防范区域周界进行全天候、全方位监控，为安全保卫工作提供强有力的保障。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1 为本发明系统框架示意图；
图2为本发明光模块原理示意图；
图3为本发明光电处理单元电路框图；
图4为本发明光干涉原理示意图。
具体实施方式
光纤振动报警系统应用于安防领域，以光缆作为感应部件，通过其对运动、压力、和振动的快速感应可以对诸如攀爬、剪切、行走等行为进行监测。同时，结合先进的智能数字监控系统，可对防范区域周界进行全天候、全方位监控，为安全保卫工作提供强有力的保障。在实际的应用中，光纤振动报警系统需要与视频监控系统配合使用，将光纤振动报警系统划分为多个防区，每一个防区由干涉模块、传感光缆组成，但干涉模块相互不能串联，增加一个干涉模块，就要组光纤缆，串接的防区越多，就需要占用更多的光纤芯数，铺设繁琐。
一种对干涉模块进行改进的三芯、一缆式光纤振动报警系统实施例，减少了光纤芯数，对随意增加的监控区使用三芯、一缆直接串接，从控制室至监测末端始终使用一条三芯光纤缆连接，简化铺设工序，所述系统包括感应光纤1和光电处理单元2，感应光纤是设置在被监视现场作为振动监测的光纤，一个光源201将光送入感应光纤，光电处理单元接收感应光纤受到振动干扰的干涉光，对干涉光进行分析实现报警，有多个被监视现场，在多个被监视现场分别设置有感应光纤，在所述多个被监视现场分别设置有一个光干涉模块3，所述多个被监视现场的光干涉模块分别通过一根三芯光纤缆4前后串接在一起，所述光干涉模块包括有分波器301、合波器302、反射镜303和光模块304，所述三芯光纤的第一根光纤401将多个所述干涉模块中分波器的输入和一路输出串连在一起后连接至光源，所述三芯光纤的第二根光纤402将多个所述干涉模块中合波器的输出和一路输入串连在一起后连接至光电处理单元，所述干涉模块中分波器另一路输出连接干涉模块中光模块的光输入口，所述干涉模块中合波器的另一路输入与光模块的反馈光输出口连接，所述三芯光纤的第三根光纤一端连接两个相邻光干涉模块的前光干涉模块光模块（接近光源的为前）的光输出口，第三根光纤403另一端与所述感应光纤1的一端连接，所述感应光纤1的另一端（即：经所述感应光纤）连接两个相邻光干涉模块的后光干涉模块的反射镜303。
实施例中的分波器和合波器都是一种成熟的技术，可以从市场直接选购。
在本实施例中：如图2所示，所述光模块304包括两个至少是2×2的光耦合器，分别为第一光耦合器304-1和第二光耦合器304-2，第一光耦合器设置有所述光输入口A和所述反馈光输出口B，第二光耦合器设置有所述光输出口C，在所述第一光耦合器与所述光输入口相对应的输出口A1和第二光耦合器与所述光输出口相对应的输入C1之间连接有一个延时光纤304-3，所述第一光耦合器与所述反馈光输出口相对应的输入口B1直接连接第二光耦合器与所述光输出口相耦合的一路输出C2。
其中：所述延时光纤的长度是500米至2000米，常用并最佳的是1000米。
其中：所述反射镜是旋转反射镜。
实施例中：如图3所示，所述光电处理单元除了光源201，还包括合光分波器202、光电转换电路203和信号分析处理服务器204以及报警电路205，合光分波器接收串联的光干涉模块合波器信号，将合波器信号分解为每一路光干涉模块的信号分别连接至光电转换电路，光电转换电路将转换后的电信号连接至信号分析处理服务器。分析处理服务器通过对信号的解析确定发生报警的区域，输出报警信号至报警电路发出报警。
本实施例采用干涉式光纤传感技术，利用光缆受到所检测物理场感应，如温度、压力或振动等，使导光相位产生延迟，经由相位的改变，造成输出光的强度改变，进而得知待测物理场的变化。如图4所示，入射光源201是超辐射发光二极管(SLD)光源，光模块304，反馈回路是一段延时为τ光纤延时线304-3，D是扰动源(扰动信号的位置，可为光缆上的任意位置)，反射镜选用法拉第旋转镜303，反射率约75％，1*n（n=8/16）分光器将传感光信号均分为n路，待测信号处理单元用光电转换、放大电路组成，分析软件实时显示、分析传感状态。只有形成干涉的光才能够携带扰动点D的相位信息，实施例光模块304中第一光耦合器304-1采用3×3耦合分光器，分光比为1：1：1；根据3×3耦合器分光比为1：1：1的特点，确定光路路径如表1所示。
表1 光路路径表
由表1可见，入射光经过反射被光电二极管接收，最强的一路光路为b-e-f-e-c，但是没有与其光程相近的另一路光，所以，这一路光的作用只是增大直流部分的光强，并不会影响最后的结果。而同为3次经过耦合器，因而，光振幅相同、且光程相近的b-d-a-e-f-c和b-e-f-e-a-d-c两路光线，后者比前者在受到扰动的时间上延时了一个τ，二者可形成干涉，并且，其相干光携带了D的扰动信息；其他光路的光线都需要3次以上经过耦合器，虽然存在可以相互干涉的成对的光，但是，其强度太小，因此，可以忽略不计。
本实施例结合波分复用技术，无论串接多少的防区，都只需要3芯光缆。如图1所示，装置由光源、干涉模块（含分波器、光模块、合波器）、传感光纤、分波器、光电转换电路模块、信号分析处理服务器系统、报警模块组成，其中首末两端的干涉模块去除了不需要的器件。
光源选用中心波长1550nm、-3dB工作谱宽37nm的宽光谱ASE光源，依据防区的数量选择光源的波长范围，使装置具有更好的性价比。
在干涉模块中，分波器和合波器均为无源光纤器件，不改变系统室外部分不需供电的特性。在防区1，分波器的输入端与光源传输芯连接，分波器输出端中的一端与光模块连接，将波长λ1光分离出来，提供给传感光纤使用；而分波器的另一端透传剩余波长的光信号，提供给接下来的防区使用。传感光纤的另一端与下一个干涉模块中的旋转镜连接，从而形成一个完成的探测防区。如此级联，就可以将多个防区串接起来。

Claims (6)

1.一缆式光纤振动报警系统，包括感应光纤和光电处理单元，感应光纤是设置在被监视现场作为振动监测的光纤，一个光源将光送入感应光纤，光电处理单元接收感应光纤受到振动干扰的干涉光，对干涉光进行分析实现报警；有多个被监视现场，在多个被监视现场分别设置有感应光纤，其特征在于，在所述多个被监视现场分别设置有一个光干涉模块，所述多个被监视现场的光干涉模块分别通过一根三芯光纤串接在一起，所述光干涉模块包括有分波器、合波器、反射镜和光模块，所述三芯光纤的第一根光纤将多个所述光干涉模块中分波器的输入和一路输出串连在一起后连接至光源，所述三芯光纤的第二根光纤将多个所述光干涉模块中合波器的一路输入和输出串连在一起后连接至光电处理单元，所述光干涉模块中分波器另一路输出连接光干涉模块中光模块的光输入口，所述光干涉模块中合波器的另一路输入与光模块的反馈光输出口连接，所述三芯光纤的第三根光纤一端连接两个相邻光干涉模块的前光干涉模块光模块的光输出口，第三根光纤另一端与所述感应光纤连接，并经所述感应光纤连接两个相邻光干涉模块的后光干涉模块的反射镜；
所述光模块包括两个至少是2×2的光耦合器，分别为第一光耦合器和第二光耦合器，第一光耦合器设置有所述光输入口和所述反馈光输出口，第二光耦合器设置有所述光输出口，在所述第一光耦合器与所述光输入口相对应的输出口和第二光耦合器与所述光输出口相对应的输入口之间连接有一个延时光纤，所述第一光耦合器与所述反馈光输出口相对应的输入口直接连接第二光耦合器与所述光输出口相耦合的一路输出。
2.根据权利要求1所述的一缆式光纤振动报警系统，其特征在于，所述延时光纤的长度是500米至2000米。
3.根据权利要求2所述的一缆式光纤振动报警系统，其特征在于，所述第一光耦合器采用3×3耦合分光器，分光比为1：1：1。
4.根据权利要求1所述的一缆式光纤振动报警系统，其特征在于，所述反射镜是旋转反射镜。
5.根据权利要求1所述的一缆式光纤振动报警系统，其特征在于，所述光源选用中心波长1550nm、-3dB工作谱宽37nm的宽光谱ASE光源。
6.根据权利要求1所述的一缆式光纤振动报警系统，其特征在于，所述光电处理单元包括合光分波器、光电转换电路和信号分析处理服务器，合光分波器接收串联的光干涉模块合波器信号，将合波器信号分解为每一路光干涉模块的信号分别连接至光电转换电路，光电转换电路将转换后的电信号连接至信号分析处理服务器。
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