CN105136275B - 全光纤分布式振动传感与视频监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光纤分布式振动传感与视频监控系统。本发明包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机和光纤激光供能摄像头，光纤激光供能摄像头分别由分束器、波分复用器供能或者直接与视频光纤连接。本发明特别适合在西北地广人稀和人迹罕至的地方，作为各种管道和边境线的安全防护手段。整体系统结构简单，成本不高，施工容易，户外不需要维护。

Description

全光纤分布式振动传感与视频监控系统

技术领域

本发明属于安防技术领域，特别涉及了一种全光纤分布式振动传感与视频监控系统及其实现方法。

背景技术

在安防领域，视频监控系统和分布式光纤振动传感系统已经使用的越来越多。当视频画面多于50个之后，人数较少的安防工作人员基本上不能对各个画面的视频内容有反应，而增加人数在管理和编制上又会增加很多困难，这时候视频监控系统急需其他传感系统的配合，来过滤画面，只把产生事件的画面呈现在工作人员面前，从而让工作人员及时有效的应对突发事件。分布式光纤振动传感系统是非常经济有效的一种事件感应系统，在超过10km的长距离应用中，具有不可替代的优势。通常，在分布式光纤振动传感与视频监控系统联动的应用中，这两个系统是独立工作的，需要独立的供电系统与独立的信息传输途径。通常，视频监控系统中，每个监控点的摄像头需要有本地电源提供，当传输距离超过10km，电能传输系统就会是一个非常复杂和昂贵的系统。而在戈壁、沙漠、人迹罕至的山脉、沼泽中，本地供电基本上是一个不可能实现的条件。

发明内容

本发明提出了一套只在局端需要电源供应，外部的监控线路上不需要额外供电的振动传感与视频监控系统，而且振动传感与视频监控只需要一条光缆就能实现。

本发明的第一种技术方案为：

本发明包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机、分束器和光纤激光供能摄像头。分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接视频光纤，在视频光纤的光路上布置有多个分束器，每个分束器对应一个光纤激光供能摄像头。

使用上述系统进行振动传感与视频监控的方法：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机。

步骤2.光纤视频监控主机发射高功率激光到视频光纤，并沿着视频光纤传输到分束器，分束器分出一部分激光给光纤激光供能摄像头，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中，分束器将剩余的激光继续沿视频光纤往前传输，直到下一个分束器，以如此方式可以给多个光纤激光供能摄像头提供电能。

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的高功率激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。

本发明的第二种技术方案为：

本发明包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机、波分复用器和光纤激光供能摄像头。分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接视频光纤，在视频光纤的光路上布置有多个波分复用器，每个波分复用器对应一个光纤激光供能摄像头。

使用上述系统进行振动传感与视频监控的方法：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机。

步骤2.光纤视频监控主机发射多个波长的激光到视频光纤，并沿着视频光纤传输到波分复用器，波分复用器分出设定波长的激光给光纤激光供能摄像头，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中，波分复用器将剩余波长的激光沿视频光纤继续往前传输，直到下一个波分复用器，以如此方式可以给多个光纤激光供能摄像头提供电能。

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的高功率激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。

本发明的第三种技术方案为：

本发明包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机和光纤激光供能摄像头，分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接多根视频光纤，每根视频光纤对应一个光纤激光供能摄像头。

使用上述系统进行振动传感与视频监控的方法：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机。

步骤2.光纤视频监控主机发射激光到视频光纤，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中。

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。

在第一种技术方案中，所述的光纤视频监控主机包括高功率激光发射单元、控制信号单元、视频与图像处理单元、激光接收单元、信号解调单元；控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给高功率激光发射单元，高功率激光发射单元产生高功率激光，并将信号调制到激光上，然后发送到视频光纤中，激光接收单元接收视频光纤返回的激光，经过解调单元解调出视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元；视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。

在第二种技术方案中，所述的光纤视频监控主机包括多个激光发射单元、两个波分复用器、控制信号单元、视频与图像处理单元、多个激光接收单元、信号解调单元，控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给多个波长不同的激光发射单元，激光发射单元产生不同波长的激光，并将信号调制到激光上，然后经过一个波分复用器合并之后发送到视频光纤中，视频光纤返回的激光进入另一个波分复用器，不同波长的激光分开进入激光接收单元，经过解调单元解调出各个摄像头传回的视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元，视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。

上述三种技术方案中所使用的光纤激光供能摄像头包括光电转换模块、升压模块、储能控制模块、储能模块、解码模块、控制模块、摄像头和激光发射模块。光电转换模块外接光纤，光电转换模块接收来自光纤发射过来的激光，将激光转化为电能，经过升压模块，使得电压与储能模块匹配；储能控制模块将升压过的电流接入储能模块，实现充电功能；升压模块出来的电压信号分一路到解码模块，经解码模块判决后变为数字信号，数字信号输入控制模块，所述控制模块连接摄像头；摄像头和发射激光模块大部分情况下处于关闭状态，这时候储能模块处于充电状态，解码模块处于周期性的工作。

当摄像头被解码出的命令触发开始工作的时候，视频信号从摄像头传输到激光发射模块中，由激光发射模块调制在发射激光中，通过光纤传输到另外一端。

本发明的有益效果：本发明适用于监控线路上无电源供给的监控系统，局端发射激光到摄像头，摄像头将接收到的激光转换成电能储存起来，当摄像头被分布式光纤振动传感系统探测到的振动告警触发的时候，储存起来的电能给摄像头供电，完成拍照和视频采集并通过激光回传到局端。该发明特别适合在西北地广人稀和人迹罕至的地方，作为各种管道和边境线的安全防护手段。整体系统结构简单，成本不高，施工容易，户外不需要维护。

附图说明

图1为本发明的第一种技术方案中的装置结构示意图；

图2为本发明的第二种技术方案中的装置的结构示意图；

图3为本发明的第三种技术方案中的装置的结构示意图；

图4为第一种技术方案中光纤视频监控主机的结构示意图；

图5为第二种技术方案中光纤视频监控主机的结构示意图；

图6为光纤激光供能摄像头的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例包括一个分布式光纤振动传感主机、一条振动光纤、一条视频光纤（单纤双向）或者二条视频光纤（双纤双向）、一个光纤视频监控主机、若干个分束器、若干个光纤激光供能摄像头。振动光纤和视频光纤可以在同一条光缆中，也可以分布在多条光缆中。分布式光纤振动传感主机连接外部的光纤，当光纤受到入侵并产生振动，传感主机能解调出振动的位置和强度，当振动强度达到报警条件时，分布式光纤振动传感主机将把振动的告警信息发送给光纤视频监控主机。光纤视频监控主机连接视频光纤，一直不断的向视频光纤发射高功率激光，高功率激光沿视频光纤传输到分束器，分束器将一部分激光分出输入光纤激光供能摄像头，其余激光继续往前传输，直到下一个分束器，再分出一部分激光，如此，可以级联多个分束器。光纤激光供能摄像头接收到分束器输出的激光，将激光转变为电能存储在储能器件中，以备待机和摄像头工作时候使用，同时，光纤激光供能摄像头能够解调出加载在激光中的指令。光纤激光供能摄像头将把图像或者视频信号调制到摄像头内部的发射激光中，通过分束器耦合进视频光纤，并传回光纤视频监控主机。当光纤视频监控主机接收到振动传感主机传过来的告警信息，监控主机将把相应的指令加载到高功率激光中，告警信息对应的光纤激光供能摄像头对该指令做出响应，使摄像头进入拍照或者摄像工作状态，并把通过光纤回传的视频或者图像信号显示在显示器上，以便于工作人员确认入侵事件。

如图2所示，本实施例包括一个分布式光纤振动传感主机、一条振动光纤、一条视频光纤（单纤双向）或者二条视频光纤（双纤双向）、一个光纤视频监控主机、若干个波分复用器（WDM）、若干个光纤激光供能摄像头。工作原理与第一个装置不同的地方在于，光纤视频监控主机发射出的激光是由多个波长组成，这些波长与后续的WDM是一一对应的。当激光传输到WDM，特定波长的激光会经由WDM进入光纤激光供能摄像头，其余波长的激光将继续沿视频光纤往前传输。

用WDM代替分束器的好处是，激光的整体损耗更小，每个摄像头可以接收到更强的激光功率，而且每个摄像头接收到的激光功率互相独立，不会互相影响。

如图3所示，本实施例包括一个分布式光纤振动传感主机、一条振动光纤、若干条视频光纤、一个光纤视频监控主机、若干个光纤激光供能摄像头。工作原理与第一、第二个装置不同的地方在于，光纤视频监控主机与每个光纤激光供能摄像头之间有独立的视频光纤连接。该结构的优势是各个光纤激光供能摄像头更加独立，光功率损耗更低，但缺点是需要使用更多的视频光纤。

本发明中的光纤视频监控主机可以有多种结构。

如图4所示，对应于第一种结构的光纤视频监控主机包括一个高功率激光发射单元、一个控制信号单元、一个视频与图像处理单元、一个激光接收单元、一个信号解调单元。视频与图像处理单元接收到外部输入的入侵振动告警信号，将相应的指令发送到控制信号单元，控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给高功率激光发射单元。高功率激光发射单元产生高功率激光，并将信号调制到激光上，然后发送到视频光纤中。激光接收单元接收视频光纤返回的激光，经过解调单元解调出视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元。视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。

如图5所示，对应于第二种结构的光纤视频监控主机，包括若干个激光发射单元、两个波分复用器（WDM）、一个控制信号单元、一个视频与图像处理单元、若干个激光接收单元、一个信号解调单元。视频与图像处理单元接收到外部输入的入侵振动告警信号，将相应的指令发送到控制信号单元，控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给多个波长不同的激光发射单元。激光发射单元产生不同波长的激光，并将信号调制到激光上，然后经过WDM合并之后发送到视频光纤中。视频光纤返回的激光进入WDM，不同波长的激光分开进入激光接收单元，经过解调单元解调出各个摄像头传回的视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元。视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。采用时分的方式下，激光接收单元前的WDM也可以不用，并且只需要一个激光接收单元。

如图6所示，光纤激光供能摄像头包括一个光电转换模块、一个升压模块、一个储能控制模块、一个储能模块、一个解码模块、一个控制模块、一个摄像头和一个激光发射模块。

光电转换模块接收到通过光纤发射过来的激光，将激光转化为电能，经过升压模块，使得电压与储能模块匹配。储能控制模块将激光转化成的电能储存在可充电电池或者大电容里，用于系统待机状态的用电以及摄像头被触发工作时候的用电。为了节省电能，摄像头和发射激光模块大部分情况下处于关闭状态，这时候整个系统处于充电状态。解码模块也不处于持续工作状态，而是周期性的工作。当摄像头被解调出的命令触发或者被其他传感器触发开始工作的时候，视频信号从摄像头传输到激光发射模块中，被发射模块调制在发射激光中，通过光纤传输到另外一端。摄像头可以只输出一张图片，也可以连续一小段时间输出视频信号。

Claims (8)

1.全光纤分布式振动传感与视频监控系统，包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机、分束器和光纤激光供能摄像头，其特征在于：

分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接视频光纤，在视频光纤的光路上布置有多个分束器，每个分束器对应一个光纤激光供能摄像头；

所述的光纤激光供能摄像头包括光电转换模块、升压模块、储能控制模块、储能模块、解码模块、控制模块、摄像头和激光发射模块；光电转换模块外接光纤，光电转换模块接收来自光纤发射过来的激光，将激光转化为电能，经过升压模块，使得电压与储能模块匹配；储能控制模块将升压过的电流接入储能模块，实现充电功能；升压模块出来的电压信号分一路到解码模块，经解码模块判决后变为数字信号，数字信号输入控制模块，所述控制模块连接摄像头；摄像头和发射激光模块大部分情况下处于关闭状态，这时候储能模块处于充电状态，解码模块处于周期性的工作；

当摄像头被解码出的命令触发开始工作的时候，视频信号从摄像头传输到激光发射模块中，由激光发射模块调制在发射激光中，通过光纤传输到另外一端。

2.根据权利要求1所述的全光纤分布式振动传感与视频监控系统，其特征在于：所述的光纤视频监控主机包括高功率激光发射单元、控制信号单元、视频与图像处理单元、激光接收单元、信号解调单元；控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给高功率激光发射单元，高功率激光发射单元产生高功率激光，并将信号调制到激光上，然后发送到视频光纤中，激光接收单元接收视频光纤返回的激光，经过解调单元解调出视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元；视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。

3.全光纤分布式振动传感与视频监控实现方法，使用如权利要求1所述的系统，其特征在于：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机；

步骤2.光纤视频监控主机发射高功率激光到视频光纤，并沿着视频光纤传输到分束器，分束器分出一部分激光给光纤激光供能摄像头，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中，分束器将剩余的激光继续沿视频光纤往前传输，直到下一个分束器，以如此方式可以给多个光纤激光供能摄像头提供电能；

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的高功率激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。

4.全光纤分布式振动传感与视频监控系统，包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机、波分复用器和光纤激光供能摄像头，其特征在于：

分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接视频光纤，在视频光纤的光路上布置有多个波分复用器，每个波分复用器对应一个光纤激光供能摄像头；

所述的光纤激光供能摄像头包括光电转换模块、升压模块、储能控制模块、储能模块、解码模块、控制模块、摄像头和激光发射模块；光电转换模块外接光纤，光电转换模块接收来自光纤发射过来的激光，将激光转化为电能，经过升压模块，使得电压与储能模块匹配；储能控制模块将升压过的电流接入储能模块，实现充电功能；升压模块出来的电压信号分一路到解码模块，经解码模块判决后变为数字信号，数字信号输入控制模块，所述控制模块连接摄像头；摄像头和发射激光模块大部分情况下处于关闭状态，这时候储能模块处于充电状态，解码模块处于周期性的工作；

当摄像头被解码出的命令触发开始工作的时候，视频信号从摄像头传输到激光发射模块中，由激光发射模块调制在发射激光中，通过光纤传输到另外一端。

5.根据权利要求4所述的全光纤分布式振动传感与视频监控系统，其特征在于：所述的光纤视频监控主机包括多个激光发射单元、两个波分复用器、控制信号单元、视频与图像处理单元、多个激光接收单元、信号解调单元，控制信号单元将需要发送的指令转变为用于激光调制的信号并发送给多个波长不同的激光发射单元，激光发射单元产生不同波长的激光，并将信号调制到激光上，然后经过一个波分复用器合并之后发送到视频光纤中，视频光纤返回的激光进入另一个波分复用器，不同波长的激光分开进入激光接收单元，经过解调单元解调出各个摄像头传回的视频、图像、语音和数据信号，然后输送给视频与图像处理单元，视频与图像处理单元将这些信息存储、分析和显示。

6.全光纤分布式振动传感与视频监控实现方法，使用如权利要求4所述的系统，其特征在于：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机；

步骤2.光纤视频监控主机发射多个波长的激光到视频光纤，并沿着视频光纤传输到波分复用器，波分复用器分出设定波长的激光给光纤激光供能摄像头，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中，波分复用器 将剩余波长的激光沿视频光纤继续往前传输，直到下一个波分复用器，以如此方式可以给多个光纤激光供能摄像头提供电能；

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的高功率激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。

7.全光纤分布式振动传感与视频监控系统，包括分布式光纤振动传感主机、振动光纤、视频光纤、光纤视频监控主机和光纤激光供能摄像头，其特征在于：

分布式光纤振动传感主机输入端连接振动光纤，分布式光纤振动传感主机输出端连接光纤视频监控主机输入端，光纤视频监控主机输出端连接多根视频光纤，每根视频光纤对应一个光纤激光供能摄像头；

所述的光纤激光供能摄像头包括光电转换模块、升压模块、储能控制模块、储能模块、解码模块、控制模块、摄像头和激光发射模块；光电转换模块外接光纤，光电转换模块接收来自光纤发射过来的激光，将激光转化为电能，经过升压模块，使得电压与储能模块匹配；储能控制模块将升压过的电流接入储能模块，实现充电功能；升压模块出来的电压信号分一路到解码模块，经解码模块判决后变为数字信号，数字信号输入控制模块，所述控制模块连接摄像头；摄像头和发射激光模块大部分情况下处于关闭状态，这时候储能模块处于充电状态，解码模块处于周期性的工作；

当摄像头被解码出的命令触发开始工作的时候，视频信号从摄像头传输到激光发射模块中，由激光发射模块调制在发射激光中，通过光纤传输到另外一端。

8.全光纤分布式振动传感与视频监控实现方法，使用如权利要求7所述的系统，其特征在于：

步骤1.分布式光纤振动传感主机发射探测激光到振动光纤，振动光纤中带有振动信号的激光返回到分布式光纤振动传感主机，分布式光纤振动传感主机解调返回的激光，得到入侵引振动的告警信息，将此信息发送给光纤视频监控主机；

步骤2.光纤视频监控主机发射激光到视频光纤，光纤激光摄像头将接收到的激光转变为电能储存在储能器件中；

步骤3.当光纤视频主机接收到分布式光纤振动传感主机发过来的入侵振动告警信号时，光纤视频主机在发射的激光中调制上指令，与告警信号对应的光纤激光供能摄像头从所接收的激光中解调出该指令，则触发摄像头开始拍摄图片或者视频，并发射激光将多媒体信号经视频光纤发送回光纤视频主机，光纤视频主机将接收到的多媒体信号进行存储、分析和显示，并提醒工作人员予以关注。