CN106327757B - 一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于安全技术领域，公开了一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，包括终端主机、分光器、信号传输光缆和布设于不同待防区域的至少一个振动监测光缆，其中：信号传输光缆用于实现分光器到振动监测光缆的连接；分光器用于将探测光信号分束，并将探测光信号通过所述信号传输光缆分别注入到布设于不同待防区域的振动监测光缆中；分光器还用于通过信号传输光缆接收布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号；终端主机用于将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，根据布设于不同待防区域的振动监测光缆所发生的弯曲损耗及光信号的时序确定被入侵的待防区域。本发明系统监测范围广、单位成本低、隐蔽性好且低误报漏报。
Description
技术领域
本发明属于安全技术领域，更具体地，涉及一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵监测系统。
背景技术
周界入侵监测，是对各种重要设施进行安保工作的重要手段，其监测手段多种多样，主流手段包括了视频监控、红外对射、张力围栏、高压围栏以及泄漏电缆等多种手段，这些手段，在监测性能、可靠性及人工依赖度等多方面各有优劣。
光纤周界监测系统具有如下特点：对探测信号的损耗低，监控范围广，无盲区，单位成本低；隐蔽性好，可挂网及埋地敷设；链路无源，敷设成本低；无电磁辐射，安全性高；属于主动监测，自动化程度高。
基于以上特性，光纤入侵监测系统被广泛的应用于军事及民用领域，其中军事领域包括：边境线、军事基地、军工厂、军用机场、部队油库以及营房等；工业生产及市政领域包括：机场、核电站、水库、化工厂、变电站、炼油厂、监狱、市政府、博物馆以及文物古迹等。
发明内容
本发明的目的是设计一种监测范围广、单位成本低、隐蔽性好、，低误报漏报的基于光纤弯曲损耗的光纤入侵监测系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，包括终端主机、分光器、信号传输光缆和布设于不同待防区域的至少一个振动监测光缆，其中：
所述信号传输光缆用于实现分光器到振动监测光缆的连接；
所述分光器用于将探测光信号分束，并将探测光信号通过所述信号传输光缆分别注入到布设于不同待防区域的振动监测光缆中；
所述分光器还用于通过信号传输光缆接收布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号；
所述终端主机用于将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，根据布设于不同待防区域的振动监测光缆所发生的弯曲损耗及光信号的时序确定被入侵的待防区域。
本发明的一个实施例中，所述布设于不同待防区域的振动监测光缆具有不同光程，从而使得所述分光器还通过信号传输光缆接收到布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号对应于不同时序。
本发明的一个实施例中，所述终端主机将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，得到被入侵的待防区域，具体为：根据待防区域的振动监测光缆是否发生附加弯曲损耗判断是否发生入侵，根据发生附加弯曲损耗的光信号所对应的时序确定被入侵的待防区域。
本发明的一个实施例中，所述振动监测光缆采用环形光路。
本发明的一个实施例中，所述振动监测光缆采用反射光路。
本发明的一个实施例中，所述振动监测光缆布设于待防区域的周界，采用挂网或地面隔离带式敷设方法。
本发明的一个实施例中，所述终端主机还用于将入侵报警信息利用射频信号发送至安保人员所携带的无线巡检仪，供安保人员巡检及排查。
本发明的一个实施例中，所述振动监测光缆为埋地型振动传感光缆，其剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光缆，抗拉芳纶，2.5mm紧套层PE材料，4mm外层紧套层PU材料，其中光纤采用OM1通信光纤。
本发明的一个实施例中，所述振动监测光缆为架空型振动传感光缆，其剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光纤，抗拉芳纶，3mm紧套PE材料，3mm紧套PE材料外层包覆了内外径分别为8mm/10mm的PE管。
本发明的一个实施例中，所述信号传输光缆中采用的传输光纤为G.657A2弯曲不敏感单模光纤；所述振动监测光缆中采用的传感光纤为弯曲敏感光纤，其芯径为50um，包层直径为80um，数值孔径为0.33；光源采用窄线宽1550nm脉冲光源，分光器采用8路PLC；所用探测光信号为脉冲光，其中心波长1550nm，线宽2nm，平均功率10mW，脉宽12nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的传感链路部分采用了以光缆为主的传感链路，单位成本低，传感性能可靠，抗干扰能力强，特别适用于安全等级较高的各类场所；
2、利用时分复用原理，将大面积的待防区域分为各个一览无余的小防区，同时将防区信息汇总到同一终端，增强了该系统的实用特性；
3、该传感链路整体无源，敷设简单，运行稳定性好，可特别应用于易燃易爆场所；由于使用光缆作为传感单元，比光栅式成本更低；与摄像头相比，该方式安装成本低，主动防御，人工依赖度低；与红外对射相比，不易受烟雾风雨等常见天气现象干扰。
附图说明
图1是基于光纤弯曲损耗原理的入侵监测原理示意图；
图2是本发明基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵监测系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中基于时分复用原理的直线型布设方式和环型布设方式示意图；
图4是本发明实施例中基于时分复用原理光路的光路敷设与信号样本示意图；
图5是本发明实施例中基于光纤弯曲损耗原理的埋地型振动传感光缆结构；
图6是本发明实施例中基于光纤弯曲损耗原理的架空型振动传感光缆结构；
图7是本发明实施例中一种实际布防的方位示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
光纤弯曲损耗是光纤的性质之一，光纤通过光纤纤芯及包层的折射率差，利用全反射原理，将满足入射角度的光信号约束在光纤的纤芯附近。当光纤发生了弯曲，原来沿直线传播的光信号，与光纤纤芯方向的夹角会发生变化，当该夹角超过了一定的角度，则该段光纤所传播的光信号不再满足全反射定理条件的约束，从光纤包层泄露并进而迅速衰减。
在通信上，光纤弯曲损耗是需要尽量减小的一种现象，该现象导致了传输信号的误码、损失，会带来不必要的后果。在本发明中，我们可以光纤弯曲损耗原因所产生的现象应用于周界入侵监测，在应力监测光纤中注入探测光脉冲，当应力/扰动作用于应力监测光缆时，利用其产生的光纤弯曲损耗作用去探测光脉冲，在探测端检测并处理后将报警信息发送至多种客户接口。
本发明基于光纤弯曲损耗原理，通过对传感光纤中探测光信号强度的比对，了解入侵监测光纤的应力情况，从而对入侵进行实时的探测，如图1所示，当振动监测光缆因应力发生弯曲时，会发生衰减；例如振动监测光缆在正常情况下的衰减为α，而因弯曲等产生的应力附加产生的衰减为Δα。同时利用时分复用原理，可以使一套系统能实现多个防区(例如可达到32个)同时监测的能力，在实际应用中，将一个大的待防区域拆分为数个较小防区，各个防区独立监测。通过对防区的细分，大大提高了系统的实用性。
在敷设手段上，本发明采用了“终端主机+信号传输光缆+振动监测光缆”的链路结构，通过信号传输光缆完成了终端主机到振动监测光缆的跳接，实现了终端主机到振动监测光缆的探测信号注入与收集。振动监测光缆布设于待防区域的周界，通常采用挂网(围栏)及地面隔离带式(明铺和埋地)敷设方法，当有人试图跨越该区域时，作用于振动监测光缆上的应力导致光纤的宏弯损耗及微弯损耗，从而使终端主机监测到的探测脉冲信号产生变化，通过算法将该信号还原为入侵报警。
如图2所示，本发明提供了一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，包括终端主机、分光器、信号传输光缆和布设于不同待防区域的至少一个振动监测光缆，其中：
所述信号传输光缆用于实现分光器到振动监测光缆的连接；
所述分光器用于将探测光信号分束，并将探测光信号通过所述信号传输光缆分别注入到布设于不同待防区域的振动监测光缆中；
所述分光器还通过信号传输光缆接收布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号；
所述终端主机用于将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，根据布设于不同待防区域的振动监测光缆所发生的弯曲损耗及光信号的时序确定被入侵的待防区域。
如图3所示，为了使探测信号的发射端及检测端位于同端(终端主机内)，我们的振动监测光缆可采用两种独立的敷设方式，一种是利用光纤反射镜，使探测信号沿振动监测光缆原路返回，并再次经过应力点，使该弯曲损耗作用于探测信号两次，放大了应力传输效果。另一种方式是环形光路，振动监测光缆从分光器的一个通道发出，再从分光器的另一个通道返回，减少了光纤反射镜的使用数量，但同时增加了分光器光通道的使用数量，因此受限于光通道的端口总数。
如图4所示，为了解决一路光收发终端多路探测的能力，本发明利用 了时分复用原理，具体内容包括，用光分路器对脉冲探测信号进行分路，对于分路后的每个通道，通过设计保证其光程各不相同，在检测端，通过对探测信号的时序分析来确定其对应的传感段，对于长度接近的通道，采用人为干预(增加延时光纤)的手段使其在时域上分离，达到时分复用的效果，实现多路监测。由于所述每个通道对应的信号传输光缆及振动监测光缆的总长度各不相同，从而可以利用检测脉冲信号的时序来确定其对应的通道。
进一步地，为了及时将入侵信息通知给安保人员，所述终端主机还将入侵报警信息利用射频信号发送至安保人员所携带的无线巡检仪，供安保人员巡检及排查。
为了增强应力/入侵的检测效果，根据埋地及架空的应用需要，本发明实施例中使用了特制的弯曲敏感型光缆及带有包覆空管的弯曲敏感型光缆，其中埋地型振动传感光缆(见图5)的剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光缆(其中光纤采用OM1通信光纤)，抗拉芳纶，2.5mm紧套层PE材料，4mm外层紧套层PU材料；架空型振动传感光缆(见图6)的剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光纤，抗拉芳纶，3mm紧套PE材料，3mm紧套PE材料外层包覆了内外径分别为8mm/10mm的PE管，起到防风，防雨等干扰信号的效果。
如图7所示，为本发明实施例中将光纤入侵检测系统应用于防护厂区门岗两侧围墙的实际布防的方位示意图；在实际使用中将防护周界分为6个防区，每个防区长度为100米左右，防区设置如图6所示，当有入侵行为发生时，被作用的传感光纤引入了附加损耗，导致了对应脉冲的功率变化，从而确定了入侵发生的位置，发出报警信号，提醒监控者。
其中，信号传输光缆中采用的传输光纤为G.657A2弯曲不敏感单模光纤，振动监测光缆中采用的传感光纤为长飞特制的弯曲敏感光纤，增强对振动的敏感性，其特征是芯径50um，包层直径80um，数值孔径0.33，光 源采用窄线宽1550nm脉冲光源，分光器采用8路PLC。
在本实施例中，对常规光纤及特制埋地型及架空型传感光缆进行了不同半径及圈数的附加损耗测试测试，测试结果如下：
通过表中的对比数据看出，埋地型振动传感光缆和架空型振动传感光缆具有更高的弯曲损耗，即该原理下更高的探测灵敏度，采用埋地型振动传感光缆和架空型振动传感光缆，显著提高了系统的漏报率及误报率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，包括终端主机、分光器、信号传输光缆和布设于不同待防区域的至少一个振动监测光缆，其中：
所述信号传输光缆用于实现分光器到振动监测光缆的连接；
所述分光器用于将探测光信号分束，并将探测光信号通过所述信号传输光缆分别注入到布设于不同待防区域的振动监测光缆中；
所述分光器还用于通过信号传输光缆接收布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号；
所述终端主机用于将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，根据布设于不同待防区域的振动监测光缆所发生的弯曲损耗及光信号的时序确定被入侵的待防区域；所述布设于不同待防区域的振动监测光缆具有不同光程，从而使得所述分光器还通过信号传输光缆接收到布设于不同待防区域的振动监测光缆所返回的光信号对应于不同时序。
2.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述终端主机将分光器接收并汇总后的光信号进行分析，得到被入侵的待防区域，具体为：根据待防区域的振动监测光缆是否发生附加弯曲损耗判断是否发生入侵，根据发生附加弯曲损耗的光信号所对应的时序确定被入侵的待防区域。
3.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述振动监测光缆采用环形光路。
4.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述振动监测光缆采用反射光路。
5.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述振动监测光缆布设于待防区域的周界，采用挂网或地面隔离带式敷设方法。
6.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述终端主机还用于将入侵报警信息利用射频信号发送至安保人员所携带的无线巡检仪，供安保人员巡检及排查。
7.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述振动监测光缆为埋地型振动传感光缆，其剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光缆，抗拉芳纶，2.5mm紧套层PE材料，4mm外层紧套层PU材料，其中光纤采用OM1通信光纤。
8.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述振动监测光缆为架空型振动传感光缆，其剖面结构由内至外依次是：0.9mmPVC紧套光纤，抗拉芳纶，3mm紧套PE材料，3mm紧套PE材料外层包覆了内外径分别为8mm/10mm的PE管。
9.如权利要求1所述的基于弯曲损耗及时分复用原理的光纤入侵检测系统，其特征在于，所述信号传输光缆中采用的传输光纤为G.657A2弯曲不敏感单模光纤；所述振动监测光缆中采用的传感光纤为弯曲敏感光纤，其芯径为50um，包层直径为80um，数值孔径为0.33；光源采用窄线宽1550nm脉冲光源，分光器采用8路PLC；所用探测光信号为脉冲光，其中心波长1550nm，线宽2nm，平均功率10mW，脉宽12nm。
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