CN106815957B - 以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其主要是由一光路系统与一光路转置器连接，且该光路转置器分别与一光源系统、一多波长分波多工接收系统连接，该光源系统提供多个波长的光源，并透过该光路转置器将光源导引至该光路系统，该光路系统的光缆芯数不超过4个，当光源通过该光路系统并将干涉讯号传回该光路转置器，该光路转置器再将干涉讯号导引至该多波长分波多工接收系统，并进一步由该多波长分波多工接收系统将干涉讯号转换后传输至一数据分析显示与报警系统，通过该数据分析显示与报警系统对电讯号的分析，可实时判断多防区内是否有入侵事件发生；本发明在多防区用极低的光缆芯数，有效提升侦测的灵敏度及降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种周界入侵检测系统，尤其涉及一种以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统(Fiber-Optic Perimeter Intrusion Detection System)。
背景技术
一般市面上用于周界入侵检测的光纤系统，主要是一种以光纤为感测体(Sensorbody)的布置于周界围篱或土层，且配合一监控主机，具有周界遭入侵时能发出警示的系统。传统的光纤系统是利用一光纤干涉仪，例如：一马阶进德干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)、一桑克干涉仪(Sagnac interferometer)等，通过感测入侵时对光纤的振动而引发一光强度或一光功率的变化情形，由该监控主机判定该光强度变化的特征是否属于一人为入侵，若是则发出警示。
在现有技术的应用上，有一种已知的周界入侵检测系统，请参阅图10所示，其中包括一监控主机内的雷射光源90、两个光路分光器91A,91B、一光接收器92、一数据撷取器(Data Acquisition,DAQ)93，该等光路分光器91A、91B与一条光缆中的三条光纤901构成一马阶进德干涉仪，并由该数据撷取器93将数据提供给一计算机(软件)94进行处理。另有一种已知的周界入侵检测系统，请参阅图11所示，其中仅有一个光路分光器91A、一光接收器92、前述的数据撷取器93及该计算机94，该光路分光器91A利用一条光缆中的二条光纤901架构成一桑克干涉仪，该桑克干涉仪的一光纤回路是利用一条光缆中的二条光纤901于其尾端互相连接而构成，如图11所示，其中二条光纤901于其尾端互相连接就是该光纤回路的末端的位置，如果人为入侵的拍击振动愈靠近该光纤回路尾端，则由该光接收器92侦测到的振动讯号愈弱，则侦测愈不灵敏，上述两种周界入侵检测系统中的光缆任何位置受到拍击振动，皆会产生讯号，至于是在何处产生拍击振动，皆无法分辩。
而在现有技术中为了要分辨何处产生拍击振动，一般传统而直接的做法是，将待侦测的区域画分成多个子区域(称作防区)，而各个防区皆有各自的一光纤干涉仪，且这些干涉仪彼此基本上不互相影响，遂而各自操作。举例而言，如图12所示，其中包括一防区一、一防区二、一防区三，该防区一是由三组光纤回路(1),(2),(3)组成，三组光纤回路(1),(2),(3)具有一段7芯光缆，该防区二是由两组光纤回路(2),(3)组成，两组光纤回路(2),(3)具有一段5芯光缆，该防区三的光纤回路(3)具有一段3芯光缆，必需明白的是，当防区数愈多，所使用的光缆内含的光纤数目(芯数)就需要更多，即需要更多芯数的光缆，才能实质构成多防区入侵检测系统，例如：N防区系统所需的最大芯数为2N+1，依次为2N-1，2N-3，…。如果为16防区，则需要的16段光缆分别含的芯数为33，31，29，…，所以12段光缆的含芯数超过10个，7段光缆的含芯数超过20个，含芯数愈多，则光缆的价格也愈高。
综上所述，现有技术中为了要侦测多防区的入侵事件，而使用各自的光纤导引至其干涉仪的做法并不经济，尤其在铺设长距离多防区系统的情况下，多芯数的光缆的价格影响最大，因此，针对如何降低整个多防区光纤入侵检测系统的架设成本，同时针对现有技术中的干涉仪仍有侦测灵敏较弱的问题，确实有待提出更佳解决方案的必要性。
发明内容
有鉴于上述现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，透过将极少的光缆芯数应用在多个防区，实时的讯号分析，判断出多防区内是否有入侵事件发生，以有效提升侦测的灵敏度及降低制造成本。
为达成上述目的所采取的主要技术方案是令前述以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其包括：
一光源系统，提供多个波长的光源；
多个防区的光路系统，个别具有至少一光纤回路，该光纤回路的一光缆芯数不超过4个；
一光路转置器，连接在该光源系统、该光路系统之间；
一多波长分波多工接收系统，与该光路转置器连接；
一数据分析显示与报警系统，与该多波长分波多工接收系统连接；
其中，当所述的光源通过所述光路系统，将一个以上的干涉讯号通过该光纤回路传回该光路转置器，通过该多波长分波多工接收系统根据该干涉讯号产生一输出讯号，并传送给该数据分析显示与报警系统，通过该数据分析显示与报警系统分析判断多防区内是否有入侵事件发生。
优选的，该光路转置器由一光路分光器或一光循环器构成。
优选的，该光路系统个别由一麦克森干涉仪及/或一桑克干涉仪构成。
优选的，该光路系统进一步是个别包括一分波多工滤波器、一光路分光器、至少一反射器、一条至少含有三条光纤的光缆，当光源自上一防区或该光路转置器射向该分波多工滤波器，其中一个波长的光被导向该光路分光器，且一分为二進入两条光纤，再通过该反射器反射回该光路分光器，将两条光纤的光合而为一，通过该分波多工滤波器射回上一防区或传回该光路转置器。
优选的，该反射器由另一光路分光器构成。
优选的，该光路系统使用2×2或1×2的光路分光器，将各个防区分成一第一部分与一第二部分，其该第一部分与该第二部分的光纤个别在同一条光缆中。
优选的，该光路系统的光缆具有三条光纤，其中两条光纤作为一感测光纤，另一条光纤作为一传导光纤。
优选的，该多波长分波多工接收系统包括多数的分波多工滤波器和多数的光接收器组接而成。
优选的，该光源系统的多个波长的光源，分别由多个不同波长的二极体雷射构成，并透过一波长分波多工器结合于一条光纤。
优选的，该光源系统的多个波长的光源，由多个不同波长的一掺铒光纤雷射构成。
通过采用上述技术方案，本发明通过该光源系统提供多个波长的光源，并透过该光路转置器将光源导引至该光路系统，该光路系统的光缆芯数不超过4个，当光源通过该光路系统并将干涉讯号传回该光路转置器，该光路转置器再将干涉讯号导引至该多波长分波多工接收系统，并进一步由该多波长分波多工接收系统将干涉讯号转换成该输出讯号后传输至该数据分析显示与报警系统，通过该数据分析显示与报警系统对电讯号的分析，能够实时判断多防区内是否有入侵事件发生，通过在多防区使用极低数量的光缆芯数，达到有效提升侦测的灵敏度及降低制造成本的目的。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是本发明一较佳实施例的多防区光纤周界入侵检测系统架构图。
图2是本发明一较佳实施例的使用麦克森光纤干涉仪的光路系统示意图。
图3是本发明又一较佳实施例的使用麦克森光纤干涉仪的光路系统示意图。
图4是本发明一较佳实施例的使用桑克光纤干涉仪的光路系统示意图。
图5是本发明一较佳实施例的多波长分波多工接收器的应用状态示意图。
图6是本发明一较佳实施例的不同光路分光器所构成的反射器架构示意图。
图7是本发明一较佳实施例的使用多个光源结合于一输出光纤的应用方式示意图。
图8是本发明另一较佳实施例的多波长光纤雷射架构示意图。
图9是本发明一较佳实施例的N+M个防区的光纤周界入侵检测系统架构图。
图10是一种已知的单一防区马阶进德干涉仪架构的系统方块图。
图11是一种已知的单一防区桑克干涉仪架构的系统方块图。
图12是一种已知的多组使用马阶进德干涉仪的三防区系统光路示意图。
附图标记说明：
10,10A 光源系统
11 二极体雷射 11A 帮浦雷射
12 波长分波多工器 121 分波多工滤波耦合器
122 2XN 光路分光器 123 掺铒光纤
124 光隔绝器
20 光路转置器
30,30A 光路系统 31 分波多工滤波器
32,32A 光路分光器 33 反射器
40,40A 多波长分波多工接收系统
41 光接收器 42 多工滤波器
50 数据分析显示与警报系统
90 雷射 901 光纤
91A,91B 光路分光器 92 光接收器
93 数据撷取器 94 计算机
具体实施方式
以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
关于本发明以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统的一较佳实施例，请参考图1所示，其中包括一光源系统10、一光路转置器20、多个防区的光路系统30、一多波长分波多工接收系统40以及一数据分析显示与报警系统50，该光源系统10可提供多个波长的光源，该光路系统30具有至少一光纤回路，在本较佳实施例中该光纤回路的一光缆芯数(即光纤的数量)不超过4个，该光路转置器20连接在该光源系统10、该光路系统30之间，该多波长分波多工接收系统40分别与该光路转置器20、该数据分析显示与报警系统50连接；其中，当多个波长的光源分别通过所述多个防区的光路系统30，将一个以上的干涉讯号通过该光路系统30的光纤回路传回该光路转置器20，且通过该多波长分波多工接收系统40根据该干涉讯号产生一输出讯号，在本较佳实施例中该输出讯号可为一电讯号，并由过该多波长分波多工接收系统40将该电讯号传送给该数据分析显示与报警系统50，通过该数据分析显示与报警系统50分析判断多防区内是否有入侵事件发生；在本较佳实施例中，该数据分析显示与报警系统50具有可以同时撷取多频道的类比讯号(Analog signal)并转换为数字位(Digital)信息的数据撷取(Data acquistion)器件。
在本较佳实施例中，该光路转置器20可由一光路分光器或一光循环器(Opticalcirculator)所构成；此光路转置器20亦是将该光源系统10的光导引至多个防区的光路系统30。
在本较佳实施例中，所述多个防区的光路系统30可由一麦克森干涉仪或一桑克干涉仪所构成，也可以是仅其中一部分由一麦克森干涉仪所构成，另一部分由一桑克干涉仪所构成，本较佳实施例仅是举例而非加以限制。为要说明该光路系统30的一运作原理，请参阅图2所示，其中该光路系统30进一步包括一分波多工滤波器31、一光路分光器32、一反射器33、一条至少含有三条光纤的光缆；其中，当前述多个波长的光源(如雷射光)自上一防区(左边)射向该分波多工滤波器31，其中一个波长的雷射光被导向该光路分光器32，且一分而分别进入两条光纤中，并分别射向该反射器33，然后再通过该反射器33反射后各自返回该光路分光器32，将两条光纤的光合而为一，射回该分波多工滤波器31，然后射回上一防区(左边)，如此便可将前述麦克森干涉仪的干涉讯号射回上一防区，最终返回至该光路转置器20。
如上述的干涉讯号从该光路系统30射回该光路转置器20时，该光路转置器20便将干涉讯号导引至该多波长分波多工接收系统40。需强调的是，如图1、2所示，若属于第一个防区光路系统则其左边无上一防区；若属于最后防区者，即第N个防区光路系统，则无右边的下一防区。在本较佳实施例中，该分波多工滤波器31可将自该光源系统10的多个波长的雷射光各自取一个波长的雷射光导引至各个麦克森干涉仪，并将这些从各个麦克森干涉仪返回的干涉讯号导引射回该光路转置器20，并由该光路转置器20将所有的干涉讯号导引至多波长分波多工接收系统40。
在本较佳实施例中，N个防区的光路系统30的波长多工滤波器31的一带通波长(passband wavelength)，可与多波长分波多工接收系统40本身已内建的波长多工滤波器的一带通波长各别相对应，即该N个防区的光路系统30的N个带通波长各自是与该多波长分波多工接收系统40的N个带通波长是相同的。在本较佳实施例中，该光路系统30中的分波多工滤波器31可以与多波长多工接收系统40中的分波多工滤波器是各自相同的。如此一来，各个防区中的干涉讯号彼此不会受到干扰，使得任何一个防区的麦克森干涉仪的光纤受入侵振动时所产生的干涉讯号，以并联方式传输至前述的数据分析显示与报警系统50中，经过分析与判断，若分析判断为人为入侵引生振动所产生的干涉讯号，则该数据分析显示与报警系统50发出示警，同时透过一显示接口(图中未示)，例如一计算机屏幕，标示被入侵的防区。
关于本发明又一较佳实施例，请参阅图3所示，本较佳实施例的主要技术内容与前一实施例大致相同，只有该反射器33有所不同，本较佳实施例中的反射器33可由另一光路分光器32A构成，因此前述的麦克森光纤干涉仪的两条光纤干涉臂的末端也可以共享一2×2光路分光器，该2×2光路分光器的输出端的两条光纤连接而形成尾端回路，其输入端的两条光纤则分别与干涉仪的两条光纤干涉臂连接。另外，如图4所示，该光路系统30可使用2×2或1×2的光路分光器32，将防区分成一第一部分与一第二部分，其第一部分与第二部分的两条感测光纤在同一条光缆中，则该两部分的光缆在任何一个位置遭受振动时，皆能引起两处感测光纤振动，且至少有一处的振动位置不是处在非灵敏区或弱灵敏区，所以此为一桑克光纤干涉仪，能在任何处的光缆受振动皆能产生灵敏的感测讯号，该光路分光器32的两条输出端光纤是各别连接两条感测光纤。前述各较佳实施例中的光路系统30所建置而成的多防区光纤周界入侵检测系统，皆是使用光缆中的三条光纤，其中两条光纤作为一感测光纤，另一条光纤作为一传导光纤。
为要进一步说明上述各较佳实施例中的多波长分波多工接收系统40，敘述如后。如图5所示，该多波长分波多工接收系统40包括多数的分波多工滤波器(WavelengthDivision Multiplexing filter,WDM filter)42和多数的光接收器(Photodiodes,PD)41组接而成，该多波长分波多工接收系统40通过该等光接收器41连接该数据分析显示与报警系统50。又如图6所示，前述的反射器33的结构亦可为使用两只2×2光路分光器(a)，每一只2×2光路分光器输出端的两条光纤连接而形成尾端回路，其输入端两条光纤可取任一条来使用而与麦克森干涉仪两臂光纤之一连接，光源由输入端的任一条光纤输入则有绝大部分的光由光纤反射回去，而麦克森干涉仪另一臂光纤则与另一只2×2光路分光器做同样连接。如此，麦克森干涉仪两臂光纤各自与一只2×2光路分光器做连接；前述的光路分光器32A可为一1×2光路分光器(b)，其输出端的两条光纤亦同样连接而形成尾端回路，其输入端仅有一条光纤，光源由该输入端光纤输入，则有绝大部分的光由光纤反射回去。另如图7所示，前述该光源系统10为提供多个波长的雷射光输出于一条光纤的系统，且每个波长皆对应每个防区在光路系统中的分波多工滤波器的带通波长，该光源系统10的多个波长的雷射光，可以由多个不同波长的二极体雷射(Laser diode)11的输出光构成，并透过一波长分波多工器(wavelength division multiplexer)12结合于一条光纤，也可以是由多个不同波长的一掺铒光纤雷射构成。
关于前一较佳实施例中该光源系统10的多个波长的光纤雷射架构，请参阅图8所示，其中提供一2×N光路分光器122，其输入端供2条光纤连接，且其中之一的光纤可作为连接共振回路所用，另一光纤作为输入一帮浦雷射(Pump laser)11A，该2×N光路分光器122与多数的掺铒光纤(EDF；Erblum doped fiber)123连接以形成多数的增益放大器。多数的掺铒光纤123分别与一分波多工滤波器(WDM filter)的通带(pass band)光纤连接，以形成一具有增益放大器的一共振腔。
关于将本发明光纤周界入侵检测系统应用于N+M个防区的应用方式，请参阅图9所示，前述各较佳实施例中的光源系统10、光路转置器20、多个防区光路系统30和多波长分波多工接收系统40可以形成一个具有N+M个防区光路系统的光纤周界入侵检测系统，其中包括一N个防区光路系统30以及另一M个防区光路系统30A，合而为N+M个防区光路系统的光纤周界入侵检测系统；而共享一个具有同时接收N+M个模拟讯号并转为数字信息的数据撷取器件的数据分析显示与报警系统50，值得一提的是，在该N+M个防区光路系统中所使用的光纤芯数在前段为4个，在后段则为3个，举N＝M＝8的例子来说，总防区数目为16，则每一个防区使用的光缆光纤芯数不超过4；若N＝M＝16，总防区数目为32，则每一个防区使用的光缆光纤芯数亦不超过4。当然，也可以使用多个上述系统合而为一个可具有更多防区光路系统的光纤周界入侵检测系统，而且上述系统也可以用在不同线路方向的区域的周界入侵检测上。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光纤周界入侵检测系统包括：
一光源系统，提供多个波长的光源；
多防区的光路系统，个别具有至少一光纤回路，该光纤回路的一光缆芯数不超过4个；
一光路转置器，连接在该光源系统、该光路系统之间；
一多波长分波多工接收系统，与该光路转置器连接；
一数据分析显示与报警系统，与该多波长分波多工接收系统连接；
其中，当所述的光源通过所述光路系统，将一个以上的干涉讯号通过该光纤回路传回该光路转置器，通过该多波长分波多工接收系统根据该干涉讯号产生一输出讯号，并传送给该数据分析显示与报警系统，通过该数据分析显示与报警系统分析判断多防区内是否有入侵事件发生；
其中，该光路系统进一步是个别包括一分波多工滤波器、一光路分光器、至少一反射器、一条至少含有三条光纤的光缆，当光源自上一防区或该光路转置器射向该分波多工滤波器，该分波多工滤波器将其中一个波长的光导向该光路分光器，其他波长的光通过一条光纤导向至下一防区的分波多工滤波器；该光路分光器将光一分为二导入两条光纤，再通过该反射器反射回该光路分光器，将两条光纤的光合而为一，通过该分波多工滤波器射回上一防区或传回该光路转置器；
其中，该光路系统的光缆至少含有三条光纤，其中两条光纤作为一感测光纤，另一条光纤作为一传导光纤。
2.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光路转置器由一光路分光器或一光循环器构成。
3.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光路系统个别由一麦克森干涉仪或一桑克干涉仪构成。
4.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该反射器由另一光路分光器构成。
5.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光路系统使用2×2或1×2的光路分光器，将各个防区分成一第一部分与一第二部分，其该第一部分与该第二部分的光纤个别在同一条光缆中。
6.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该多波长分波多工接收系统包括多数的分波多工滤波器和多数的光接收器组接而成。
7.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光源系统的多个波长的光源，分别由多个不同波长的二极体雷射构成，并透过一波长分波多工器结合于一条光纤。
8.根据权利要求1所述的以极少芯数光缆构成的光纤周界入侵检测系统，其特征在于，该光源系统的多个波长的光源，由多个不同波长的一掺铒光纤雷射构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176, room 36, building 1, No. 311-313 North st, Sheng Bei street, Daxing District economic and Technological Development Zone, Beijing Applicant after: Beijing Aerospace Hanke Yunduan Technology Development Co., Ltd. Address before: 100176, room 36, building 1, No. 311-313 North st, Sheng Bei street, Daxing District economic and Technological Development Zone, Beijing Applicant before: Beijing Hunk Tech Development Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |