CN109302229A - 一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，包括宽光谱光源、光纤干涉模块、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、传感光缆、反射镜、光电探测器、数据采集卡和信号处理终端，宽光谱光源与光纤干涉模块连接，光纤干涉模块分别与第一波分复用器、第二波分复用器和第三波分复用器连接，第一波分复用器分别与若干条传感光缆连接、且每条传感光缆的末端设有反射镜，第二波分复用器和第三波分复用器分别与光电探测器连接，光电探测器经由数据采集卡连接至信号处理终端；本发明创造仅使用一个宽光谱光源和一个光纤干涉模块，同时对多条光缆进行安全预警，通过光缆感知外界针对光缆的入侵行为，准确识别定位威胁光缆信息安全的位置，智能报警，无需占用过多的资源、成本更低。

Description

一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统

技术领域

本发明创造涉及安全监控技术领域，特别是涉及一种基于波分复用的多路 光缆安全预警系统。

背景技术

光纤通讯是全球信息传输主要途径，从包括八纵八横等骨干网在内的干线 通信体系，到各种数量庞大的局域网、智能办公网络、光纤入户(FTTP)等短 距有线通讯领域，光纤通信近年来发展速度、规模和应用领域令人瞩目。目前 在通讯领域，光缆承担了主要的信息传输任务，一旦在光缆环节存在隐患，将 直接威胁网络安全，导致严重信息安全问题，事实上，近年来，通讯线缆的安 全已成为各级电信和广电运营部门，乃至国家安全和国防安全建设单位必须面 对的紧迫问题。而在现代光纤通信中，尽管已使用各种加密和监控措施，但是 仍有窃取信息和入侵事件的发生，更不能避免线路被破坏，因此监控光纤线路 周边动态行为和线路完整性、预测故障发生，是保障光通信系统可靠性迫切需 要解决的问题，但与我国规模巨大的光纤通讯建设相比，目前具有预警和防范 功能的光纤通信安全技术发展严重滞后。中国发明专利说明书CN102496231A 公开一种长距离干线安全光纤波分复用式预警系统，其由光路和采集光路信号 的信号处理模块组成，所述的光路包括两个等光程干涉仪和一个迈克尔逊干涉 仪，上述三个干涉仪采用三个不同的波长通过波分复用器集中传输到一根光纤 中形成感应光纤；通过三个光源发射三个不同波长的激光作为光信号，上述三 个干涉仪感受振动信号，经过波分复用器将振动信号分成三路，三路信号分别 传输至光电二极管，信号处理模块将光电二极管采集的振动信号进行处理，确 定异常扰动位置，发出报警信号，但其线路复杂，需要占用较多的资源，成本 价格高。

发明内容

为解决上述问题，本发明创造提供一种基于波分复用的多路光缆安全预警 系统，其仅使用一个连续光激光光源和一个干涉模块，同时对多条光缆进行安 全预警，通过光缆感知外界针对光缆的入侵行为，准确识别定位威胁光缆信息 安全的位置，发出报警。

为解决上述目的，本发明创造采用的如下技术方案。

一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，包括宽光谱光源、光纤干涉 模块、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、传感光缆、反射 镜、光电探测器、数据采集卡和信号处理终端，宽光谱光源与光纤干涉模块连 接，光纤干涉模块分别与第一波分复用器、第二波分复用器和第三波分复用器 连接，第一波分复用器分别与若干条传感光缆连接、且每条传感光缆的末端设 有反射镜，第二波分复用器和第三波分复用器分别与光电探测器连接，光电探 测器经由数据采集卡连接至信号处理终端；宽光谱光源发出稳定的宽光谱激光 至光纤干涉模块，该宽光谱激光在光纤干涉模块内分光、并经由第一波分复用器分别进入每条传感光缆，传感光缆感应外界入侵信号；反射镜反射回的反馈 光依次经过传感光缆和第一波分复用器后，在光纤干涉模块内干涉形成干涉光 信号，并将该干涉光信号输出至第二波分复用器和第三波分复用器，第二波分 复用器和第三波分复用器按照相应的波长将该干涉光信号分成多路干涉光信 号；多路干涉光信号分别被光电探测器接收，并通过数据采集卡传送至信号处 理终端，信号处理终端对多路干涉光信号进行分析计算，以获得各传感光缆上 入侵振动信号的位置信息。

较佳地，光纤干涉模块包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和延迟光纤， 第一光纤耦合器一路与第二光纤耦合器直接连接、且第一光纤耦合器另一路通 过延迟光纤与第二光纤耦合器连接，以形成顺时针方向的相干光和逆时针方向 的相干光。

较佳地，宽光谱光源、第二波分复用器和第三波分复用器分别与第一光纤 耦合器连接，第二光纤耦合器与第一波分复用器连接，宽光谱光源发出稳定的 宽光谱激光至第一光纤耦合器，第一光纤耦合器经过分光后，其中一路分光进 入第二光纤耦合器，第一波分复用器将由第二光纤耦合器输入的光分成多路、 并多路光分别进入每条传感光缆，反射镜反射回的反馈光依次经过传感光缆和 第一波分复用器后进入第二光纤耦合器，并直接进入第一光纤耦合器形成顺时 针方向的相干光；其中另一路分光进入第二光纤耦合器，第一波分复用器将该 路分光分成多路、并多路光分别进入每条传感光缆，反射镜反射回的反馈光依 次经过传感光缆和第一波分复用器后进入第二光纤耦合器，并通过延迟光纤进 入第一光纤耦合器形成逆时针方向的相干光；两束相干光在第一光纤耦合器进 行干涉形成干涉光信号、并分别输出至第二波分复用器和第三波分复用器。

较佳地，第一光纤耦合器为3X3光纤耦合器，第二光纤耦合器为2X2光纤 耦合器。

本发明创造的有益效果如下：

本发明创造的基于波分复用的多路光缆安全预警系统仅使用一个宽光谱光 源和一个光纤干涉模块，同时对多条光缆进行安全预警，通过光缆感知外界针 对光缆的入侵行为，对异常扰动进行定位，全分布式应用，准确识别定位威胁 光缆信息安全的位置，智能报警，无需占用过多的资源、成本更低。

附图说明

图1为本发明创造的基于波分复用的多路光缆安全预警系统的结构框图；

图2为本发明创造的基于反馈式的多路光缆安全预警系统的光路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明创造作进一步的说明。

参考图1至图2，一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，包括宽光谱 光源1、光纤干涉模块、第一波分复用器10、第二波分复用器13、第三波分复 用器18、传感光缆11、反射镜12、光电探测器14、数据采集卡和信号处理终 端15，宽光谱光源1与光纤干涉模块连接，光纤干涉模块分别与第一波分复用 器10、第二波分复用器13和第三波分复用器18连接，第一波分复用器10分别 与若干条传感光缆11连接、且每条传感光缆11的末端设有反射镜12，第二波 分复用器13和第三波分复用器18分别与光电探测器14连接，光电探测器14经由数据采集卡连接至信号处理终端15；宽光谱光源1发出稳定的宽光谱激光 至光纤干涉模块，该宽光谱激光在光纤干涉模块内分光、并经由第一波分复用 器10分别进入每条传感光缆11，传感光缆11感应外界入侵信号；反射镜12反 射回的反馈光依次经过传感光缆11和第一波分复用器10后，在光纤干涉模块 内干涉形成干涉光信号，并将该干涉光信号分别输出至第二波分复用器13和第 三波分复用器18，第二波分复用器13和第三波分复用器18按照相应的波长将 该干涉光信号分成多路干涉光信号；多路干涉光信号分别被光电探测器14接收， 并通过数据采集卡传送至信号处理终端15，信号处理终端15对多路干涉光信号进行分析计算，以获得各传感光缆11上入侵振动信号的位置信息，本发明创造 仅使用一个宽光谱光源1和一个光纤干涉模块，同时对多条光缆进行安全预警， 通过光缆感知外界针对光缆的入侵行为，对异常扰动进行定位，全分布式应用， 准确识别定位威胁光缆信息安全的位置，智能报警，无需占用过多的资源、成 本更低。

在优选的实施例中，光纤干涉模块包括第一光纤耦合器2、第二光纤耦合器 8和延迟光纤5，第一光纤耦合器2一路与第二光纤耦合器8直接连接、且第一 光纤耦合器2另一路通过延迟光纤5与第二光纤耦合器8连接，以形成顺时针 方向的相干光和逆时针方向的相干光，宽光谱光源1、第二波分复用器13和第 三波分复用器18分别与第一光纤耦合器2连接，第二光纤耦合器8与第一波分 复用器10连接，宽光谱光源1发出稳定的宽光谱激光至第一光纤耦合器2，第 一光纤耦合器2经过分光后，其中一路分光进入第二光纤耦合器8，第一波分复 用器10将由第二光纤耦合器8输入的光分成多路、并多路光分别进入每条传感 光缆11，反射镜12反射回的反馈光依次经过传感光缆11和第一波分复用器10 后进入第二光纤耦合器8，并直接进入第一光纤耦合器2形成顺时针方向的相干 光；其中另一路分光进入第二光纤耦合器8，第一波分复用器10将该路分光分 成多路、并多路光分别进入每条传感光缆11，反射镜12反射回的反馈光依次经 过传感光缆11和第一波分复用器10后进入第二光纤耦合器8，并通过延迟光纤5进入第一光纤耦合器2形成逆时针方向的相干光；两束相干光在第一光纤耦合 器2进行干涉形成干涉光信号、并分别输出至第二波分复用器13和第三波分复 用器18，第一光纤耦合器2为3X3光纤耦合器，第二光纤耦合器8为2X2光纤 耦合器，本实施例的宽光谱光源1采用SO3-B型超辐射发光管型宽光谱稳定光 源，工作中心波长为1550nm，光纤耦合器采用单模光纤耦合器，光电探测器14 采用InGaAs光电探测器，本实施例中所用的传感光纤为G652型单模光纤，宽 光谱光源1与光纤耦合器、光纤耦合器与光电探测器14的连接方式是FC/PC跳 线连接，数据采集卡为9234型采集卡。

采用上述反馈式结构的多路光缆安全预警系统的光路工作原理如下：

宽光谱光源1由3X3光纤耦合器2的第一端口16进入3X3光纤耦合器2， 经过分光，3X3光纤耦合器2的第三端口3的分光经过延迟光纤5进入2X2光 纤耦合器8，3X3光纤耦合器2的第四端口4的分光经过2X2光纤耦合器8的 第二端口7直接进入2X2光纤耦合器8；光从2X2光纤耦合器8的第三端口9 出来后通过第一波分复用器10分成多路，分别进入传感光缆11，感应外界信号， 之后经过反射镜12，从反射镜反射回的反馈光依次经传感光缆11，第一波分复 用器10，然后通过2X2光纤耦合器8的第三端口9进入2X2光纤耦合器8，之 后通过2X2光纤耦合器8的第二端口7和3X3光纤耦合器2的第四端口4进入 3X3光纤耦合器2，形成顺时针方向的相干光；另一路相干经过3X3光纤耦合 器2后，从3X3光纤耦合器2的第四端口4和2X2光纤耦合器8的第二端口7 进入2X2光纤耦合器8，再由2X2光纤耦合器8的第三端口9通过第一波分复 用器10，进入传感光缆11，经反射镜12后再回到2X2光纤耦合器8，然后通过2X2光纤耦合器8的第一端口6、延迟光纤5、3X3光纤耦合器2的第三端口 3进入3X3光纤耦合器2，形成逆时针方向的相干光；两束相干光在3X3光纤 耦合器2中发生干涉，将携带有振动信号引起的相位变化的干涉光信号由3X3 光纤耦合器2第二端口17输出，输出的干涉光信号经过第二波分复用器13和 第三波分复用器18后按照相应的波长分成多路，各路干涉光信号分别被光电探 测器14接收，然后输入到信号处理终端15，对多路干涉光信号进行分析计算， 获得各传感缆上振动信号的位置信息。

本发明创造的光纤干涉模块主要作用在于将宽光谱光源的宽光谱激光进行 分光、延时控制处理以及生成具有一定相位差的两路相干光，所用的光纤干涉 模块结构不限于以上所述光纤干涉模块结构，也可用具有相似功能的其它光纤 干涉模块结构实现。

以上所述实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和 详细，但并不能因此而理解为对本发明创造专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以 做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。因此，本发明创造 专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，其特征在于，包括宽光谱光源、光纤干涉模块、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、传感光缆、反射镜、光电探测器、数据采集卡和信号处理终端，宽光谱光源与光纤干涉模块连接，光纤干涉模块分别与第一波分复用器、第二波分复用器和第三波分复用器连接，第一波分复用器分别与若干条传感光缆连接、且每条传感光缆的末端设有反射镜，第二波分复用器和第三波分复用器分别与光电探测器连接，光电探测器经由数据采集卡连接至信号处理终端；宽光谱光源发出稳定的宽光谱激光至光纤干涉模块，该宽光谱激光在光纤干涉模块内分光、并经由第一波分复用器分别进入每条传感光缆，传感光缆感应外界入侵信号；反射镜反射回的反馈光依次经过传感光缆和第一波分复用器后，在光纤干涉模块内干涉形成干涉光信号，并将该干涉光信号输出至第二波分复用器和第三波分复用器，第二波分复用器和第三波分复用器按照相应的波长将该干涉光信号分成多路干涉光信号；多路干涉光信号分别被光电探测器接收，并通过数据采集卡传送至信号处理终端，信号处理终端对多路干涉光信号进行分析计算，以获得各传感光缆上入侵振动信号的位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，其特征在于，光纤干涉模块包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和延迟光纤，第一光纤耦合器一路与第二光纤耦合器直接连接、且第一光纤耦合器另一路通过延迟光纤与第二光纤耦合器连接，以形成顺时针方向的相干光和逆时针方向的相干光。

3.根据权利要求2所述的一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，其特征在于，宽光谱光源、第二波分复用器和第三波分复用器分别与第一光纤耦合器连接，第二光纤耦合器与第一波分复用器连接，宽光谱光源发出稳定的宽光谱激光至第一光纤耦合器，第一光纤耦合器经过分光后，其中一路分光进入第二光纤耦合器，第一波分复用器将由第二光纤耦合器输入的光分成多路、并多路光分别进入每条传感光缆，反射镜反射回的反馈光依次经过传感光缆和第一波分复用器后进入第二光纤耦合器，并直接进入第一光纤耦合器形成顺时针方向的相干光；其中另一路分光进入第二光纤耦合器，第一波分复用器将该路分光分成多路、并多路光分别进入每条传感光缆，反射镜反射回的反馈光依次经过传感光缆和第一波分复用器后进入第二光纤耦合器，并通过延迟光纤进入第一光纤耦合器形成逆时针方向的相干光；两束相干光在第一光纤耦合器进行干涉形成干涉光信号、并分别输出至第二波分复用器和第三波分复用器。

4.根据权利要求2所述的一种基于波分复用的多路光缆安全预警系统，其特征在于，第一光纤耦合器为3X3光纤耦合器，第二光纤耦合器为2X2光纤耦合器。