CN110136375A - 一种分布式光纤区域警戒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤区域警戒系统，利用分布式光纤传感技术进行区域警戒与入侵识别。该装置利用光谱宽、自相关噪声低的混沌激光光源，提升传感系统的抗干扰能力与信号检测灵敏度，同时采用波分复用技术，通过密集波分复用器与光滤波片，实现了探测光的分离，将直线型萨格奈克干涉技术以及相干探测光时域反射技术进行融合，从而可在单根传感光纤上实现对振动及声音信号的实时还原与准确定位。整个系统隐蔽性强、布设灵活、结构简单且抗电磁干扰，在军事基地等重要场所的安防区域具有巨大的应用潜力。

Description

一种分布式光纤区域警戒系统

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种分布式光纤区域警戒系统。

背景技术

军事基地保密级别高、安全任务重，通常需要采用区域警戒系统以防止外界入侵事件的发生，但传统的警戒技术存在一定的局限性。例如，带刺铁网易被剪断侵入，高压电网易发生误伤且耗电量较大，电子围栏易受电磁干扰等。随着光纤传感技术的不断发展，用于周界安防、入侵识别的光纤振动传感技术逐渐得到重视。由于光纤自身不带电、质量轻、易弯曲，抗电磁、抗辐射等优势，其在易燃易爆、空间受限、野外战场等恶劣环境中具有广阔的应用前景。

外界入侵事件通常伴有振动、声音等特征信号。基于直线型萨格奈克干涉原理的分布式光纤振动检测系统，可通过检测振动、声音信号造成的光相位变化，实现对警戒区域入侵事件的准确还原，具有频率响应高、不存在相位衰落、激光线宽要求低、信号解调简单等优势，但是易受外界干扰、无法定位窄带信号且定位精度较差的缺点限制了其在区域警戒系统中的应用。而基于相干探测光时域反射技术的分布式光纤振动检测系统，由于利用脉冲光相干探测和瑞利后向散射技术，对于长距离大范围的振动信号具有良好的定位效果且空间分辨率高，但因后向散射信号弱、本底噪声大、解调算法复杂等问题，振动信号的实时还原能力较差。

发明内容

本发明一种分布式光纤区域警戒系统，其目的在于克服直线型萨格奈克干涉结构易受外界干扰、无法定位窄带信号且定位精度较差的缺点，以及克服相干探测光时域反射结构振动信号实时还原能力较差的缺陷。本发明利用波分复用技术实现了两类结构中探测光的分离，并利用混沌激光光源光谱宽及相关性好等优点提升了系统抗干扰能力与信号检测灵敏度，从而可借助单根光纤实现对军事基地等区域的安全警戒，对入侵事件所引发的振动及声音信号进行实时还原与准确定位。

本发明提供了一种分布式光纤区域警戒系统，基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构进行光纤区域警戒，包括由混沌激光器、光纤多路耦合器、延迟光纤、第一光纤耦合器、窄线宽激光器、第二光纤耦合器、声光调制器、光纤放大器、单路密集波分复用器、光环行器、第三光纤耦合器、传感光纤、双路密集波分复用器、法拉第旋转镜、光截止器、第一1310nm光滤波片、第二1310nm光滤波片、第一双路光电探测器、1550nm光滤波片、2*2光纤耦合器、第二双路光电探测器、高速数据采集卡及计算机；其中，混沌激光器的输出端连接到光纤多路耦合器的f端口；光纤多路耦合器的a端口连接延迟光纤的输入端；延迟光纤的输出端连接第一光纤耦合器的a端口；光纤多路耦合器的b端口空置；光纤多路耦合器的c端口连接第一光纤耦合器的b端口；第一光纤耦合器的c端口连接第三光纤耦合器的b端口；窄线宽激光器的输出端连接第二光纤耦合器的c端口；第二光纤耦合器的b端口连接声光调制器的输入端；声光调制器的输出端连接光纤放大器的输入端；光纤放大器的输出端连接到单路密集波分复用器的输入端；单路密集波分复用器的输出端连接光环形器的a端口；光环形器的c端口连接到第三光纤耦合器的a端口；所述的第三光纤耦合器的c端口经传感光纤后连接到双路密集波分复用器的a端口；双路密集波分复用器的b端口连接法拉第旋转镜；双路密集波分复用器的c端口连接光截止器；光纤多路耦合器的d、e端口分别经第一1310nm滤波片和第二1310nm滤波片连接到第一双路光电探测器的b、c输入端口；第一双路光电探测器的a输出端口连接到高速数据采集卡的c输入端；光环形器的b端口连接1550nm光滤波片的输入端；1550nm光滤波片的输出端连接2*2光纤耦合器20的a端口； 2*2光纤耦合器的d端口连接第二双路光电探测器的c输入端；第二光纤耦合器的a端口连接2*2光纤耦合器的b端口；2*2光纤耦合器的c端口连接第二双路光电探测器的b输入端；第二双路光电探测器的a输出端连接高速数据采集卡的b输入端；高速数据采集卡的a输出端连接计算机进行入侵振动及声音信号的波形和位置显示。

本发明一种分布式光纤区域警戒系统，其优点与有益效果如下：

一、本发明利用光谱宽、自相关噪声低的混沌激光光源，具有相干长度可调节、相干散射噪声有效抑制的特性，因而与使用传统宽带光源相比，可提升传感系统的抗干扰能力与信号检测灵敏度。

二、本发明利用波分复用技术，通过密集波分复用器与光滤波片，实现了探测光的分离，进而融合利用了直线型萨格奈克干涉技术振动还原能力强，以及相干探测光时域反射技术信号定位能力强的优势，从而可在单根传感光纤上实现对振动及声音信号的实时还原与准确定位。

三、本发明利用分布式光纤传感技术进行区域警戒与入侵识别，整个系统隐蔽性强、布设灵活、结构简单、抗电磁干扰，适用于军事基地等重要安防区域。

附图说明

图1为本发明一种基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构的分布式光纤区域警戒系统的结构示意图。

在图1中：1、混沌激光器 2、光纤多路耦合器 3、延迟光纤 4、第一光纤耦合器 5、窄线宽激光器 6、第二光纤耦合器 7、声光调制器 8、光纤放大器 9、单路密集波分复用器10、光环行器 11、第三光纤耦合器 12、传感光纤 13、双路密集波分复用器 14、法拉第旋转镜 15、光截止器 16、第一1310nm光滤波片 17、第二1310nm光滤波片 18、第一双路光电探测器 19、1550nm光滤波片 20、2*2光纤耦合器 21、第二双路光电探测器 22、高速数据采集卡 23、计算机。

具体实施方式

本发明设计一种分布式光纤区域警戒系统，基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构进行光纤区域警戒，可对军事基地外界入侵事件所引发的振动及声音信号进行实时还原与准确定位，并利用波分复用技术实现探测光的分离，利用混沌激光光源提升系统抗干扰能力。

本发明公开了一种分布式光纤区域警戒系统，基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构进行光纤区域警戒，包括混沌激光器1、光纤多路耦合器2、延迟光纤3、第一光纤耦合器4、窄线宽激光器5、第二光电探测器6、声光调制器7、光纤放大器8、单路密集波分复用器9、光环行器10、第三光纤耦合器11、传感光纤12、双路密集波分复用器13、法拉第旋转镜14、光截止器15、第一1310nm光滤波片16、第二1310nm光滤波片16、第一双路光电探测器18、1550nm光滤波片19、2*2光纤耦合器20、第二双路光电探测器21、高速数据采集卡22、计算机23。图1是本发明一种基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构的分布式光纤区域警戒系统的结构示意图，下面结合图1说明本发明的具体实施方式：

所述的混沌激光器1将中心波长为1310nm的混沌光输出到光纤多路耦合器2的f端口；所述的光纤多路耦合器2将信号分为1:1:1三部分，分别从a、b、c三个端口输出；为了形成两路干涉信号，所述的光纤多路耦合器2的a端口经延迟光纤3后连接第一光纤耦合器4的a端口；所述的光纤多路耦合器2的b端口不接任何器件；所述的光纤多路耦合器2的c端口连接到第一光纤耦合器4的b端口；所述的第一光纤耦合器4的c端口连接到第三光纤耦合器11的b端口；所述的窄线宽激光器5将中心波长为1550nm的连续光输出到第二光纤耦合器6的c端口；所述的第二光纤耦合器6的b端口连接到声光调制器7的输入端；所述的声光调制器7将连续光调制成脉冲光输出到光纤放大器8的输入端；所述的光纤放大器8将脉冲光进行放大并将信号输出到单路密集波分复用器9的输入端；所述的单路密集波分复用器9对光信号进行滤除，只保留波长为1550nm的脉冲光并输出到光环形器10的a输入端；所述的光环行器15将从a端口进入的光由c端口输出到第三光纤耦合器11的a端口；所述的第三光纤耦合器11将由a、b端口输入的1550nm的脉冲光和1310nm的连续光混合，由c端口输入传感光纤12；所述的混合光经传感光纤12后连接到双路密集波分复用器13的a端口；所述的双路密集波分复用器13将混合光分离并滤除，分别在b、c端口输出1310nm的连续光和1550nm的脉冲光，b端口连接法拉第旋转镜14使1310nm连续光返回，c端口连接光截止器15使1550nm脉冲光功率衰减至零；所述的光纤多路耦合器2的d、e端口将干涉光分别通过第一1310nm滤波片16和第二1310nm滤波片17后输出到第一双路光电探测器18的b、c输入端；所述的第一1310nm光滤波片16和第二1310nm滤波片17用来滤除波长为1550nm的后向瑞利散射光信号；所述的第一双路光电探测器18的a输出端将电信号输出到高速数据采集卡22的c输入端；所述的光环形器10将从c端口进入的后向瑞利散射光由b端口输出，经1550nm光滤波片19后进入2*2光纤耦合器的a端口；所述的1550nm光滤波片19用来滤除波长为1310nm的连续光；所述的第二光纤耦合器6的a端口连接到2*2光纤耦合器20的b端口；所述的2*2光纤耦合器20的a、b端口分别连接第二双路光电探测器21的c、b输入端；所述的第二双路光电探测器21的a输出端将电信号输出到高速数据采集卡22的b输入端；所述的高速数据采集卡22将采集到的信号送入计算机23进行入侵振动及声音信号的波形和位置显示。

当入侵事件发生并作用于所述的传感光纤12部分时，携带入侵声音信息的返回光经所述的第三光纤耦合器11处分光，由所述的第三光纤耦合器11的b端口射出光经第一光纤耦合器4和延迟光纤3后到达光纤多路耦合器2；携带声音信号的光在所述的光纤多路耦合器2处发生干涉并通过多路光纤耦合器2的d、e端口经第一1310nm光滤波片16和第二1310nm光滤波片17连接到双路光电探测器18的b、c输入端；所述的第一双路光电探测器18的c、b输入端分别只有波长为1310nm的干涉光进入；所述的第一双路光电探测器18将光信号转换为电信号由a输出端连接至高速数据采集卡22的c输入端；所述的高速数据采集卡22将采集到的信号由a端口送至计算机23进行入侵振动及声音信号的波形显示；由所述的第三光纤耦合器11的a端口射出光经环形器10和1550nm光滤波片19后进入2*2光纤耦合器20的a端口与由第二光纤耦合器6的a端口发出的进入2*2光纤耦合器20到的b端口的光发生干涉；所述的第二双路光电探测器21的b、c输入端口只有波长为1550nm的光信号进入；所述的第二双路光电探测器21将光信号转换为电信号由a输出端将信号送入高速数据采集卡22的b输入端；所述的高速数据采集卡22将采集到的信号由a端口送至计算机23进行入侵振动及声音信号的位置显示。

Claims (1)

1.一种分布式光纤区域警戒系统，基于直线型萨格奈克干涉与相干探测光时域反射混合结构进行光纤区域警戒，其特征在于，包括：混沌激光器（1）、光纤多路耦合器（2）、延迟光纤（3）、第一光纤耦合器（4）、窄线宽激光器（5）、第二光纤耦合器（6）、声光调制器（7）、光纤放大器（8）、单路密集波分复用器（9）、光环行器（10）、第三光纤耦合器（11）、传感光纤（12）、双路密集波分复用器（13）、法拉第旋转镜（14）、光截止器（15）、第一1310nm光滤波片（16）、第二1310nm光滤波片（17）、第一双路光电探测器（18）、1550nm光滤波片（19）、2*2光纤耦合器（20）、第二双路光电探测器（21）、高速数据采集卡（22）和计算机（23）；其中，所述的混沌激光器（1）的信号输出端连接光纤多路耦合器（2）的f端口；所述的光纤多路耦合器（2）的a端口连接延迟光纤（3）的输入端；所述的延迟光纤（3）的输出端连接第一光纤耦合器（4）的a端口；所述的光纤多路耦合器（2）的b端口空置；所述的光纤多路耦合器（2）的c端口连接第一光纤耦合器（4）的b端口；所述的第一光纤耦合器（4）的c端口连接第三光纤耦合器（11）的b端口；所述的窄线宽激光器（5）的输出端连接第二光纤耦合器（6）的a端口；所述的第二光纤耦合器（6）的b端口连接声光调制器（7）的输入端；所述的声光调制器（7）的输出端连接光纤放大器（8）的输入端；所述的光纤放大器（8）的输出端连接到单路密集波分复用器（9）的输入端；所述的单路密集波分复用器（9）的输出端连接光环形器（10）的a端口；所述的光环形器（10）的c端口连接到第三光纤耦合器（11）的a端口；所述的第三光纤耦合器（11）的c端口经传感光纤（12）后连接到双路密集波分复用器（13）的a端口；所述的双路密集波分复用器（13）的b端口连接法拉第旋转镜（14）；所述的双路密集波分复用器（13）的c端口连接光截止器（15）；所述的光纤多路耦合器（2）的d、e端口分别经第一1310nm滤波片（16）和第二1310nm滤波片（17）连接到双路光电探测器（18）的b、c输入端口；所述的双路光电探测器（18）的a输出端口连接到高速数据采集卡（22）的c输入端；所述的光环形器（10）的b端口连接1550nm光滤波片（19）的输入端；所述的1550nm光滤波片（19）的输出端连接2*2光纤耦合器（20）的a输入端；所述的第二光纤耦合器（6）的a端口连接所述的第二双路光电探测器（20）的b输入端；所述的2*2光纤耦合器（20）的d、c输出端连接第二双路光电探测器（21）的c、b输入端；所述的第二双路光电探测器（21）的a输出端连接到高速数据采集卡（22）的b输入端；所述的高速数据采集卡（22）的a输出端连接计算机（23）进行入侵振动及声音信号的波形和位置显示。