CN114495388A - 一种周界安防系统 - Google Patents
一种周界安防系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114495388A CN114495388A CN202111369720.1A CN202111369720A CN114495388A CN 114495388 A CN114495388 A CN 114495388A CN 202111369720 A CN202111369720 A CN 202111369720A CN 114495388 A CN114495388 A CN 114495388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- laser
- assembly
- sampling
- perimeter security
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 76
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 18
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 30
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/02—Mechanical actuation
- G08B13/12—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires
- G08B13/122—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence
- G08B13/124—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence with the breaking or disturbance being optically detected, e.g. optical fibers in the perimeter fence
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及了一种周界安防系统，包括：光纤、激光发射组件和采样解调组件；所述光纤设置在安防目标的周界；所述激光发射组件和所述采样解调组件均与所述光纤连通；所述激光发射组件用于向所述光纤发射激光束；所述采样解调组件用于采样激光束在所述光纤中传输过程中产生的瑞利散射光信号，并对所述瑞利散射光信号进行解调，确定振动产生位置，即外部干扰的位置。本发明基于光纤振动传感技术实现了周界安防，具有监测距离长、灵敏度高、响应时间短、能耗低、成本低、适应复杂地形的特点。
Description
技术领域
本发明涉及周界安防技术领域，特别是涉及一种周界安防系统。
背景技术
传统的周界安防报警系统有主动红外、泄露电缆、静电感应以及摄像机视频监控等，其中主动红外、泄露电缆、静电感应都存在可靠性较低、虚警率高且难以远距离大范围应用等问题，而摄像机视频监控若要进行远距离大范围监测，则会存在成本较高的问题，并且不适用于复杂的地形。因此，需要一种具有监测距离长、灵敏度高、响应时间短、能耗低、成本低、适应复杂地形的周界安防系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种周界安防系统，以提供一种具有监测距离长、灵敏度高、响应时间短、能耗低、成本低、适应复杂地形的周界安防系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种周界安防系统，所述周界安防系统包括：光纤、激光发射组件和采样解调组件；
所述光纤设置在安防目标的周界；
所述激光发射组件和所述采样解调组件均与所述光纤连通；
所述激光发射组件用于向所述光纤发射激光束；
所述采样解调组件用于采样激光束在所述光纤中传输过程中产生的瑞利散射光信号，并对所述瑞利散射光信号进行解调，确定振动产生位置，即外部干扰的位置。
可选的，所述周界安防系统还包括光纤环形器；
所述激光发射组件与所述光纤环形器的第一端口连通，所述光纤与所述光纤环形器的第二端口连通，所述采样解调组件与所述光纤环形器的第三端口连通。
可选的，所述激光发射组件包括超窄线宽激光器和声光调制器；
所述超窄线宽激光器与所述声光调制器连通，所述声光调制器与所述光纤连通；
所述超窄线宽激光器用于发射激光束；
所述声光调制器用于调制所述激光束的强度。
可选的，所述采样解调组件包括依次连接的光电二级管、运放电路和A/D转换电路；
所述光电二极管还与所述光纤连通。
可选的，所述周界安防系统还包括：控制模块；
所述控制模块分别与所述激光发射组件和所述采样解调组件连接；
所述控制模块用于控制所述激光发射组件发射激光束；
所述控制模块还用于根据数字信号确定振动产生位置；所述数字信号为采样解调组件对所述瑞利散射光信号进行解调获得的。
可选的，所述控制模块包括：
峰值信号检测单元，用于确定所述数字信号中的峰值信号；
振动位置确定单元，用于根据峰值信号产生时间间隔，计算振动产生位置。
可选的，所述周界安防系统还包括人机界面；
所述人机界面与所述控制模块连接。
可选的，所述周界安防系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述激光发射组件和所述采样调制组件连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种周界安防系统，包括：光纤、激光发射组件和采样解调组件；所述光纤设置在安防目标的周界；所述激光发射组件和所述采样解调组件均与所述光纤连通；所述激光发射组件用于向所述光纤发射激光束；所述采样解调组件用于采样激光束在所述光纤中传输过程中产生的瑞利散射光信号，并对所述瑞利散射光信号进行解调，确定振动产生位置，即外部干扰的位置。本发明基于光纤振动传感技术实现了周界安防，具有监测距离长、灵敏度高、响应时间短、能耗低、成本低、适应复杂地形的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种周界安防系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种周界安防系统，以提供一种具有监测距离长、灵敏度高、响应时间短、能耗低、成本低、适应复杂地形的周界安防系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种周界安防系统，所述周界安防系统包括：光纤、激光发射组件和采样解调组件；所述光纤设置在安防目标的周界；所述激光发射组件和所述采样解调组件均与所述光纤连通；所述激光发射组件用于向所述光纤发射激光束；所述采样解调组件用于采样激光束在所述光纤中传输过程中产生的瑞利散射光信号，并对所述瑞利散射光信号进行解调，确定振动产生位置，即外部干扰的位置。
其中，所述周界安防系统还包括光纤环形器；所述激光发射组件与所述光纤环形器的第一端口连通，所述光纤与所述光纤环形器的第二端口连通，所述采样解调组件与所述光纤环形器的第三端口连通。
所述周界安防系统还包括：控制模块；控制模块用于数据处理以及信号控制，具体的，所述控制模块分别与所述激光发射组件和所述采样解调组件连接；所述控制模块用于控制所述激光发射组件发射激光束；所述控制模块还用于根据数字信号确定振动产生位置；所述数字信号为采样解调组件对所述瑞利散射光信号进行解调获得的。所述控制模块为STM32系列单片机。
所述控制模块包括：峰值信号检测单元，用于确定所述数字信号中的峰值信号；振动位置确定单元，用于根据峰值信号产生时间间隔，计算振动产生位置。
所述激光发射组件包括超窄线宽激光器和声光调制器；所述超窄线宽激光器与所述声光调制器连通，所述声光调制器与所述光纤连通；所述超窄线宽激光器用于发射激光束；所述声光调制器用于调制所述激光束的强度。具体的，所述超窄线宽激光器的输入端与控制模块电性连接并由控制模块控制发射激光束，所述超窄线宽激光器的输出端与声光调制器光耦合连接以传输激光束；所述声光调制器与控制模块电性连接并由控制模块控制调节激光束强度，所述声光调制器的输出端与与光纤环行器光耦合连接以传输激光束。
所述采样解调组件包括依次连接的光电二级管、运放电路和A/D转换电路；所述光电二极管还与所述光纤连通。
所述光电二极管输入端与光纤环行器光耦合连接以采样光信号并转化为电信号；所述光电二极管输出端与运放电路电性连接以传输电信号；运放电路，所述运放电路输入端与光电二极管电性连接以接收电信号并调理放大电信号，所述运放电路输出端与A/D转换电路电性连接以传输电信号；所述A/D转换电路的输入端与运放电路电性连接并将采样的模拟信号转化为数字信号，所述A/D转换电路的输出端与控制模块通信连接以传输数字信号。
此时，所述光纤环行器的第一端口与声光调制器光耦合连接以接收激光束，所述光纤环行器第二端口与光缆接口光耦合连接以传输激光束，所述光纤环行器的第三端口与光电二极管光耦合连接以反馈光信号。
所述周界安防系统还包括人机界面；所述人机界面与所述控制模块通信连接以实现人机信息交互。所述人机界面为个人计算机。
还包括电源模块，电源模块包括电源接口，所述电源接口输入端与外部电源电性连接，所述电源接口输出端与控制模块、超窄线宽激光器、声光调制器、光电二极管、运放电路、A/D转换电路、人机界面电性连接进行供电。
实施例2
本发明的的实施例1的具体实现方式为：
如图1所示，本发明公开了一种周界安防系统，包括：控制模块、超窄线宽激光器、声光调制器、光纤环行器、光电二极管、运放电路、A/D转换电路、人机界面、电源接口、光缆接口。其中，除人机界面以外的其他部件可集成安装在一个硬质金属壳体内，该硬质金属壳体留有通信接口、电源接口、光缆接口。
控制模块可选用现有的单片机，如STM32系列单片机，其具有数据实时采集、存储、控制模块，可用于数据的采集与存储、信号的输入与输出、相关指令的操作以及与人机界面的通信。
所述超窄线宽激光器发射的激光束作为一种光信号，发射到光纤中起到传感作用，用于被测目标的实时监测。超窄线宽激光器可选用BOOSTIK系列。
所述声光调制器输入端与与超窄线宽激光器光耦合连接；所述声光调制器与控制模块电性连接，通过此方案，对系统发出的光信号强度进行调整，以适应近距离和远距离的光纤振动传感，达到大范围实时监测的目的。声光调制器可选用光纤耦合声光调制器(FiberQ)。
利用光纤环行器单向传递光信号原理，在理想情况下，第一端口输入的光信号只能第二从端口输出，第二端口输入的光信号只能从第三端口输出。因此，对所述光纤环行器第一端口与声光调制器光耦合连接以接收光信号，对所述光纤环行器第二端口与光缆接口光耦合连接以传输光信号，所述光纤环行器第三端口与光电二极管光耦合连接以反馈光信号。光纤环行器可选用Qualwave的表贴环行器。
根据光纤的瑞利散射效应，该效应是指光在光纤中传输过程中不断的在光纤沿线产生背向的瑞利散射光，从接收端接收这种微弱的背向散射信号，通过数据处理形成OTDR迹线，这种迹线能够解调出光纤沿线的特征信息，从而实现对光纤上的缺陷点定位，达到实时监测的目的。而所述光电二极管输入端与光纤环行器光耦合连接，以此采集瑞利散射光信号，并将其转化为电信号，方便进一步进行信号解析。光电二极管可选用SM05光电二极管系列中的SM05PD5A。
所述运放电路输入端与光电二极管电性连接，以接收微弱的电信号，并将其调理放大，以便后续系统能更好的对信号进行解析。
所述A/D转换电路的输入端与运放电路电性连接，以此采集放大后的电信号，该电信号为模拟信号，故此通过A/D转换电路将其转化为数字信号；所述A/D转换电路的输出端与控制模块通信连接，以此将数字信号传输到控制模块，进行数据处理，拟合曲线并进行解析。其中A/D转换电路中的芯片可选用AD7663ASTZ模数转换器。
所述人机界面与控制模块通信连接，以此实时显示OTDR迹线、光纤状态以及周界安防范围。当遇到外界干扰导致OTDR迹线某点处有强烈的反射信号，通过控制模块解析并将具体位置显示在人机界面上，同时进行报警。
所述光缆接口输入端与光纤环行器光耦合连接以接收光信号，所述光缆接口输出端与光纤光耦合连接以发射光信号。将光纤作为一种传感器埋置在安防目标的周围，以达到监测的目的。
在本发明中，通过OTDR定位光纤距离满足以下关系式：
根据光在光纤中的传播速度以及光时域反射原理，设光在往返路径消耗的时间为t。
由于光纤中光的传播速度与折射率有关。
带入纤芯折射率n＝1.45，定位点位置与采样点之间的关系可以表示为。
综上所述，本发明的实施例提供的技术方案可以看出，发明实施例通过采用光纤振动传感技术原理实现周界安防。由于光纤有着本征无源、抗电磁干扰、监测距离长、可靠性高等突出特点，使得该安防系统可实现监测实时有效、预警提前进行和风险预判处置，具有高可靠性、低虚警率的特点。具有如下优点：
第一，采用光纤的周界安防系统具有本征无源、抗电磁干扰、监测距离长、可靠性高、施工方便、寿命长、单位距离成本低等突出特点。
第二，系统可实现监测实时有效、预警提前进行和风险预判处置，具有高可靠性、低虚警率的特点。
第三，系统可实现大范围、远距离、复杂地形等环境的实时监测预警。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种周界安防系统，其特征在于，所述周界安防系统包括：光纤、激光发射组件和采样解调组件；
所述光纤设置在安防目标的周界；
所述激光发射组件和所述采样解调组件均与所述光纤连通；
所述激光发射组件用于向所述光纤发射激光束；
所述采样解调组件用于采样激光束在所述光纤中传输过程中产生的瑞利散射光信号，并对所述瑞利散射光信号进行解调，确定振动产生位置，即外部干扰的位置。
2.根据权利要求1所述的周界安防系统，其特征在于，所述周界安防系统还包括光纤环形器；
所述激光发射组件与所述光纤环形器的第一端口连通，所述光纤与所述光纤环形器的第二端口连通，所述采样解调组件与所述光纤环形器的第三端口连通。
3.根据权利要求1或2所述的周界安防系统，其特征在于，所述激光发射组件包括超窄线宽激光器和声光调制器；
所述超窄线宽激光器与所述声光调制器连通，所述声光调制器与所述光纤连通；
所述超窄线宽激光器用于发射激光束；
所述声光调制器用于调制所述激光束的强度。
4.根据权利要求1或2所述的周界安防系统，其特征在于，所述采样解调组件包括依次连接的光电二级管、运放电路和A/D转换电路；
所述光电二极管还与所述光纤连通。
5.根据权利要求1所述的周界安防系统，其特征在于，所述周界安防系统还包括：控制模块；
所述控制模块分别与所述激光发射组件和所述采样解调组件连接；
所述控制模块用于控制所述激光发射组件发射激光束；
所述控制模块还用于根据数字信号确定振动产生位置；所述数字信号为采样解调组件对所述瑞利散射光信号进行解调获得的。
6.根据权利要求5所述的周界安防系统，其特征在于，所述控制模块包括：
峰值信号检测单元，用于确定所述数字信号中的峰值信号；
振动位置确定单元，用于根据峰值信号产生时间间隔，计算振动产生位置。
7.根据权利要求5所述的周界安防系统，其特征在于，所述周界安防系统还包括人机界面；
所述人机界面与所述控制模块连接。
8.根据权利要求1所述的周界安防系统，其特征在于，所述周界安防系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述激光发射组件和所述采样调制组件连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111369720.1A CN114495388A (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种周界安防系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111369720.1A CN114495388A (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种周界安防系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114495388A true CN114495388A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81492487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111369720.1A Pending CN114495388A (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种周界安防系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114495388A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103616089A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-05 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 一种光纤温度振动传感器及综合监控系统和方法 |
| CN105371943A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-02 | 成都瑞莱杰森科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统的解调方法及装置 |
| CN107167225A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-15 | 中国地质大学（武汉） | 一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法 |
| CN109405956A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统解调方法及装置 |
| CN110281984A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-09-27 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 基于光频域反射技术的高速磁浮列车定位系统和定位方法 |
| WO2019228099A1 (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | 华为技术有限公司 | 一种测量方法及测量装置 |
-
2021
- 2021-11-18 CN CN202111369720.1A patent/CN114495388A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103616089A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-05 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 一种光纤温度振动传感器及综合监控系统和方法 |
| CN105371943A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-02 | 成都瑞莱杰森科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统的解调方法及装置 |
| CN107167225A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-15 | 中国地质大学（武汉） | 一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法 |
| WO2019228099A1 (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | 华为技术有限公司 | 一种测量方法及测量装置 |
| CN109405956A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统解调方法及装置 |
| CN110281984A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-09-27 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 基于光频域反射技术的高速磁浮列车定位系统和定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黎敏: "《光纤传感器及其应用技术 第2版》", 30 November 2012, 武汉大学出版社, pages: 191 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101603856B (zh) | 一种长距离分布式光纤振动传感系统及方法 | |
| CN101603866B (zh) | 分布式光纤应力温度传感装置及其传感方法 | |
| CN113358206B (zh) | 一种分布式光纤振动传感系统及其多点定位方法 | |
| US11035720B2 (en) | Warning device for preventing underground cables against accidental excavation | |
| CN113447110B (zh) | 一种分布式光纤振动传感系统及其相位载波解调方法 | |
| CN102506904A (zh) | 一种基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪 | |
| CN110501062B (zh) | 一种分布式光纤声音传感及定位系统 | |
| CN207894512U (zh) | 基于φ-OTDR的振动传感装置 | |
| CN101188036A (zh) | 光纤周边警戒与激光夜视联动监控系统 | |
| CN101344440A (zh) | 一种自动温度标定型分布式光纤测温传感装置及其使用方法 | |
| CN101650197A (zh) | 一种光频域反射光纤传感系统 | |
| CN204087417U (zh) | 光纤感温火灾探测器系统 | |
| CN207180866U (zh) | 一种基于mz干涉和φ‑otdr的分布式振动定位传感系统 | |
| CN115789531A (zh) | 一种海底管道泄漏监测系统及方法 | |
| CN104596632A (zh) | 一种可增强长距离探测的分布式光纤振动传感器及方法 | |
| CN111489514A (zh) | 一种长距离周界安防定位与监控装置及其方法 | |
| CN114039660A (zh) | 一种短距离光纤传输系统及其信号检测和故障定位方法 | |
| CN114495388A (zh) | 一种周界安防系统 | |
| CN211042266U (zh) | 一种基于fpga的光纤检测系统 | |
| CN201247110Y (zh) | 一种自动温度标定型分布式光纤测温传感装置 | |
| CN113532808B (zh) | 一种基于振动敏感型光纤传感技术的多通道监测方法及系统 | |
| CN209689740U (zh) | 一种分布式光纤测振系统 | |
| CN201297967Y (zh) | 一种环路探测型分布式光纤温度传感装置 | |
| CN203812352U (zh) | 一种长距离光纤周界入侵报警系统 | |
| CN2718542Y (zh) | 分布式光纤温度检测监控装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |