CN207425051U - 一种预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预警系统，包括：激光器、干涉装置、光电探测器、控制装置及数据处理装置；干涉装置包括第一耦合器、光纤延时纤、第二耦合器、反射镜及传感光缆；激光器用于产生激光，激光经过所述第一耦合器后分成两路光束，两路光束在第一耦合器内发生干涉；光电探测器用于接收干涉后的光束，并将光信号转换为电信号，控制装置用于采集电信号并进行预处理，数据处理装置用于接收经过预处理的电信号并分析以确定预警类型。本实用新型提供的预警系统，两路光束以不同的传输方向在第一耦合器内发生干涉，保证了光程的一致性，避免引入光程误差，保证预警的准确率。

Description

一种预警系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感及信号处理领域，尤其涉及一种预警系统。

背景技术

自20世纪70年代以来，光纤通讯技术从实验室走向产业，迅速壮大、日渐成熟，发展成当今信息时代的最为重要的一环。与之相伴而生的光纤产业链的另一重要分支是光纤传感技术产业，与传统的传感技术相比，光纤传感无需任何中间介质就能把待测的量与光纤中的光特性联系起来，且拥有其自身的物理特性优势，即光纤质轻、径细、抗电磁干扰能力强、耐辐射、信号衰减小、集信息传感与传输一体等。

随着社会发展经济水平不断提高，人民对于自身生命和财产安全的要求越来越高，于是基于光纤传感的周界入侵预警系统便应运而生了。以往的光纤周界预警系统在光路设计上基本是基于Michelson干涉仪或者Mach-Zehnder干涉仪，由于工程上不可避免的光程误差，会影响干涉仪的干涉效果。且以往的光纤周界预警系统一般是传统的相位解调分析或者支持向量机的分类方式，准确率不够高。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种预警系统，以解决现有预警系统在光路设计上易引起光程误差的问题。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种预警系统，包括：包括：激光器、干涉装置、光电探测器、控制装置及数据处理装置；所述干涉装置包括第一耦合器、光纤延时纤、第二耦合器、反射镜及传感光缆；所述第一耦合器的一个端口与所述第二耦合器的一个端口通过所述光纤延时纤连接，所述第一耦合器的另一个端口与所述第二耦合器的另一个端口通过所述传感光缆连接；

所述激光器用于产生激光，所述激光经过所述第一耦合器后分成两路光束，其中一路光束依次经过所述光纤延时纤、所述第二耦合器后经所述反射镜反射后依次经过第二耦合器、传感光缆后返回所述第一耦合器，另一路光束依次经过所述传感光缆、所述第二耦合器后经所述反射镜反射后依次经过所述第二耦合器、所述光纤延时纤后返回所述第一耦合器，两路光束在所述第一耦合器内发生干涉；

所述光电探测器与所述控制装置电连接，所述光电探测器用于接收干涉后的光束，并将光信号转换为电信号发送到所述控制装置，所述控制装置用于采集所述电信号并进行预处理，所述数据处理装置用于接收经过预处理的电信号并分析以确定预警类型。

进一步地，所述控制装置内部配置有采集电路、计算电路及数据传输电路；所述采集电路被配置为采集第一预设时间内的最大电压值和最小电压值；所述计算电路被配置为计算所述最大电压值和所述最小电压值的差值，并在第二预设时间内对所述差值进行积分以得到所述第二预设时间内的能量值；所述数据传输电路被配置为将所述能量值传输到所述数据处理装置。

进一步地，所述数据处理装置被配置为将接收到的所述数据传输电路传输的数据转换为频谱，并将所述频谱导入经过训练的模型以判断预警类型。

进一步地，所述第一耦合器为2*2耦合器，所述第二耦合器为2*2耦合器。

进一步地，所述控制装置是以ARM为控制芯片的电路板。

进一步地，所述激光器为FP激光器。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)两路光束以不同的方向分别经过光纤延时纤和传感光缆，在第一耦合器内发生干涉，形成非平衡的Mach-Zehnder干涉，保证了光程的一致性，避免引入光程误差。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的预警系统示意图。

图中：1、激光器；2、干涉装置；21、第一耦合器；22、光纤延时纤；23、第二耦合器；24、反射镜；25、传感光缆；3、光电探测器；4、控制装置；41、采集电路；42、计算电路；43、数据传输电路；5、数据处理装置；6、振动光缆。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本实用新型实施例提供的预警系统，包括：激光器1、干涉装置2、光电探测器3、控制装置4及数据处理装置5；干涉装置2包括第一耦合器21、光纤延时纤22、第二耦合器23、反射镜24及传感光缆25；第一耦合器21的一个端口与第二耦合器23的一个端口通过光纤延时纤22连接，第一耦合器21的另一个端口与第二耦合器23的另一个端口通过传感光缆25连接；激光器1用于产生激光，激光经过第一耦合器21后分成两路光束，其中一路光束依次经过光纤延时纤22、第二耦合器23后经反射镜24反射后依次经过第二耦合器23、传感光缆25后返回第一耦合器21，另一路光束依次经过传感光缆25、第二耦合器23后经反射镜24反射后依次经过第二耦合器23、光纤延时纤22后返回第一耦合器21，两路光束在第一耦合器21内发生干涉；光电探测器3与控制装置4电连接，光电探测器3用于接收干涉后的光束，并将光信号转换为电信号发送到控制装置4，控制装置4用于采集电信号并进行预处理，数据处理装置5用于接收经过预处理的电信号并分析以确定预警类型。激光器1为FP激光器，带隔离器，以防止光的反射。第一耦合器21为2*2耦合器，第二耦合器23为2*2耦合器，第一耦合器21和第二耦合器23形成Mach-Zehnder干涉仪；激光经过第一耦合器21后分成两路光束，分别经过光纤延时纤22和传感光缆25到达第二耦合器23，光束经过光纤延时纤22和经过传感光缆25的光程差约为一千米，远远大于光源的相干长度，所以两路光束不会在第二耦合器23内发生干涉；而两路光束沿不同方向经过第二耦合器23又返回第一耦合器21的总光程基本一致，两路光束会在第一耦合器21内发生干涉，避免引入光程误差，提高计算的准确率。光电探测器3采集干涉后的光束的强度，将光信号转化为电信号，数据处理装置5分析经过预处理的电信号以判断对应的预警类型；将振动光缆6铺设在防区栅栏上，振动光缆6与干涉装置2连接，栅栏受到外界干扰时会引起振动光缆6的振动，从而引起两路光束干涉光强度的变化，对干涉光强度的变化信息进行处理分析，即可判断出对应的预警类型，例如判断出振动光缆所在的栅栏是否遭到外界翻越、敲击等入侵行为并发出对应的预警信息，减少外界环境因素的干扰，进一步提高预警的准确率。

控制装置4包括采集电路41、计算电路42及数据传输电路43；采集电路41用于采集第一预设时间内的最大电压值和最小电压值；计算电路42用于计算最大电压值和最小电压值的差值，并在第二预设时间内对差值进行积分以得到第二预设时间内的能量值；数据传输电路43用于将能量值传输到数据处理装置5。进一步地，控制装置4还控制激光器1的光源的打开和关闭，控制装置4是以ARM为控制芯片的电路板，控制芯片的型号为SPM32。采集电路41、计算电路42的功能均由控制芯片实现，数据传输电路43的功能通过ENC28J60芯片实现。

其中，干涉光的光强度的推导过程如下，两路光束E1和E2的波形函数分别为：

E1＝E₀exp{i[ωt+S(t)+Φ_s]}

E2＝E₀exp{i[ωt+Φ_R]}

其中，ω是信号光的角频率；S(t)是由于入侵行为引起的光束的相位变化；Φ_S和Φ_R分别为两路光束E1和E2的初始相位。

两光束在第一耦合器内干涉产生的干涉条纹的分布函数为

E(t)＝E₀{exp[iS(t)+Φ_S]+exp[iΦ_R]}exp(iωt)

相应的干涉光的光强度的分布为：

I＝I₀cos[s(t)+Φ_s-Φ_R]，其中，I₀是峰值光强。

将光电探测器3置于干涉场中，接收干涉光，将干涉光的光强信号转化为光电流输出，即：

I_P＝KI₀cos[s(t)+Φ_s-Φ_R]，其中，Ip是电流大小，K是光电转换系数。

将电流信号经过电容隔直后，经过运算放大电路将电流信号转化为电压信号，电流信号转化为电压信号为现有技术，在此不再赘述。

采集电路41采集第一预设时间内的最大电压值和最小电压值，例如，采集信号的频率为5120Hz，即每秒采样5120个点；取第一预设时间为0.2秒，第二预设时间为2秒，在0.2秒内采集最大电压值和最小电压值，逐段取，不重复；计算电路42计算0.2秒内的最大电压值和最小电压值的差值，再将2秒内每个差值积分，得到2秒内的能量值。数据传输电路43将连续的能量值通过TCP/IP网络协议发送到数据处理装置5。

数据处理装置5被配置为将接收到的数据传输电路传输的电压数据转换为频谱，并将频谱导入经过训练的模型以判断预警类型。将电压数据转换为频谱，并导入训练模型判断预警类型为现有技术，在此不再赘述。

本实用新型提供的预警系统在光路设计上，采用耦合器将激光分成两路光束，沿不同方向传输，并返回耦合器发生干涉，避免引入光程误差，提高对外界入侵预警的准确率。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种预警系统，其特征在于，包括：激光器、干涉装置、光电探测器、控制装置及数据处理装置；所述干涉装置包括第一耦合器、光纤延时纤、第二耦合器、反射镜及传感光缆；所述第一耦合器的一个端口与所述第二耦合器的一个端口通过所述光纤延时纤连接，所述第一耦合器的另一个端口与所述第二耦合器的另一个端口通过所述传感光缆连接；

所述激光器用于产生激光，所述激光经过所述第一耦合器后分成两路光束，其中一路光束依次经过所述光纤延时纤、所述第二耦合器后经所述反射镜反射后依次经过第二耦合器、传感光缆后返回所述第一耦合器，另一路光束依次经过所述传感光缆、所述第二耦合器后经所述反射镜反射后依次经过所述第二耦合器、所述光纤延时纤后返回所述第一耦合器，两路光束在所述第一耦合器内发生干涉；

所述光电探测器与所述控制装置电连接，所述光电探测器用于接收干涉后的光束，并将光信号转换为电信号发送到所述控制装置，所述控制装置用于采集所述电信号并进行预处理，所述数据处理装置用于接收经过预处理的电信号并分析以确定预警类型。

2.根据权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述控制装置内部配置有采集电路、计算电路及数据传输电路；所述采集电路被配置为采集第一预设时间内的最大电压值和最小电压值；所述计算电路被配置为计算所述最大电压值和所述最小电压值的差值，并在第二预设时间内对所述差值进行积分以得到所述第二预设时间内的能量值；所述数据传输电路被配置为将所述能量值传输到所述数据处理装置。

3.根据权利要求2所述的预警系统，其特征在于，所述数据处理装置被配置为将接收到的所述数据传输电路传输的数据转换为频谱，并将所述频谱导入经过训练的模型以判断预警类型。

4.根据权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述第一耦合器为2*2耦合器，所述第二耦合器为2*2耦合器。

5.根据权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述控制装置是以ARM为控制芯片的电路板。

6.根据权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述激光器为FP激光器。