CN216209960U - 基于mz干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及安防设备技术领域，提供一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，包括：主机、第一光学模块、第二光学模块、传感光缆和报警模块；主机包括计算模块、第一激光器、第二激光器、第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器；第一光学模块包括：第一分束器、第二分束器、第三分束器和第五分束器；第二光学模块包括：第四分束器；传感光缆连接第一光学模块和第二光学模块，并固定在周界设施上；计算模块根据第一光电探测器接收到的电信号，计算第一干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵。本实用新型能够准确定位外界物体入侵的位置，并回馈至现场应急人员，提升周界安防系统的执行效率。

Description

基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统

技术领域

本实用新型涉及安防设备技术领域，尤其涉及一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统。

背景技术

现有光纤周界安防系统主要利用光纤振动的方式，激光在光纤链路中产生干涉效应，通过检测干涉条纹的变化情况，检测外界人员或车辆入侵时产生的微小振动信号，从而判断人员或车辆是否存在入侵的情况。

在实际应用中，现场需布设的传感光缆长度为几公里或几十公里，在检测时，光纤链路中任何一个位置发生微小的振动信号，均会使系统发生报警，现场铺设光缆范围较大，无法实现准确定位造成在现场应急时出现无法准确判定位置的问题，影响预警方案的快速执行。

实用新型内容

本实用新型主要解决现有光纤周界报警系统，在长距离铺设条件下，外界物体入侵时，产生报警信号，光纤周界报警系统无法实现准确定位，导致应急人员无法快速确定入侵发生的位置，无法实现准确定位的技术问题，提出一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，以准确定位外界物体入侵的位置，并回馈至现场应急人员，提升周界安防系统的执行效率。

本实用新型提供了一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，包括：主机、第一光学模块、第二光学模块、传感光缆和报警模块；

所述主机包括计算模块、第一激光器、第二激光器、第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器；

所述第一光学模块包括：第一分束器、第二分束器、第三分束器和第五分束器；

所述第二光学模块包括：第四分束器；

所述传感光缆连接第一光学模块和第二光学模块，并固定在周界设施上；

所述第一激光器发射连续激光；所述第一分束器接收第一激光器发射的连续激光，并将该连续激光分成第一传感激光和第二传感激光；所述第一传感激光传输到第二分束器，所述第二分束器分成第一传感激光参考光和第一传感激光振动光；第一传感激光参考光和第一传感激光振动光分别沿传感光缆传输至第四分束器；第四分束器产生第一干涉后传感激光，第一干涉后传感激光经传感光缆传输至第三分束器，并经第三分束器传输至第一光电探测器，所述第一光电探测器将光信号转化为电信号；

所述第二激光器发射定位激光，并通过第五分束器传输至传感光缆内，定位激光沿传感光缆的定位光纤传输，并产生后向散射光再通过第五分束器传输到第三光电探测器，所述第三光电探测器接收后向散射光并转化成电信号；

所述计算模块根据第一光电探测器接收到的电信号，计算第一干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵；

所述报警模块在计算模块判断外界物体发生入侵时，进行报警。

优选的，所述第二传感激光传输到第三分束器，再通过传感光缆传输至第四分束器分成第二传感激光参考光和第二传感激光振动光；

第二传感激光参考光和第二传感激光振动光分别沿传感光缆传输至第二分束器；第二分束器产生第二干涉后传感激光，第二干涉后传感激光经第二分束器传输至第二光电探测器，所述第二光电探测器将光信号转化为电信号；

所述计算模块根据第二光电探测器接收到的电信号，计算第二干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵。

优选的，所述第一分束器与第二分束器之间设置第一隔离器；

所述第一分束器与第三分束器之间设置第二隔离器；

所述第二激光器与第五分束器之间设置第三隔离器；所述第三隔离器位于第一光学模块中。

优选的，所述主机还包括驱动模块：

所述驱动模块驱动第一激光器以连续的工作方式输出传感激光，驱动第二激光器以调制的工作方式输出定位激光。

优选的，所述第二光学模块还包括：光吸收模块；

所述光吸收模块通过传感光缆与第五分束器连接。

优选的，所述主机连接显示模块；

所述显示模块用于显示传感光缆是否产生振动和显示传感光缆发生振动的位置。

优选的，所述主机内设置第一电源，所述第一电源与驱动模块电连接。

优选的，所述报警模块与第二电源电连接，所述第二电源位于主机外部。

本实用新型提供的一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，采用马赫曾德干涉的方式检测传感光缆在外界物体入侵时产生的振动或晃动，结合激光在光纤内传输时光纤振动或晃动，光纤内部产生折射率变化，导致激光沿光纤传输的后向散射光沿传感光缆的分布发生显著变化，通过光纤中传输的后向散射光沿传感光缆的分布情况，计算外界物体入侵的位置，在长距离铺设条件下，外界物体入侵时，产生报警信号能够实现准确定位，能够准确定位外界物体入侵的位置，解决利用光纤传感和定位的问题，并回馈至现场应急人员，提升周界安防系统的执行效率。

附图说明

图1是本实用新型提供的MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统的原理示意图。

附图标记：主机1，第一光学模块2，第二光学模块3，第二电源4，传感光缆5，显示模块6，报警模块7，驱动模块101，计算模块102，第一电源103，第一激光器104，第二激光器105，第一光电探测器106，第二光电探测器107，第三光电探测器108，第一分束器201，第二分束器202，第三分束器203，第五分束器204，第一隔离器205，第二隔离器206，第三隔离器207，第四分束器301，光吸收模块302。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

如图1、2所示，本实用新型实施例提供的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，包括：主机1、第一光学模块2、第二光学模块3、传感光缆5和报警模块7。

所述主机1包括驱动模块101、计算模块102、第一激光器104、第二激光器105、第一光电探测器106、第二光电探测器107和第三光电探测器108。

所述第一光学模块2包括：第一分束器201、第二分束器202、第三分束器203和第五分束器204。第一光学模块2位于系统的前端，具有将主机1内发射的激光进行光隔离、分束，经传感光缆5传输至第一光学模块2的激光进行合束，分离后向散射光的功能。

所述第二光学模块3包括：第四分束器301和光吸收模块302。第二光学模块3位于系统的末端，具有将传感光缆5内光纤传输的激光进行合束、分束和吸收光纤内激光的功能。

所述传感光缆5连接第一光学模块2和第二光学模块3，并固定在周界设施上。

所述驱动模块101驱动第一激光器104以连续的工作方式输出传感激光，驱动第二激光器105以调制的工作方式输出定位激光。

所述第一激光器104发射连续激光；所述第一分束器201接收第一激光器104发射的连续激光，并将该连续激光分成第一传感激光和第二传感激光。其中，第一激光器104为光纤输出的激光器，具有输出窄线宽激光的功能，可被调制，用于发射传感激光。

所述第一传感激光传输到第二分束器202，所述第二分束器202分成第一传感激光参考光和第一传感激光振动光；第一传感激光参考光和第一传感激光振动光分别沿传感光缆5的参考光纤和振动光纤传输至第四分束器301；第四分束器301产生第一干涉后传感激光，第一干涉后传感激光经传感光缆5传输至第三分束器203，并经第三分束器203传输至第一光电探测器106，所述第一光电探测器106将光信号转化为电信号。

所述第二传感激光传输到第三分束器203，再通过传感光缆5传输至第四分束器301分成第二传感激光参考光和第二传感激光振动光；第二传感激光参考光和第二传感激光振动光分别沿传感光缆5的参考光纤和振动光纤传输至第二分束器202；第二分束器202产生第二干涉后传感激光，第二干涉后传感激光经第二分束器202传输至第二光电探测器107，所述第二光电探测器107将光信号转化为电信号。

所述第二激光器105发射定位激光，并通过第五分束器204传输至传感光缆5内，定位激光沿传感光缆5的定位光纤传输，并产生后向散射光再通过第五分束器204传输到第三光电探测器108，所述第三光电探测器108接收后向散射光并转化成电信号；其中，第二激光器105为光纤输出的激光器，具有输出窄线宽激光的功能，或非激光光源，可被调制，用于发射定位激光(含非激光光源发射的定位光)。

所述光吸收模块302通过传感光缆5与第五分束器204连接。光吸收模块302位于第二光学模块3内部，具有吸收光纤内传输的定位激光的作用，避免定位激光由于末端光纤端面后向反射光对利用定位激光在传感光缆中传输时后向散射光产生干扰。

所述计算模块102根据第一光电探测器106接收到的电信号，计算第一干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵。所述计算模块102根据第二光电探测器107接收到的电信号，计算第二干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵。所述报警模块7在计算模块102判断外界物体发生入侵时，报警模块7接收计算模块102发出的报警信号进行报警。所述主机1连接显示模块6；所述显示模块6用于显示传感光缆5是否产生振动和显示传感光缆5发生振动的位置。

具体的，所述计算模块102能够对第一光电探测器106，第二光电探测器107接收到的干涉后的传感激光信号转化的电信号进行计算，计算干涉后传感激光信号的变化情况。对第三光电探测器108接收到的在传感光缆5中传输的定位激光产生的后向散射光转化的电信号进行计算，计算传感光缆5中后向散射光沿传感光缆5的分布。主机1用来发射并接收传感激光和定位激光，计算传感光缆5振动产生的振动信号和位置信号，并将计算结果通过显示模块6进行显示，驱动报警模块7进行报警。

另外，所述主机1内设置第一电源103，所述第一电源103与驱动模块101电连接，为驱动模块101、计算模块102供电。所述报警模块7与第二电源4电连接，所述第二电源4位于主机外部，为报警模块7供电。传感光缆内含3根或3根以上光纤，用于传输传感激光和定位激光，并对外界物体入侵时，产生的微小振动有显著响应，改变内部光纤的折射率和后向散射光沿光纤的分布情况。

在上述方案的基础上，所述第一分束器201与第二分束器202之间设置第一隔离器205；所述第一分束器201与第三分束器203之间设置第二隔离器206；所述第二激光器105与第五分束器204之间设置第三隔离器207；所述第三隔离器207位于第一光学模块2中。第一隔离器205、第二隔离器206和第三隔离器207，能够保证传感激光和定位激光沿光纤单向传播，避免各部件反射光对系统性能产生干扰。

在本实施例中，所述第一分束器201，第二分束器202，第三分束器203，第四分束器301为1×2或2×2分束器，具有能够将光纤内传输的传感激光或定位激光进行合束或分束的功能，以满利用马赫曾德干涉仪原理的光纤传感系统中第一激光器104发射的传感激光在传感光缆5中产生的传感激光参考光和传感激光振动光在第二分束器202，第四分束器301处产生干涉效应。

所述第五分束器204为1×2或2×2分束器，具有能够将第二激光器105发射的定位激光在传感光缆5中传输时的后向散射光传输至第三探测器108，以满足利用光时域反射技术检测光纤中后向散射光沿传感光缆的分布。

本实用新型基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统工作过程：

本实用新型的传感光缆5固定在周界设施上，外界物体入侵时导致周界设施产生振动或晃动，固定在周界设施上传感光缆5跟随周界设施产生振动或晃动，传感光缆5内传输的由第一激光器104发射的传感激光经第一分束器201分束成第一传感激光和第二传感激光，第一传感激光经第一隔离器205传输至第二分束器202，经第二分束器202分束成第一传感激光参考光和第一传感激光振动光，由于传感光缆5的振动或晃动，会使得传感光缆5内光纤的产生形变，导致传感光缆5内光纤折射率发生变化，第一传感激光参考光和第一传感激光振动光传输至第四分束器301，由于传感光缆5产生振动或晃动，在第四分束器301处合束时由于光纤折射率的变化，会产生变化的相位差，产生马赫曾德(Mach-Zehnder，MZ)干涉现象，干涉后的第一传感激光经传感光缆5和第三分束器203传输至第一光电探测器106，由计算模块102计算接收到干涉后的第一传感激光信号，判断传感光缆5是否由于外界物体入侵产生振动或晃动。

第二传感激光经第二隔离器206传输至第三分束器203，经第三分束器203、传感光缆5传输至第四分束器301，在第四分束器301处分束成第二传感激光参考光和第二传感激光振动光，由于传感光缆5的振动或晃动，会使得传感光缆5内光纤产生形变，导致光缆内光纤折射率发生变化，第二传感激光参考光和第二传感激光振动光传输至第二分束器202，由于传感光缆产生振动或晃动，在第二分束器202处合束时由于光纤折射率的变化，会产生变化的相位差，产生马赫曾德干涉现象，干涉后的第二传感激光传输至第二光电探测器107，由计算模块102计算接收到干涉后的第二传感激光信号，判断传感光缆是否由于外界物体入侵产生振动或晃动。

计算模块102根据第一光电探测器106接收到的干涉后的第一传感激光和第二光电探测器107接收到的干涉后的第二传感激光的信号分布，判断传感光缆是否由于外界物体入侵产生振动或晃动。

由驱动模块101以调制的方式驱动第二激光器105发射的振动传感激光经第三隔离器207和第五分束器204传输至传感光缆5内，第三光电探测器108检测定位传感激光在传感光缆5内产生的后向散射光，记录后向散射光沿传感光缆5的分布情况，当外界物体入侵时传感光缆产生振动或晃动，传感光缆5内部光纤受振动或晃动影响，产生振动或晃动位置处光纤折射率发生变化，导致传感光缆5内后向散射光变强，第三光电探测器108根据接收到的后向散射光沿传感光缆的分布情况，由计算模块102计算外界入侵发生的位置。

本实用新型利用马赫曾德干涉原理实现传感和定位，在利用第一传感激光或第二传感激光，单独结合定位激光实现传感和定位，或者在基本方式不变，即器件种类不变的情况下，在本申请结构和方法的前提下，通过减少器件，利用单马赫曾德干涉和双马赫曾德干涉实现同样传感的方式和方法均属于本专利的保护范围。通过改变内部器件所在上一层单元的位置，实现相同结构和方法的结构，均属于本专利保护范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，包括：主机(1)、第一光学模块(2)、第二光学模块(3)、传感光缆(5)和报警模块(7)；

所述主机(1)包括计算模块(102)、第一激光器(104)、第二激光器(105)、第一光电探测器(106)、第二光电探测器(107)和第三光电探测器(108)；

所述第一光学模块(2)包括：第一分束器(201)、第二分束器(202)、第三分束器(203)和第五分束器(204)；

所述第二光学模块(3)包括：第四分束器(301)；

所述传感光缆(5)连接第一光学模块(2)和第二光学模块(3)，并固定在周界设施上；

所述第一激光器(104)发射连续激光；所述第一分束器(201)接收第一激光器(104)发射的连续激光，并将该连续激光分成第一传感激光和第二传感激光；所述第一传感激光传输到第二分束器(202)，所述第二分束器(202)分成第一传感激光参考光和第一传感激光振动光；第一传感激光参考光和第一传感激光振动光分别沿传感光缆(5)传输至第四分束器(301)；第四分束器(301)产生第一干涉后传感激光，第一干涉后传感激光经传感光缆(5)传输至第三分束器(203)，并经第三分束器(203)传输至第一光电探测器(106)，所述第一光电探测器(106)将光信号转化为电信号；

所述第二激光器(105)发射定位激光，并通过第五分束器(204)传输至传感光缆(5)内，定位激光沿传感光缆(5)的定位光纤传输，并产生后向散射光再通过第五分束器(204)传输到第三光电探测器(108)，所述第三光电探测器(108)接收后向散射光并转化成电信号；

所述计算模块(102)根据第一光电探测器(106)接收到的电信号，计算第一干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵；

所述报警模块(7)在计算模块(102)判断外界物体发生入侵时，进行报警。

2.根据权利要求1所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述第二传感激光传输到第三分束器(203)，再通过传感光缆(5)传输至第四分束器(301)分成第二传感激光参考光和第二传感激光振动光；

第二传感激光参考光和第二传感激光振动光分别沿传感光缆(5)传输至第二分束器(202)；第二分束器(202)产生第二干涉后传感激光，第二干涉后传感激光经第二分束器(202)传输至第二光电探测器(107)，所述第二光电探测器(107)将光信号转化为电信号；

所述计算模块(102)根据第二光电探测器(107)接收到的电信号，计算第二干涉后传感激光的变化情况，判断是否有外界物体发生入侵。

3.根据权利要求2所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述第一分束器(201)与第二分束器(202)之间设置第一隔离器(205)；

所述第一分束器(201)与第三分束器(203)之间设置第二隔离器(206)；

所述第二激光器(105)与第五分束器(204)之间设置第三隔离器(207)；所述第三隔离器(207)位于第一光学模块(2)中。

4.根据权利要求1或2所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述主机(1)还包括驱动模块(101)：

所述驱动模块(101)驱动第一激光器(104)以连续的工作方式输出传感激光，驱动第二激光器(105)以调制的工作方式输出定位激光。

5.根据权利要求1或2所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述第二光学模块(3)还包括：光吸收模块(302)；

所述光吸收模块(302)通过传感光缆(5)与第五分束器(204)连接。

6.根据权利要求1或2所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述主机(1)连接显示模块(6)；

所述显示模块(6)用于显示传感光缆(5)是否产生振动和显示传感光缆(5)发生振动的位置。

7.根据权利要求4所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述主机(1)内设置第一电源(103)，所述第一电源(103)与驱动模块(101)电连接。

8.根据权利要求1或2所述的基于MZ干涉和光时域反射定位的光纤周界报警系统，其特征在于，所述报警模块(7)与第二电源(4)电连接，所述第二电源(4)位于主机外部。

Images