[发明专利]防区式光纤分布式振动传感器及采用该传感器的周界报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及光电传感技术领域，尤其涉及一种防区式光纤分布式振动传感器及采用该传感器的周界报警系统。

背景技术

光纤周界报警系统作为新一代周界报警系统，有很强的军用和民用价值。它可以用于监狱、重要军事目标、武器库等周界的安防监控，还可以用于小区、政府机关、核电站、机场等重要设施的周界安防监控。

光纤周界报警系统主要采用了光纤分布式振动传感器，它通过监测边界小范围内环境应力变化对光纤的影响，分析入侵振动信息，并对其进行判断和报警。光纤周界报警系统具有传统周界报警系统不能比拟的优点：

1、适合复杂地形：不受地形的高低、曲折、转弯、折弯等地形环境限制，打破了红外线、微波墙等只适用于视距和平坦区域使用的局限性。适合恶劣气候：不受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响。

2、采用干涉型光纤传感技术，灵敏度远高于其他类型的传感器。

3、传感光纤本身无源，因此系统功耗低，使用成本低。

4、耐高低温，抗电磁干扰，本质安全，它对环境要求低，可用于恶劣的室外环境及用于石油管道安全监测和电站监控。

5、无机械运动部件，寿命长，无易老化部件，可靠性高，易维护。

6、可监测的距离长，无源传感光缆长度可以大于50km，而且多个单位可以级联组成大的监测系统。

7、可实现实时监控。

目前，根据工作原理的区别，光纤分布式振动传感器可以分为干涉仪型、光时域反射计型，强度调制型等。其中，由于干涉仪型光纤分布式振动传感器用于实时监测外界对光缆造成的振动，其响应时间短，工作距离长。无论从灵敏度，响应时间还是工作距离上都具有很大的优势，在新一代周界报警系统中得到了很大的应用。

现有技术一中采用马赫-泽德干涉仪作为光纤周界报警系统中的光纤分布式振动传感器，图1所示为现有的马赫-泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器的光路原理图。马赫-泽德干涉仪是双光束干涉仪，如图1中所示，该传感器主要包括：激光器11、耦合器12、传感臂13、参考臂14和干涉单元15。激光器11发出的相干光经过耦合器12一分为二，分别送入两根长度基本相同的单模光纤——传感臂13和参考臂14，随后传感臂13和参考臂14出射的两束相干光在干涉单元15处产生干涉。当外界因素例如振动、压力等引起传感臂13长度变化时，传感臂13和参考臂14的相对光程差相应的改变，从而引起干涉条纹的移动，因此干涉单元15通过检测干涉条纹的变化而得到外界振动信号的特征，进而识别振动信号的类型。

虽然马赫-泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器的响应时间短，工作距离长，灵敏度高，但是，由于长距离传感降低成本的需要，该传感器中的传感臂13和参考臂14均采用单模光纤，而单模光纤本身固有的本征双折射和外界随机因素导致的诱导双折射，会使得当两臂的出射光发生干涉时，传感臂13和参考臂14处于相同振动方向的光矢量(电场矢量)分量的幅值发生随机变化，而只有相同偏振态(振动方向)的光矢量(电场矢量)分量之间才会发生干涉，因此传感臂13和参考臂14中处于相同振动方向的光矢量(电场矢量)分量的幅值发生随机变化会使干涉单元15输出信号的幅值发生变化，特别地，当两臂光波的偏振态正交时，将不能发生干涉，干涉单元15输出信号的幅值为0，该传感器的作用完全失效。可见，马赫-泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器由于输出信号的不稳定性，可能使传感器在一定的时间范围内出现无输出信号的失效情况，严重影响了传感器在实际监测应用中的可靠性。此外，由于马赫-泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器中的激光器11采用窄线宽激光器，相干长度较长，无法通过消偏技术克服其偏振诱导双折射引入的信号衰落问题。