[发明专利]一种新型全光纤周界安防系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感系统技术领域，尤其涉及一种新型全光纤周界安防系统。

背景技术

全光纤周界安防系统是一种基于光纤干涉仪的振动测量系统。系统通常由光源模块(白光光源)、光电接收模块、采集处理模块、光学模块(包括光纤干涉仪)、传感光缆及其他外围器件构成。外界入侵振动信号直接或者间接作用于传感光缆，经过光缆弹光效应转变为光信号的相位变化，而光纤干涉仪则将光信号的相位变化解调为光信号的光强变化，再由光电转换接收电路转化为电信号，最终经采集处理模块采集处理，输出入侵报警信号。

目前全光纤周界安防系统一般采用一种称之为白光微分干涉仪的光纤干涉技术。其传感光路主要由白光光源(一种宽谱光源)，马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪、延迟光纤、传感光缆、反射模块等组成。该系统通过在传统马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪的基础上引入延迟光纤等光路结构，消除了系统对光源的相干性要求。由于系统采用了谱宽较宽的白光光源，从而大大提高了系统的稳定性。但同时，该类系统也具备如下不足：

1、灵敏度，尤其是低频灵敏度不足，对现场传感光缆铺设方式及铺设环境要求较高，容易产生漏报。

2、振动信号混杂，系统采用返回式光路结构，干涉仪每一臂传感光信号至少会两次经过外界入侵振动位置，参与干涉的光信号过多，从而使干涉仪解调的最终信号实际上是不同时刻、不同位置外界入侵振动信号的混频、叠加的结果。

根据分析产生以上问题主要有如下原因：

1、系统采用的白光光源由于谱宽较宽，其干涉效果实际上是有其中不同波长干涉结果的叠加，从而降低了系统灵敏度；

2、系统采用一种往返式的闭环光路结构，即在传感光缆的末端加装反射装置，从而使两路干涉光信号分别依次通过干涉仪两臂，从而实现白光微分干涉仪两路干涉光信号光程差相等的要求。正是这样的结构一方面由于每路干涉光信号两次经过传感光缆，导致振动信号的混叠；另一方面由于干涉光信号的相位变化来源于干涉光信号到达入侵振动位置的先后时间差，而这时间差与系统延迟光纤的长度、传感光缆长度及振动位置有关，而由于延迟光纤长度及传感光缆长度相对于光速都不会太长，从而导致系统低频敏感度降低，并在一定程度上与入侵振动在传感光缆上发生的位置有关。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型全光纤周界安防系统，通过引入窄带光源及新型的光纤干涉结构以提高系统灵敏度和降低探测入侵振动混杂度。

灵敏度的提高可以降低系统对现场铺设条件的要求，混杂度的降低一方面可以使系统具备直接测试外界振动的能力，一方面降低系统数据处理的难度，使探测的振动信号具备了入侵事件的直接物理特征。

本发明的目的是这样实现的：

一种新型全光纤周界安防系统，包括光源模块、分光模块、接收模块、采集处理模块及连接各模块的传输光缆，其特征在于：还包括光纤干涉结构；光源模块连接分光模块，分光模块连接多个光纤干涉结构，每个光纤干涉结构均连接一个接收模块，各接收模块连接采集处理模块。

所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2×2耦合器以传感光缆连接第二个2×2耦合器，第二个2×2耦合器又以参考光缆连接第一个2×2耦合器，在参考光缆上位于两个2×2耦合器之间设有隔离器。

作为本发明的另一种优选方式，所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、发射装置、隔离器、传感光缆及参考光缆组成，第一个2×2耦合器以传感光缆连接第二个2×2耦合器，第二个2×2耦合器一端连接反射装置，另一端以参考光缆连接隔离器，隔离器连接第一个2×2耦合器。

作为本发明的再一种优选方式，所述光纤干涉结构由两个2×2耦合器、传感光缆、参考光缆及传输光缆组成，传输光缆连接第二个2×2耦合器一端，第二个2×2耦合器分别以传感光缆和参考光缆连接第一个2×2耦合器。

本发明各部分的功能如下：

光源模块1，为系统探测光源，是实现光干涉的先决条件，采用窄带光源模块。

具备线宽窄，MHz量级，大于几十米相干长度；光谱稳定、输出光功率稳定等特点。采用DFB激光器及相应的具备恒温、恒功率控制的驱动电路作为系统光源模块。

分光模块，其作用是将探测光分成若干束独立探测光；应用与多通道、多防区系统，共用一个光源模块可以降低系统成本。

接收模块3，将光纤干涉结构解调出的外界入侵振动光信号转化为振动电信号以进行后续处理。该模块具备较高的信噪比和动态范围。