[发明专利]一种光纤围栏单元

说明书

技术领域

本发明属于安全监测领域，具体涉及一种全光纤周界围栏中的光纤围栏单元。

背景技术

对军事基地、领使馆、大型工厂、煤矿、电厂、石油管线等进行安全监测，是保证国防安全、社会安定、经济快速发展的一个基本要求。全光纤周界围栏属于分布式光纤传感技术的一种典型应用，采用的光纤传感器具有将传输与传感煤质合而为一的特点，沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件。全光纤周界围栏通过光纤围栏单元特殊的光路设计，使两束光在时间上发生延时，形成干涉，再通过后期处理解调出携带的扰动信息，结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰，易于实现分布式传感监测，是现代周界安防的发展趋势。

利用干涉原理进行光纤围栏单元光路设计方面，目前的代表性技术的有Sagnac技术、Michelson技术和Mach-Zehnhar技术。

Sagnac光纤干涉的基本结构是将耦合器的输出端相连接，基本原理是利用同一光纤环中沿相反方向前进的两光波，在外界因素影响下产生不同的相移。如果采用Sagnac干涉方式，缺点有：(1)由于外围光纤环形对称，传感系统会以对称形式感受到物理入侵，顺时针和逆时针的光受到相同的相位改变，造成传感信号抵消，发生互易效应，致使无传感信号的输出，容易产生误报；(2)若需避免互易效应，就需在布设光纤时，将其中一路进行扰动隔离或者采用其他技术，这将造成系统成本大大提高，实现难度增大；(3)对解调电路的要求很高，必须对光源进行调制，或者对解调光路进行扫频解调。

Miehelson光纤干涉的基本原理是光源发出的光，经耦合器分为两路，分别入射到传感光纤和参考光纤，传感光纤和参考光纤的反射光在耦合器处叠加，产生干涉效应。缺点有：(1)是利用光纤反射光进行干涉测量，因此其信号较微弱；(2)该技术要求相干长度大于光学回路的长度，在长距离测量时，需要相干度极高的光源，这就对光源的制作要求很高；(3)需要利用复杂的解调技术进行相位解调。

Mach-Zehnder干涉是一种基于相位干涉的方案，采用两个耦合器，其中一端发出的光，经第一个耦合器后进入两根长度基本相同的单模光纤，两光纤输出的光在第二个耦合器处发生干涉。由于光路的对称性，由另一段发出的光，也可以在第一个耦合器处发生干涉。主要缺点信噪比问题：(1)由于Mach-Zehnder干涉技术中，光是分经两根光纤进行传播的，因此温度等环境的变化作用于传感光纤上，会引起传输光相位的变化，从而使系统的信噪比降低；(2)加强激光功率，可以适当提高信噪比，但是光纤的瑞利散射及其它非线性效应也可能会降低信噪比。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光纤围栏单元，解决了现有光纤围栏单元结构复杂、信号强度弱、灵敏度不高、信噪比低的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种光纤围栏单元，包括光源、光电转换模块，还包括3×3双向单模光纤耦合器、监控光纤回路和延时光纤回路；所述监控光纤回路铺设于监控区域周界；所述3×3双向单模光纤耦合器分光比为1:1:1，其输入端分别连接光源、监控光纤回路的一端、光电转换模块，输出端分别连接监控光纤回路的另一端以及延时光纤回路的两端。

作为优选方案，所述监控光纤回路由传感光缆中的两根光纤的一端熔接而成。

作为优选方案，所述传感光缆为特殊结构的两芯光缆。

作为优选方案，所述光源为中心波长与3×3双向单模光纤耦合器工作波长一致的激光光源或LED光源。

本方案所述的光纤围栏单元具有如下技术效果：只采用了一个3×3双向单模光纤耦合器，使单元结构简单、可靠；进行干涉的信号是两路同等信号叠加，可增加信号的强度，使系统灵敏度高；干涉光是在同等路径的光纤中传播的，因此，在没有扰动的情况下，其光程是一样的，只是在扰动时间上有差别，所以，其信噪比较高；此外，单元布设简单，容易实现，对光源的相干度要求也不高，解调也相对简单。

附图说明

图1为光纤围栏单元结构示意图

图2为光纤围栏单元监控光路扰动模型

具体实施方式

为使得本领域技术人员更易于理解本发明的技术方案，对本发明的光纤围栏单元的结构和工作原理进行说明。