專利名稱：單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種分布式光纖傳感與定位裝置，尤其涉及一種單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監控領域。
背景技術：
隨著光纖和光通信產業的迅速發展，光纖作為傳遞光這個敏感信息的媒質，光纖傳感技術的應用也越來越廣泛。而分布式光纖傳感技術又是光纖傳感技術中最具前途的技術之一，其在長距離、大范圍的安全監控等方面有很好的應用前景。分布式光纖傳感與定位裝置是用普通的通信光纖(G. 652)作為傳感器，當外界施加在光纖上的物理量諸如應力等發生變化的時候，光纖中的光的各個參量，如相位、振幅、 頻率等將會發生相應的變化，背向瑞利散射光帶著這些變化的信息回到傳感系統的接收端。背向瑞利散射光信號非常微弱，需要解調出這些變化的信息非常困難，因此對系統的接收機要求很高。接收機把接收到的瑞利散射光轉換為電信號后再進行處理，最后送入后臺機，判定相應物理量的變化。分布式光纖傳感與定位裝置在安防監控領域的應用包括兩方面，定位與傳感，即判定傳感光纜受振動的位置和振動的模式(如切割光纜、攀爬圍欄等)。目前，分布式光纖傳感與定位裝置中振動位置的判定需要光源發送脈沖光信號，振動引起背向瑞利散射光強度發生變化，產生振動脈沖，從而判定振動的位置；而振動模式的判定則需要光源發送連續光信號，連續光信號的背向瑞利散射光攜帶著振動的傳感信息回到系統的接收端，從而進行振動模式的判定。因此為了同時實現振動位置和振動模式的判定，目前此類裝置主要采用兩種方案一種方案是使用兩個光源分別發送脈沖光信號和連續光信號，兩個接收機分別接收不同的光信號，在光電轉換及處理后得到振動位置和振動模式；另一種方案是使用單個光源發送脈沖光信號，有振動脈沖被捕捉時，在判定振動位置的同時切換光源輸出連續光信號，捕捉振動的傳感信息，進行振動模式判定，完成后光源再繼續發送脈沖光信號。 第一種方案中兩個光源同時工作，使系統成本及維護費用增加，也降低了系統長時間工作的可靠性；第二種方案中單個光源分時工作，切換光源輸出時會有延時，且振動時延很短， 必然造成了很大一部分振動的傳感信息丟失，降低了系統對振動模式判定的準確性，容易造成系統誤報。
發明內容
本發明針對現有技術存在的缺陷，而提出一種成本低、誤報率低的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置。該傳感與定位裝置包括脈沖光源、光電轉換及放大電路、位置信號處理電路、傳感信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中脈沖光源的輸出連接光路，光電轉換及放大電路的輸入連接光路，光路通過傳感光纜連接光路尾端，光電轉換及放大電路的一路輸出通過位置信號處理電路產生位置信號，傳感信號處理電路的輸入連接光電轉換及放大電路的另一路輸出，傳感信號處理電路的一路輸出連接脈沖光源的輸入，另一路輸出產生傳
感信號。所述脈沖光源輸出脈沖光信號的重復頻率至少是傳感信號頻率的兩倍；所述傳感信號處理電路包括同步信號產生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路，其中同步信號產生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號，選擇性去噪電路的輸入接進光電轉換及放大電路的輸出信號，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路后產生傳感信號；所述選擇性去噪電路是一個電子開關。技術效果1、與現有雙光源方案相比，省去了一個光源，成本大大降低，維護費用也隨之降低，提高了長時間工作的可靠性。2、與現有單光源分時工作方案相比，光源無需切換，振動信息不會丟失，提高了振動模式判定的準確性，降低了誤報率。
圖1為本發明裝置的結構框圖。圖2為傳感信號處理電路的電路結構框圖。圖3為選擇性去噪電路的電路示意圖。圖4為有振動時位置信號處理電路的輸出波形及同步信號波形圖。圖5為有振動時選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號波形圖。圖6為無振動時傳感信號處理電路的輸出波形圖。圖7為有振動時傳感信號處理電路的輸出波形圖。
具體實施例方式下面對本發明作進一步說明。在分布式光纖傳感與定位裝置中，在傳感光纜受到振動時，接收端收到振動脈沖， 能夠實現定位，同時，此振動脈沖中也攜帶有部分振動傳感信號。根據此原理，本發明裝置采用單光源實現，其結構如圖1所示，包括脈沖光源、光電轉換及放大電路、位置信號處理電路、傳感信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中脈沖光源的輸出通過光纖連接光路，光路通過傳感光纜連接光路尾端，光電轉換及放大電路的輸入尾纖連接光路，光電轉換及放大電路的一路輸出通過位置信號處理電路產生位置信號。所述傳感信號處理電路的電路結構如圖2所示，包括同步信號產生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路，同步信號產生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號，選擇性去噪電路的輸入連接光電轉換及放大電路的另一路輸出，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路后產生傳感信號，此傳感信號即振動傳感信號，下同。根據奈奎斯特采樣定律為了不失真地恢復模擬信號，采樣頻率應該不小于模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍。因此，把振動脈沖的頻率等效于采樣頻率，振動傳感信號等效于所需還原的模擬信號，當振動脈沖的頻率是捕捉的振動傳感信號頻率的兩倍或兩倍以上時，可以完全還原振動傳感信號，而振動脈沖的頻率取決于光源發射脈沖光信號的重復頻率。所以在本裝置中，脈沖光源在同步信號的控制下輸出重復頻率至少為振動傳感信號頻率兩倍的脈沖光信號，光信號進入光路并通過傳感光纜進入光路尾端，光電轉換及放大電路接收到光路中的背向散射光，然后將其光電轉換為電信號并放大，再分別送入位置信號處理電路和傳感信號處理電路，得到位置信號和傳感信號，實現定位和傳感。在傳感信號處理電路中，選擇性去噪電路在同步信號的同步下對光電轉換并放大后的信號進行選擇性去噪，提取出振動脈沖信號，信號偏置調整電路對振動脈沖信號的零基準線進行調整，再經過濾波解調電路進行解調，得到傳感信號，最后經過信號放大電路放大后輸出。選擇性去噪電路如圖3所示，其是一個受同步信號控制的電子開關，高電平時，線路1選通，低電平時，線路2選通，電壓V的大小由光電轉換并放大后的信號的最小值確定。 在同步信號發出時，光源發出脈沖光信號，光電轉換及放大電路同時接收到背向散射光，光電轉換及放大電路將轉換放大后的原始信號送入電子開關，當同步信號處于高電平時，線路1選通，輸出電壓V信號，當同步信號處于低電平時，線路2選通，輸出原始信號，這樣就濾除了原始信號中的無關脈沖信號，保留了振動脈沖信號，使后續傳感信號能夠被解調出來。有振動時位置信號處理電路的輸出波形及同步信號波形如圖4所示，后臺機可根據振動脈沖信號與前2個固定脈沖信號的時間差判定振動的位置。所述前2個固定脈沖信號是在光路上衰減較大的位置上形成，此位置固定，可當作參考位置來確定振動脈沖的位置。有振動時選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號波形如圖5所示，這里已經濾除了振動無關的脈沖信號，只保留了振動脈沖信號。無振動時傳感信號處理電路的輸出波形如圖6所示，信號波動較小，分布式光纖傳感系統沒有受到振動。有振動時傳感信號處理電路的輸出波形如圖7所示，信號波動明顯，分布式光纖傳感系統受到振動，此波形為振動傳感信號。
權利要求
1.一種單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，包括光電轉換及放大電路、位置信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中光電轉換及放大電路的輸入連接光路，光電轉換及放大電路的一路輸出通過位置信號處理電路產生位置信號，光路通過傳感光纜連接光路尾端，其特征在于還包括脈沖光源和傳感信號處理電路，脈沖光源的輸出連接光路， 傳感信號處理電路的輸入連接光電轉換及放大電路的另一路輸出，傳感信號處理電路的一路輸出連接脈沖光源的輸入，另一路輸出產生傳感信號。
2.根據權利要求1所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述脈沖光源輸出脈沖光信號的重復頻率至少是傳感信號頻率的兩倍。
3.根據權利要求1所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述傳感信號處理電路包括同步信號產生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路，其中同步信號產生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號，選擇性去噪電路的輸入接進光電轉換及放大電路的輸出信號，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號偏置調整電路、濾波解調電路和信號放大電路后產生傳感信號。
4.根據權利要求3所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述選擇性去噪電路是一個電子開關。
全文摘要
本發明公開了一種單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監控領域。該裝置采用單光源發射脈沖光信號，包括脈沖光源、光電轉換及放大電路、傳感信號處理電路、位置信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，傳感信號處理電路給脈沖光源和傳感信號解調提供同步信號，并使脈沖光源輸出特定頻率的脈沖光信號，光電轉換及放大電路接收光路中的背向散射光，并將輸出的原始信號進行位置信號處理和傳感信號處理，同時實現振動定位與傳感。本發明可同時實現振動位置判定和低頻振動檢測，成本低、可靠性高、判定準確率高。
文檔編號G01H9/00GK102494756SQ201110440829
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者孫小菡, 朱輝 申請人:東南大學