一種分布式光纖震動傳感系統的制作方法
【專利摘要】本發明公布了一種分布式光纖震動傳感系統，其包含窄線寬激光器、光放大器、光分路器、第一偏振處理器、第二偏振處理器、第一環行器、第二環行器、第一耦合器，第二耦合器、第一偏振控制單元、第二偏振控制單元、第一光電探測器組、第二光電探測器組、信號處理單元和顯示單元。與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：通過在光路中引入第一環行器和第二環行器，形成了一種全新的光路形式，在此基礎上設計了一種雙M-Z干涉儀技術方案的分布式光纖震動傳感系統，系統具備無失真獲取目標信息，目標信息識別，最終形成報警輸出功能。
【專利說明】一種分布式光纖震動傳感系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感領域，具體為一種分布式光纖震動傳感系統。
【背景技術】
[0002]現代安全防衛系統中及時發現和定位入侵行為具有重要的現實意義。傳統的安全防衛系統主要有攝像機視頻識別、紅外線傳感、地磁傳感等。這些檢測方法受設備供電限制、監測距離較短、抗電磁干擾能力弱、維護成本高。分布式光纖震動傳感系統能測量整個光纖長度上隨時間變化的震動信息，具有檢測距離遠、抗電磁干擾能力強、安裝后易維護等優點，已成為防衛系統領域最具有應用前景的技術之一。
[0003]隨著光纖傳感技術的進步，基于不同技術方案的分布式光纖傳感器得到了深入的研究與討論，主要包括基于散射效應的OTDR傳感器和基于光波干涉效應的干涉型傳感器。相比于散射型傳感器，干涉型傳感器利用前向傳輸光進行信號處理與目標定位，因此具有靈敏度和動態范圍方面的優勢。Sagnac干涉技術和M-Z干涉技術是分布式干涉型傳感器米用的兩種主要技術方案。相比于Sagnac干涉技術，M-Z干涉技術具有解調技術簡單，對光源相干性要求低的特點，因此基于雙M-Z干涉技術的光纖傳感系統適合長距離分布式應用。
[0004]目前干涉型光纖傳感器的解調一般采用相位生成載波(PGC)技術和基于3X3光纖耦合器干涉的被動解調技術。相比于3X3光纖耦合器干涉的被動解調方案，PGC技術具有解調結果失真，動態范圍受限，采用外調制產生載波時，光路比較復雜等缺點，因此3X3解調技術得到了廣泛應用。
[0005]雙M-Z干涉儀輸出兩個具有時延差的干涉信號，時延差與外部作用位置有關。對于時延差的求取，相關分析法以其測量準確、精度高、抗干擾性能好的優點得到了廣泛應用，并取得了較好的效果。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種具備目標信息無失真獲取，外界目標信號定位，目標信息識別，最終形成報警信息輸出功能的分布式光纖震動傳感系統。
[0007]本發明的技術解決方案如下:
[0008]—種分布式光纖震動傳感系統，包括窄線寬激光器1、光放大器2、光分路器3、第一偏振處理器4、第二偏振處理器5、第一環行器6、第二環行器7、第一稱合器8,第二I禹合器9、第一偏振控制單元13、第二偏振控制單元14、第一光電探測器組10、第二光電探測器組11和顯示單元15 ;其特征在于:還包括信號處理單元12 ;所述的窄線寬激光器I發出的窄線寬激光經過光放大器2放大后進入光分路器3 ;光分路器3將輸入的窄線寬激光分為兩路，分別作為M-Z干涉儀光源，其中一路窄線寬激光輸出至第一偏振處理器4，另一路窄線寬激光輸出至第二偏振處理器5 ；
[0009]第一偏振處理器4在第一偏振控制單兀13輸出的電壓信號的控制下對輸入的窄線寬激光進行偏振態處理，之后輸出至第一環行器6 ;第一環行器6對第一偏振處理器4輸出的經過偏振態處理的光信號轉發至第一I禹合器8 ;第一I禹合器8將第一環行器6輸出的光信號進行耦合處理形成兩路傳感光信號，之后輸出至第二耦合器9 ;第二耦合器9將輸入的兩路傳感光信號進行耦合處理形成三路干涉光信號，一路干涉光信號輸出至第二環行器7，另兩路干涉光信號輸出至第二光電探測器組11 ;第二環行器7將輸入的干涉光信號轉發至第二光電探測器組11 ;第二光電探測器組11對輸入的三路干涉光信號進行光電轉換處理，輸出三路電信號輸入至信號處理單兀12 ；
[0010]第二偏振處理器5在第二偏振控制單元14輸出的電壓信號的控制下對輸入的窄線寬激光進行偏振態處理，之后輸出至第二環行器7 ;第二環行器7對第二偏振處理器5輸出的經過偏振態處理的光信號轉發至第二耦合器9 ;第二耦合器9將第二環行器7輸出的光信號進行稱合處理形成兩路傳感光信號，之后輸出至第一稱合器8 ;第一稱合器8將輸入的兩路傳感光信號進行耦合處理形成三路干涉光信號，一路干涉光信號輸出至第一環行器
6,另兩路干涉光信號輸出至第一光電探測器組10 ;第一環行器6將輸入的干涉光信號轉發至第一光電探測器組10 ;第一光電探測器組10對輸入的三路干涉光信號進行光電轉換處理，輸出三路電信號輸入至信號處理單兀12 ；
[0011 ] 信號處理單元12對第一光電探測器組10輸出的三路信號和第二光電探測器組11輸出的三路信號分別進行3X3解調得到兩路目標信號，對兩路目標信號進行濾波處理并進行相關運算得到目標位置，對兩路目標信號進行識別得到目標類型，對目標位置和目標類型進行信息融合并整理為報警格式輸出至顯示單元15。
[0012]其中，所述的信號處理單元12包括第一解調模塊16、第二解調模塊17、信號相關模塊18、報警輸出模塊19、第一信號調理模塊20和第二信號調理模塊21 ;其特征在于:所述的第一光電探測器組10輸出的三路電信號輸入至第一解調模塊16進行3X3信號解調，并將解調后的一路電信號輸出至信號相關模塊18 ;所述的第二光電探測器組11輸出的三路電信號輸入至第二解調模塊17進行3X3信號解調，并將解調后的一路電信號輸出至信號相關模塊18 ;信號相關模塊18對輸入的兩路電信號進行相關運算得到目標位置，并對兩路電信號進行識別得到目標類型，將目標位置和目標類型以數字信號形式輸出至報警輸出模塊19 ;報警輸出模塊19將輸入的數字信號進行信息融合并整理為報警格式輸出至顯示單兀15 ;所述的第一光電探測器組10輸出的一路電信號輸入至第一信號調理模塊20,第一信號調理模塊20完成信號的濾波放大后，輸出至第二偏振控制單元14 ;第二光電探測器組11輸出的第一路電信號輸入至第二信號調理模塊21，第二信號調理模塊21完成信號的濾波放大后，輸出至第一偏振控制單兀13。
[0013]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:
[0014]在光路中引入第一環行器和第二環行器，形成了一種全新的光路形式，在此基礎上設計了一種雙M-Z干涉儀技術方案的分布式光纖震動傳感系統，系統具備無失真獲取目標信息，目標信息識別，最終形成報警輸出功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的原理框圖；
[0016]圖2是本發明的信號處理單元的原理框圖；
[0017]圖3是根據本發明實施方式的信號處理單元雙通道解調結果輸出圖；[0018]圖4是根據本發明實施方式的信號處理單元相關運算輸出結果圖；
[0019]圖5是根據本發明實施方式的信號處理單元報警信息輸出結果圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合圖1和圖2對本發明做進一步的說明。
[0021]如圖1所示，一種的分布式光纖傳感系統，包括:包括窄線寬激光器1、光放大器2、光分路器3、第一偏振處理器4、第二偏振處理器5、第一環行器6、第二環行器7、第一耦合器8，第二耦合器9、第一偏振控制單元13、第二偏振控制單元14、第一光電探測器組10、第二光電探測器組11和顯示單元15。實施例按圖1進行連接線路。
[0022]窄線寬激光器(I)作為系統光源，用于發射窄線寬信號光；光放大器(2)，用于窄線寬信號光放大，使放大后的光信號強度滿足系統要求；光分路器(3),完成光放大器輸出光信號按比例分光，分光后信號分別作為雙M-Z干涉儀中每個干涉儀的光源；偏振處理器
(4)，完成對第一路干涉儀的輸入光信號偏振態控制；偏振處理器(5)，完成對第二路干涉儀的輸入光信號偏振態控制；環行器(6)，完成第一干涉儀信號輸入及第二干涉儀干涉信號輸出功能；環行器(7)，完成第二干涉儀信號輸入及第一干涉儀干涉信號輸出功能；耦合器(8)，作為第一路干涉儀輸入耦合器和第二路干涉儀輸出耦合器，構成M-Z干涉儀；耦合器(9)，作為第二路干涉儀輸入耦合器和第一路干涉儀輸出耦合器，構成M-Z干涉儀；探測器組(10)作為第二路干涉儀輸出三路光信號的光電轉換元件，完成第二干涉儀震動電信號獲取；探測器組(11)作為第一路干涉儀輸出三路光信號的光電轉換元件，完成第一干涉儀震動電信號獲取；信號處理單元(12)，作為探測器組(10)和探測器組(11)輸出的雙路M-Z干涉儀輸出的震動電信號的處理單元，完成信號采集，信號3X3解調，雙通道信號定位，信號識別，報警輸出功能。偏振控制單元(13)，利用探測器組(11)輸出的第一干涉儀輸出信號作為反饋信號，對第一干涉儀輸入光信號進行偏振態控制；偏振控制單元(14)，利用探測器組(10)輸出的第二干涉儀輸出信號作為反饋信號，對第二干涉儀輸入光信號進行偏振態控制。顯示單元(15)完成報警信息顯示功能。
[0023]如圖2所示，所述的信號處理單元12包括第一解調模塊16、第二解調模塊17、信號相關模塊18、報警輸出模塊19、第一信號調理模塊20和第二信號調理模塊21。實施例按圖2進行連接線路。第一解調模塊(16)完成第一光電探測器組10輸出三路信號的3X3信號解調；第一解調模塊(17)完成第二光電探測器組11輸出三路信號的3X3信號解調；信號相關模塊(18)完成對輸入的兩路電信號進行相關運算得到目標位置，并對兩路電信號進行識別得到目標類型；報警輸出模塊(19)將信號相關模塊(18)輸出的數字信號進行信息融合并整理為報警格式輸出至顯示單元15 ；
[0024]工作原理:窄線寬激光器發出的窄線寬激光經過光放大器放大后，進入光分路器，然后按照1:1比例分為兩路作為每個M-Z干涉儀光源。其中一路光信號通過偏振處理器和環行器后，輸入到由第一耦合器和第二耦合器構成的M-Z干涉儀1，其中干涉儀臂長30km，干涉儀輸出信號進入第二探測器組完成光電轉換，第二探測器組輸出信號作為第一偏振控制單元反饋信號對通過第一偏振處理器的光波進行控制，；另一路光信號通過偏振處理器和環行器后，輸入到由第二耦合器和第一耦合器構成的M-Z干涉儀2，干涉儀輸出信號進入第一探測器組完成光電轉換，第一探測器組輸出信號作為第二偏振控制單元反饋信號對通過第二偏振處理器的光波進行偏振控制。第一探測器組輸出與第二探測器組輸出信號輸出至信號處理單元，信號處理單元對兩路信號進行3X3解調得到目標信號，對兩路目標信號進行相關運算得到目標位置，對目標信息識別得到目標類型，通過對以上目標信息綜合形成報警信息輸出。
[0025]在本實施例中，信號處理單元采用750KS/S信號采集速率，在干涉儀距離第一探測器組12km處施加人員走動信號，經信號處理單元3X3解調輸出的兩通道信號如圖3所示，利用信號處理單元中的互相關定位算法對圖2所示的兩通道信號進行運算，得到如圖4所示的相關處理結果，從圖中可以看出兩路信號的時間差為0.16ms，通過時間差可算得目標位置為12.01km，根據圖2信號特征結合系統信號特征庫，分類識別目標信號。綜合以上目標信息形成如圖5所示報警信息輸出。
[0026]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，以上所述僅為本發明的具體實施例，并不用于本發明的保護范圍，凡在本發明基礎上的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種分布式光纖震動傳感系統,包括窄線寬激光器(I)、光放大器(2)、光分路器(3)、第一偏振處理器(4)、第二偏振處理器(5)、第一環行器(6)、第二環行器(7)、第一耦合器(8)，第二耦合器(9)、第一偏振控制單元(13)、第二偏振控制單元(14)、第一光電探測器組(10)、第二光電探測器組(11)和顯示單元(15);其特征在于:還包括信號處理單元(12);所述的窄線寬激光器(I)發出的窄線寬激光經過光放大器(2)放大后進入光分路器(3);光分路器(3)將輸入的窄線寬激光分為兩路，分別作為M-Z干涉儀光源，其中一路窄線寬激光輸出至第一偏振處理器(4)，另一路窄線寬激光輸出至第二偏振處理器(5)；第一偏振處理器(4)在第一偏振控制單兀(13)輸出的電壓信號的控制下對輸入的窄線寬激光進行偏振態處理，之后輸出至第一環行器(6);第一環行器(6)對第一偏振處理器(4)輸出的經過偏振態處理的光信號轉發至第一稱合器(8);第一稱合器(8)將第一環行器(6)輸出的光信號進行I禹合處理形成兩路傳感光信號,之后輸出至第二I禹合器(9);第二率禹合器(9 )將輸入的兩路傳感光信號進行耦合處理形成三路干涉光信號，一路干涉光信號輸出至第二環行器(7)，另兩路干涉光信號輸出至第二光電探測器組(11);第二環行器(7)將輸入的干涉光信號轉發至第二光電探測器組(11);第二光電探測器組(11)對輸入的三路干涉光信號進行光電轉換處理，輸出三路電信號輸入至信號處理單元(12);第二偏振處理器(5)在第二偏振控制單兀(14)輸出的電壓信號的控制下對輸入的窄線寬激光進行偏振態處理，之后輸出至第二環行器(7);第二環行器(7)對第二偏振處理器(5)輸出的經過偏振態處理的光信號轉發至第二耦合器(9);第二耦合器(9)將第二環行器(7)輸出的光信號進行I禹合處理形成兩路傳感光信號,之后輸出至第一I禹合器(8);第一率禹合器(8)將輸入的兩路傳感光信號進行耦合處理形成三路干涉光信號，一路干涉光信號輸出至第一環行器(6)，另兩路干涉光信號輸出至第一光電探測器組(10);第一環行器(6)將輸入的干涉光信號轉發至第一光電探測器組(10);第一光電探測器組(10)對輸入的三路干涉光信號進行光電轉換處理，輸出三路電信號輸入至信號處理單元(12);信號處理單元(12)對第一光電探測器組(10)輸出的三路信號和第二光電探測器組(11)輸出的三路信號分別進行3X3解調得到兩路目標信號，對兩路目標信號進行濾波處理并進行相關運算得到目標位置，對兩路目標信號進行識別得到目標類型，對目標位置和目標類型進行信息融合并整理為報警格式輸出至顯示單元(15)。
2.根據權利要求1所述的一種分布式光纖震動傳感系統，其特征在于:所述的信號處理單元(12)包括第一解調模塊(16)、第二解調模塊(17)、信號相關模塊(18)、報警輸出模塊(19)、第一信號調理模塊(20)和第二信號調理模塊(21);其特征在于:所述的第一光電探測器組(10)輸出的三路電信號輸入至第一解調模塊(16)進行3X3信號解調，并將解調后的一路電信號輸出至信號相關模塊(18);所述的第二光電探測器組(11)輸出的三路電信號輸入至第二解調模塊(17)進行3X3信號解調，并將解調后的一路電信號輸出至信號相關模塊(18);信號相關模塊(18)對輸入的兩路電信號進行相關運算得到目標位置，并對兩路電信號進行識別得到目標類型，將目標位置和目標類型以數字信號形式輸出至報警輸出模塊(19);報警輸出模塊(19)將輸入的數字信號進行信息融合并整理為報警格式輸出至顯不單兀(15);所述的第一光電探測器組(10)輸出的一路電信號輸入至第一信號調理模塊(20),第一信號調理模塊(20)完成信號的濾波放大后,輸出至第二偏振控制單兀(14);第二光電探測器組(11)輸出的第一路電信號輸入至第二信號調理模塊(21),第二信號調理模塊(21)完成信號的濾波放大后，輸出至 第一偏振控制單元(13 )。
【文檔編號】G01H9/00GK103528664SQ201310325649
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月30日 優先權日:2013年7月30日
【發明者】王延, 穆立波, 劉斌祿, 姚劍, 段漢卿, 李新欣 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所