專利名稱：一種防區式光纖周界防范預警系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種防區式光纖周界防范預警系統。涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統技術領域。
背景技術：
目前常見的安全防范技術有主動紅外對射，被動紅外探測、數字微波、振動電纜、振動光纜、智能視頻等。經過多年的發展，這些技術已經基本成熟，并且在重要軍事目標，銀行、博物館、高檔小區，油氣站場等場合得到應用，提升了這些區域的安全防御水平。由于技術水平、成本及應對等問題的存在，這些安全方法技術基本都采用防區的方式進行布防。每個防區在幾十到幾百米之間，連續布防，從而實現大型設施的周界安全防范。光纖周界預警由于使用光纜，可以轉角敷設，適合在不規則的周界布設。國內外目前應用的光纖周界預警系統多是基于多模光纖模間干涉原理研制，該方法通常都是防區式 布設，只監測不定位。而且需要分防區安裝，另外布設通信和供電線纜。安裝施工成本相對較聞。目前的管道光纖預警技術主要采用Mach-Zehnder干涉進行，適合長距離監測。對于站場這樣的短距離監測，存在成本高，定位不準。無法應用于重要區域的周界防護。《光學技術》第34卷第2期“全光纖周界安全防范系統”公開了一種全光纖周界安全防范系統，可進行防區的周界安全防范，但不能進行多防區的周界安全防范。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種定位精度高、精確確定位置、短距離周界防御中使用、施工簡單、成本低的防區式光纖周界防范預警系統。本實用新型提出了一種防區式的光纖預警系統，可以實現對外界入侵的實時監測和報警。系統監控主機1，通過兩根普通傳輸光纖3和傳輸光纖114將各個防區單元2串聯起來，如圖I所示。每個防區的長度，可以按照安全防范的要求設定可以為50米，100米或200米。根據需要防區的數目任意設置，最大可達100個。其中單一防區的實現方法如圖2所示。每個防區由4根光纖構成，5號光纖和6號光纖構成傳感臂，7號光纖和8號光纖為傳輸臂。5號光纖和6號光纖并聯,兩端各接光纖稱合器19和光纖稱合器1110,光纖率禹合器19另一端接8號光纖，光纖耦合器IIlO另一端接7號光纖。光的傳播方向為從7號光纖進入，在光纖耦合器IIlO處被為兩束光分別在5號光纖和6號光纖中傳播，在光纖耦合器19被合成一束在8號光纖中傳播。其中光纖耦合器19和光纖耦合器IIlO均為分光比I : I的均分型耦合器。當有外界擾動時，兩傳感臂5號光纖和6號光纖中傳播的光信號相位被改變，通過耦合器19后發生干涉，8號光纖中傳播的光為干涉后的光信號。根據干涉理論可知，發生干涉的光信號強度發生變化，通過監測并解調光強的變化就可以判斷該防區是否有擾動發生。[0010]系統布防時將系統監控主機I引出的光纖端口 116和光纖端口 II17和傳輸光纖13和傳輸光纖114相連。然后通過非均分光纖稱合器118和非均分光纖稱合器1119將防區2的7號光纖和8號光纖相熔接(見圖4)。對信號進行解調的主機結構如圖3所示。系統由光源S11，聲光調制器A0M12及光電檢測器D13、模數轉換器A/D14、信號處理計算機PC15組成。光源SI I發出的激光被聲光調制器12接收，聲光調制器12輸出接光纖端口 16，光纖端口 116接光纖端口 1117，光纖端口 1117輸出依次串接光電檢測器D13、模數轉換器A/D14、信號處理計算機PC15。光源Sll發出的激光經過聲光調制器12被調制成脈沖光，進入光纖端口 116。從光纖端口 1117傳回監控主機I的光，在光電探測器D13被感知轉換為電信號后在模數轉化器A/D14被轉化為計算機可以處理的數字信號，信號處理計算機PC15將采集到的擾動信號進行智能分析和處理。判斷各防區是否有入侵信號，并及時報警顯示。 本實用新型適用于任意連續的周界的安全防護，特別適合于形狀不規則、具有防爆、防雷要求的場合。同時該設備可以實現管道站場周界的復合防護，保障了周界安全防護的有效性。該實用新型的應用將為管道站場的安全防護提供一套經濟、簡便的技術手段，使用一根光纜實現了多防區，避免站場安裝時，敷設電纜時的二次開挖。本實用新型解決了各種防區式周界預警設備，需要另外敷設通信和供電線纜，完成設備組網，實現集中監控、集中報警所帶來的施工復雜、成本高的問題。本實用新型通過時分復用實現了通過一套監控設備實現多個防區的實時監控，實現低成本的周界安全防范。本實用新型解決了傳統光纖預警技術短距離定位不準，無法分防區設置的問題。利用時分復用技術使用一根光纜實現了多防區的周界安全防護。解決了傳統安防技術需要增設通信、供電系統的問題，有效降低了設備的安裝使用成本。本實用新型采用全光纜設計，周界上沒有任何電子元件，本征防雷、防爆，可以應用于油氣站場、油庫。有效解決了長距離光纖預警技術應用過程中存在的定位不精確的問題，通過采用防區的方式，有效地將擾動位置限定在防區內。同時該發明基于光纖方式進行傳感，通過一根多芯單模光纜實現了重要設施周界安全防護，信號傳輸和傳感均通過光纖進行，無需額外供電，布線方便，解決了傳統周界防護設備需要同溝通信和供電系統問題。與傳統的振動電纜的防入侵技術相比，該技術安裝簡單，維護工作量小。與各種對射方式相t匕，該方法環境適應性好，不受雨霧及煙塵的影響。
圖I防區式光纖預警系統結構圖圖2防區單元示意圖[0021 ]圖3監控主機結構圖圖4防區與主機連接示意圖其中I-監控主機2-防區單元3-傳輸光纖I4-傳輸光纖II5-5號光纖6-6號光纖[0026]7-7號光纖8-8號光纖9-光纖耦合器I10-光纖耦合器II11-光源S12-聲光調制器AOM13-光電檢測器D14-模數轉換器A/D15-信號處理計算機PC 16-光纖端口 I17-光纖端口 II18-光纖耦合器I19-光纖耦合器II
·具體實施方式
實施例.本例為試驗光纖周界防范預警系統。系統監控主機1，通過兩根普通傳輸光纖13和傳輸光纖114將各個防區單元2串聯起來，如圖I所示。每個防區的長度，可以按照安全防范的要求設定為50米。在試驗過程中，光源Sll選擇窄線寬激光器，通過聲光調制器A0M12調制為脈沖光，脈沖光的脈寬為IOns,脈沖間隔為Is。激光器發出的光從光纖端口 16進入傳輸光纖114，在需要建立防區的地方通過非均分耦合器與防區2相熔接。激光從8號光纖進入防區系統，通過防區內光路結構5號光纖和6號光纖發生干涉之后進入7號光纖。7號光纖與傳輸光纖13通過非均分耦合器118相熔接，通過光纖端口 1117將傳輸光纖13的光接入監控主機I。在監控主機I中，光電探測器D13將采集到的光信號轉換為電信號，在模數轉換器A/D14轉化為數字信號送入信號處理計算機PC 15進行處理。當外界有入侵行為發生時,防區內的5號光纖、6號光纖中傳播的光纖相位發生變化。如果防區的長度為50m，則每個防區回傳監控主機I的信號研制為光傳播IOOm的時間，約為O. 5 X IO-6S0也就是說每微秒收到兩個防區的脈沖信號，系統設計采樣率為4M，從而保證系統能夠準確的采集各個防區回傳的監控信號。當某防區回傳信號的交流光強發生變化時，系統即認為該防區發生入侵行為，及時報警。防區布防上,系統米用4芯光纜構成,其中兩芯作為傳輸光纖,其不意圖中傳輸光纖3和傳輸光纖4的作用。另外兩纖，每50米使用中均分的1X2光纖耦合器19和1X2光纖耦合器IIlO進行一次熔接，然后將1X2耦合器的I端和兩個非均分耦合器118、非均分率禹合器Π19與兩芯傳輸光纖相熔接,這里非均衡稱合器的稱合比為5%,只有5%的光進入防區中。最后一個防區直接與傳輸光纖13和傳輸光纖114相熔接。由于稱合比固定，因此防區的最大數量約為20個，按照每個防區50m計算，約可以防護IOOOm的范圍。若單防區長度為100米，則可防護長度為2000m。當單防區長度為200m時，可防護長度為4000m基本可以滿足大型周界的安全防護要求。如果需要提高防護長度，可以通過減少耦合比的方式，提高防區的數量來實現。
權利要求1.一種防區式光纖周界防范預警系統，其特征是系統監控主機(I)通過兩根普通傳輸光纖1(3)和傳輸光纖11(4)將各個防區單元(2)串聯起來；每個防區的長度，按照安全防范的要求設定為50米、100米或200米；防區的數目任意設置，最大設置為100個； 其中每個防區由4根光纖構成，5號光纖和6號光纖構成傳感臂，7號光纖和8號光纖為傳輸臂；5號光纖和6號光纖并聯,兩端各接光纖稱合器I (9)和光纖稱合器II (10),光纖耦合器I (9)另一端接8號光纖，光纖耦合器II (10)另一端接7號光纖； 光的傳播方向為從7號光纖進入，在光纖稱合器II (10)處被為兩束光分別在5號光纖和6號光纖中傳播，在光纖耦合器I (9)被合成一束在8號光纖中傳播；其中光纖耦合器1(9)和光纖耦合器II (10)均為分光比I : I的均分型耦合器；當有外界擾動時，兩傳感臂5號光纖和6號光纖中傳播的光信號相位被改變，通過耦合器1(9)后發生干涉，8號光纖中傳播的光為干涉后的光信號，通過監測并解調光強的變化判斷該防區是否有擾動發生。
2.根據權利要求I所述的一種防區式光纖周界防范預警系統，其特征是系統布防時將系統監控主機(I)引出的光纖端口 1(16)和光纖端口 11(17)和傳輸光纖I (3)和傳輸光纖IK4)相連；然后通過非均分光纖耦合器1(18)和非均分光纖耦合器11(19)將防區(2)的7號光纖和8號光纖相熔接。
3.根據權利要求I所述的一種防區式光纖周界防范預警系統，其特征是信號解調的主機由光源S(Il),聲光調制器AOM(12)及光電檢測器D (13)、模數轉換器A/D (14)、信號處理計算機PC (15)組成； 光源S(Il)發出的激光被聲光調制器(12)接收，聲光調制器(12)輸出接光纖端口(16)，光纖端口 1(16)接光纖端口(17)，光纖端口(17)輸出依次串接光電檢測器D13、模數轉換器A/D14、信號處理計算機PC15 ； 光源Sll發出的激光經過聲光調制器12被調制成脈沖光,進入光纖端口 16 ;從光纖端口 17傳回監控主機I的光，在光電探測器D13被感知轉換為電信號后在模數轉化器A/D14被轉化為計算機可以處理的數字信號，信號處理計算機PC15將采集到的擾動信號進行智能分析和處理。
專利摘要本實用新型是一種防區式光纖周界防范預警系統。涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統技術領域。系統監控主機(1)通過兩根普通傳輸光纖I(3)和傳輸光纖II(4)將各個防區單元(2)串聯起來；每個防區的長度，按照安全防范的要求設定為50米、100米或200米；防區的數目任意設置，最大設置為100個；其中每個防區由4根光纖構成，5號光纖和6號光纖構成傳感臂，7號光纖和8號光纖為傳輸臂；5號光纖和6號光纖并聯，兩端各接光纖耦合器I(9)和光纖耦合器II(10)，光纖耦合器I(9)另一端接8號光纖，光纖耦合器II(10)另一端接7號光纖。它定位精度高、精確確定位置、短距離周界防御中使用、施工簡單、成本低。
文檔編號G08B13/00GK202600875SQ20122019713
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者蔡永軍, 陳朋超, 黃維和, 孫異, 王禹欽, 馬云賓, 譚東杰, 冷有全, 李增彬, 宋寧, 楊喜良 申請人:中國石油天然氣股份有限公司