以極少芯數光纜構成的光纖周界入侵檢測系統的制作方法

本發明涉及一種周界入侵檢測系統，尤其涉及一種以極少芯數光纜構成的光纖周界入侵檢測系統(Fiber-Optic Perimeter Intrusion Detection System)。

背景技術：

一般市面上用于周界入侵檢測的光纖系統，主要是一種以光纖為感測體(Sensor body)的布置于周界圍籬或土層，且配合一監控主機，具有周界遭入侵時能發出警示的系統。傳統的光纖系統是利用一光纖干涉儀，例如：一馬階進德干涉儀(Mach-Zehnder interferometer)、一桑克干涉儀(Sagnac interferometer)等，通過感測入侵時對光纖的振動而引發一光強度或一光功率的變化情形，由該監控主機判定該光強度變化的特征是否屬于一人為入侵，若是則發出警示。

在現有技術的應用上，有一種已知的周界入侵檢測系統，請參閱圖10所示，其中包括一監控主機內的雷射光源90、兩個光路分光器91A,91B、一光接收器92、一數據擷取器(Data Acquisition,DAQ)93，該等光路分光器91A、91B與一條光纜中的三條光纖901構成一馬階進德干涉儀，并由該數據擷取器93將數據提供給一計算機(軟件)94進行處理。另有一種已知的周界入侵檢測系統，請參閱圖11所示，其中僅有一個光路分光器91A、一光接收器92、前述的數據擷取器93及該計算機94，該光路分光器91A利用一條光纜中的二條光纖901架構成一桑克干涉儀，該桑克干涉儀的一光纖回路是利用一條光纜中的二條光纖901于其尾端互相連接而構成，如圖11所示，其中二條光纖901于其尾端互相連接就是該光纖回路的末端的位置，如果人為入侵的拍擊振動愈靠近該光纖回路尾端，則由該光接收器92偵測到的振動訊號愈弱，則偵測愈不靈敏，上述兩種周界入侵檢測系統中的光纜任何位置受到拍擊振動，皆會產生訊號，至于是在何處產生拍擊振動，皆無法分辯。

而在現有技術中為了要分辨何處產生拍擊振動，一般傳統而直接的做法是，將待偵測的區域畫分成多個子區域(稱作防區)，而各個防區皆有各自的一光纖干涉儀，且這些干涉儀彼此基本上不互相影響，遂而各自操作。舉例而言，如圖12所示，其中包括一防區一、一防區二、一防區三，該防區一是由三組光纖回路(1),(2),(3)組成，三組光纖回路(1),(2),(3)具有一段7芯光纜，該防區二是由兩組光纖回路(2),(3)組成，兩組光纖回路(2),(3)具有一段5芯光纜，該防區三的光纖回路(3)具有一段3芯光纜，必需明白的是，當防區數愈多，所使用的光纜內含的光纖數目(芯數)就需要更多，即需要更多芯數的光纜，才能實質構成多防區入侵檢測系統，例如：N防區系統所需的最大芯數為2N+1，依次為2N-1，2N-3，…。如果為16防區，則需要的16段光纜分別含的芯數為33，31，29，…，所以12段光纜的含芯數超過10個，7段光纜的含芯數超過20個，含芯數愈多，則光纜的價格也愈高。

綜上所述，現有技術中為了要偵測多防區的入侵事件，而使用各自的光纖導引至其干涉儀的做法并不經濟，尤其在鋪設長距離多防區系統的情況下，多芯數的光纜的價格影響最大，因此，針對如何降低整個多防區光纖入侵檢測系統的架設成本，同時針對現有技術中的干涉儀仍有偵測靈敏較弱的問題，確實有待提出更佳解決方案的必要性。

技術實現要素：

有鑒于上述現有技術的不足，本發明的主要目的是提供一種以極少芯數光纜構成的光纖周界入侵檢測系統，透過將極少的光纜芯數應用在多個防區，實時的訊號分析，判斷出多防區內是否有入侵事件發生，以有效提升偵測的靈敏度及降低制造成本。

為達成上述目的所采取的主要技術方案是令前述以極少芯數光纜構成的光纖周界入侵檢測系統，其包括：

一光源系統，提供多個波長的光源；

多個防區的光路系統，個別具有至少一光纖回路，該光纖回路的一光纜芯數不超過4個；

一光路轉置器，連接在該光源系統、該光路系統之間；

一多波長分波多工接收系統，與該光路轉置器連接；

一數據分析顯示與報警系統，與該多波長分波多工接收系統連接；

其中，當所述的光源通過所述光路系統，將一個以上的干涉訊號通過該光纖回路傳回該光路轉置器，通過該多波長分波多工接收系統根據該干涉訊號產生一輸出訊號，并傳送給該數據分析顯示與報警系統，通過該數據分析顯示與報警系統分析判斷多防區內是否有入侵事件發生。

優選的，該光路轉置器由一光路分光器或一光循環器構成。

優選的，該光路系統個別由一麥克森干涉儀及/或一桑克干涉儀構成。

優選的，該光路系統進一步是個別包括一分波多工濾波器、一光路分光器、至少一反射器、一條至少含有三條光纖的光纜，當光源自上一防區或該光路轉置器射向該分波多工濾波器，其中一個波長的光被導向該光路分光器，且一分為二進入兩條光纖，再通過該反射器反射回該光路分光器，將兩條光纖的光合而為一，通過該分波多工濾波器射回上一防區或傳回該光路轉置器。

優選的，該反射器由另一光路分光器構成。

優選的，該光路系統使用2×2或1×2的光路分光器，將各個防區分成一第一部分與一第二部分，其該第一部分與該第二部分的光纖個別在同一條光纜中。

優選的，該光路系統的光纜具有三條光纖，其中兩條光纖作為一感測光纖，另一條光纖作為一傳導光纖。

優選的，該多波長分波多工接收系統包括多數的分波多工濾波器和多數的光接收器組接而成。

優選的，該光源系統的多個波長的光源，分別由多個不同波長的二極體雷射構成，并透過一波長分波多工器結合于一條光纖。

優選的，該光源系統的多個波長的光源，由多個不同波長的一摻鉺光纖雷射構成。

通過采用上述技術方案，本發明通過該光源系統提供多個波長的光源，并透過該光路轉置器將光源導引至該光路系統，該光路系統的光纜芯數不超過4個，當光源通過該光路系統并將干涉訊號傳回該光路轉置器，該光路轉置器再將干涉訊號導引至該多波長分波多工接收系統，并進一步由該多波長分波多工接收系統將干涉訊號轉換成該輸出訊號后傳輸至該數據分析顯示與報警系統，通過該數據分析顯示與報警系統對電訊號的分析，能夠實時判斷多防區內是否有入侵事件發生，通過在多防區使用極低數量的光纜芯數，達到有效提升偵測的靈敏度及降低制造成本的目的。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中，

圖1是本發明一較佳實施例的多防區光纖周界入侵檢測系統架構圖。

圖2是本發明一較佳實施例的使用麥克森光纖干涉儀的光路系統示意圖。

圖3是本發明又一較佳實施例的使用麥克森光纖干涉儀的光路系統示意圖。

圖4是本發明一較佳實施例的使用桑克光纖干涉儀的光路系統示意圖。

圖5是本發明一較佳實施例的多波長分波多工接收器的應用狀態示意圖。

圖6是本發明一較佳實施例的不同光路分光器所構成的反射器架構示意圖。

圖7是本發明一較佳實施例的使用多個光源結合于一輸出光纖的應用方式示意圖。

圖8是本發明另一較佳實施例的多波長光纖雷射架構示意圖。

圖9是本發明一較佳實施例的N+M個防區的光纖周界入侵檢測系統架構圖。

圖10是一種已知的單一防區馬階進德干涉儀架構的系統方塊圖。

圖11是一種已知的單一防區桑克干涉儀架構的系統方塊圖。

圖12是一種已知的多組使用馬階進德干涉儀的三防區系統光路示意圖。

附圖標記說明：

10,10A 光源系統

11 二極體雷射 11A 幫浦雷射

12 波長分波多工器 121 分波多工濾波耦合器

122 2XN 光路分光器 123 摻鉺光纖

124 光隔絕器

20 光路轉置器

30,30A 光路系統 31 分波多工濾波器

32,32A 光路分光器 33 反射器

40,40A 多波長分波多工接收系統

41 光接收器 42 多工濾波器

50 數據分析顯示與警報系統

90 雷射 901 光纖

91A,91B 光路分光器 92 光接收器

93 數據擷取器 94 計算機

具體實施方式

以下配合附圖及本發明的較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段。

關于本發明以極少芯數光纜構成的光纖周界入侵檢測系統的一較佳實施例，請參考圖1所示，其中包括一光源系統10、一光路轉置器20、多個防區的光路系統30、一多波長分波多工接收系統40以及一數據分析顯示與報警系統50，該光源系統10可提供多個波長的光源，該光路系統30具有至少一光纖回路，在本較佳實施例中該光纖回路的一光纜芯數(即光纖的數量)不超過4個，該光路轉置器20連接在該光源系統10、該光路系統30之間，該多波長分波多工接收系統40分別與該光路轉置器20、該數據分析顯示與報警系統50連接；其中，當多個波長的光源分別通過所述多個防區的光路系統30，將一個以上的干涉訊號通過該光路系統30的光纖回路傳回該光路轉置器20，且通過該多波長分波多工接收系統40根據該干涉訊號產生一輸出訊號，在本較佳實施例中該輸出訊號可為一電訊號，并由過該多波長分波多工接收系統40將該電訊號傳送給該數據分析顯示與報警系統50，通過該數據分析顯示與報警系統50分析判斷多防區內是否有入侵事件發生；在本較佳實施例中，該數據分析顯示與報警系統50具有可以同時擷取多頻道的類比訊號(Analog signal)并轉換為數字位(Digital)信息的數據擷取(Data acquistion)器件。

在本較佳實施例中，該光路轉置器20可由一光路分光器或一光循環器(Optical circulator)所構成；此光路轉置器20亦是將該光源系統10的光導引至多個防區的光路系統30。

在本較佳實施例中，所述多個防區的光路系統30可由一麥克森干涉儀或一桑克干涉儀所構成，也可以是僅其中一部分由一麥克森干涉儀所構成，另一部分由一桑克干涉儀所構成，本較佳實施例僅是舉例而非加以限制。為要說明該光路系統30的一運作原理，請參閱圖2所示，其中該光路系統30進一步包括一分波多工濾波器31、一光路分光器32、一反射器33、一條至少含有三條光纖的光纜；其中，當前述多個波長的光源(如雷射光)自上一防區(左邊)射向該分波多工濾波器31，其中一個波長的雷射光被導向該光路分光器32，且一分而分別進入兩條光纖中，并分別射向該反射器33，然后再通過該反射器33反射后各自返回該光路分光器32，將兩條光纖的光合而為一，射回該分波多工濾波器31，然后射回上一防區(左邊)，如此便可將前述麥克森干涉儀的干涉訊號射回上一防區，最終返回至該光路轉置器20。

如上述的干涉訊號從該光路系統30射回該光路轉置器20時，該光路轉置器20便將干涉訊號導引至該多波長分波多工接收系統40。需強調的是，如圖1、2所示，若屬于第一個防區光路系統則其左邊無上一防區；若屬于最后防區者，即第N個防區光路系統，則無右邊的下一防區。在本較佳實施例中，該分波多工濾波器31可將自該光源系統10的多個波長的雷射光各自取一個波長的雷射光導引至各個麥克森干涉儀，并將這些從各個麥克森干涉儀返回的干涉訊號導引射回該光路轉置器20，并由該光路轉置器20將所有的干涉訊號導引至多波長分波多工接收系統40。

在本較佳實施例中，N個防區的光路系統30的波長多工濾波器31的一帶通波長(passband wavelength)，可與多波長分波多工接收系統40本身已內建的波長多工濾波器的一帶通波長各別相對應，即該N個防區的光路系統30的N個帶通波長各自是與該多波長分波多工接收系統40的N個帶通波長是相同的。在本較佳實施例中，該光路系統30中的分波多工濾波器31可以與多波長多工接收系統40中的分波多工濾波器是各自相同的。如此一來，各個防區中的干涉訊號彼此不會受到干擾，使得任何一個防區的麥克森干涉儀的光纖受入侵振動時所產生的干涉訊號，以并聯方式傳輸至前述的數據分析顯示與報警系統50中，經過分析與判斷，若分析判斷為人為入侵引生振動所產生的干涉訊號，則該數據分析顯示與報警系統50發出示警，同時透過一顯示接口(圖中未示)，例如一計算機屏幕，標示被入侵的防區。

關于本發明又一較佳實施例，請參閱圖3所示，本較佳實施例的主要技術內容與前一實施例大致相同，只有該反射器33有所不同，本較佳實施例中的反射器33可由另一光路分光器32A構成，因此前述的麥克森光纖干涉儀的兩條光纖干涉臂的末端也可以共享一2×2光路分光器，該2×2光路分光器的輸出端的兩條光纖連接而形成尾端回路，其輸入端的兩條光纖則分別與干涉儀的兩條光纖干涉臂連接。另外，如圖4所示，該光路系統30可使用2×2或1×2的光路分光器32，將防區分成一第一部分與一第二部分，其第一部分與第二部分的兩條感測光纖在同一條光纜中，則該兩部分的光纜在任何一個位置遭受振動時，皆能引起兩處感測光纖振動，且至少有一處的振動位置不是處在非靈敏區或弱靈敏區，所以此為一桑克光纖干涉儀，能在任何處的光纜受振動皆能產生靈敏的感測訊號，該光路分光器32的兩條輸出端光纖是各別連接兩條感測光纖。前述各較佳實施例中的光路系統30所建置而成的多防區光纖周界入侵檢測系統，皆是使用光纜中的三條光纖，其中兩條光纖作為一感測光纖，另一條光纖作為一傳導光纖。

為要進一步說明上述各較佳實施例中的多波長分波多工接收系統40，敘述如后。如圖5所示，該多波長分波多工接收系統40包括多數的分波多工濾波器(Wavelength Division Multiplexing filter,WDM filter)42和多數的光接收器(Photodiodes,PD)41組接而成，該多波長分波多工接收系統40通過該等光接收器41連接該數據分析顯示與報警系統50。又如圖6所示，前述的反射器33的結構亦可為使用兩只2×2光路分光器(a)，每一只2×2光路分光器輸出端的兩條光纖連接而形成尾端回路，其輸入端兩條光纖可取任一條來使用而與麥克森干涉儀兩臂光纖之一連接，光源由輸入端的任一條光纖輸入則有絕大部分的光由光纖反射回去，而麥克森干涉儀另一臂光纖則與另一只2×2光路分光器做同樣連接。如此，麥克森干涉儀兩臂光纖各自與一只2×2光路分光器做連接；前述的光路分光器32A可為一1×2光路分光器(b)，其輸出端的兩條光纖亦同樣連接而形成尾端回路，其輸入端僅有一條光纖，光源由該輸入端光纖輸入，則有絕大部分的光由光纖反射回去。另如圖7所示，前述該光源系統10為提供多個波長的雷射光輸出于一條光纖的系統，且每個波長皆對應每個防區在光路系統中的分波多工濾波器的帶通波長，該光源系統10的多個波長的雷射光，可以由多個不同波長的二極體雷射(Laser diode)11的輸出光構成，并透過一波長分波多工器(wavelength division multiplexer)12結合于一條光纖，也可以是由多個不同波長的一摻鉺光纖雷射構成。

關于前一較佳實施例中該光源系統10的多個波長的光纖雷射架構，請參閱圖8所示，其中提供一2×N光路分光器122，其輸入端供2條光纖連接，且其中之一的光纖可作為連接共振回路所用，另一光纖作為輸入一幫浦雷射(Pump laser)11A，該2×N光路分光器122與多數的摻鉺光纖(EDF；Erblum doped fiber)123連接以形成多數的增益放大器。多數的摻鉺光纖123分別與一分波多工濾波器(WDM filter)的通帶(pass band)光纖連接，以形成一具有增益放大器的一共振腔。

關于將本發明光纖周界入侵檢測系統應用于N+M個防區的應用方式，請參閱圖9所示，前述各較佳實施例中的光源系統10、光路轉置器20、多個防區光路系統30和多波長分波多工接收系統40可以形成一個具有N+M個防區光路系統的光纖周界入侵檢測系統，其中包括一N個防區光路系統30以及另一M個防區光路系統30A，合而為N+M個防區光路系統的光纖周界入侵檢測系統；而共享一個具有同時接收N+M個模擬訊號并轉為數字信息的數據擷取器件的數據分析顯示與報警系統50，值得一提的是，在該N+M個防區光路系統中所使用的光纖芯數在前段為4個，在后段則為3個，舉N＝M＝8的例子來說，總防區數目為16，則每一個防區使用的光纜光纖芯數不超過4；若N＝M＝16，總防區數目為32，則每一個防區使用的光纜光纖芯數亦不超過4。當然，也可以使用多個上述系統合而為一個可具有更多防區光路系統的光纖周界入侵檢測系統，而且上述系統也可以用在不同線路方向的區域的周界入侵檢測上。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。