一种分布式光纤的周界安防系统的制作方法

1.本发明属于公共安全技术领域，涉及分布式光纤的周界安防系统，可广泛应用于对周界安防要求较高的场景，如核电站、铁路、管道、国境线等。


背景技术：

2.随着大型设施的不断建设，安防已成为保护大型设施的热门研究，如飞机场等周边安防预警、石油天然气管道入侵告警等，分布式光纤传感器成为应用前景最好的核心传感元件之一，能够准确可靠的识别所监测设施周边的入侵情况，提高周边范围的安全度。
3.与现有的光电类周界安防系统相比，分布式光纤周界安防系统具有无可比拟的优势。常见的有形周界安防技术有张力网、振动电缆、静电感应电缆、高压脉冲电网等。无形周界安防技术如红外对射、激光对射、微波对射、地埋泄露电缆、液压埋地探测等，它们大都无法对入侵事件进行精确定位，难以进行大范围布设，同时隐蔽性差，容易遭受破坏，且需要各器件供电。而分布式光纤周界安防系统将布设路径上的光纤全部转换为敏感元件，这些敏感元件相当于成千上万个点传感器，从而能够以低廉的单点监测成本进行大范围监测，同时具有单端无源等优点，实现对周边入侵情况的实时监测。


技术实现要素：

4.为了解决现有常见的有形、无形周界安防技术存在的定位不精确、大范围布控较难、隐蔽性差等问题，本发明提供一种分布式光纤周界安防系统，探测由外界振动影响的单模光纤中背向瑞利散射信号，通过解调处理确定外界振动位置，实现对周边入侵情况的实时监测。
5.一种分布式光纤的周界安防系统，其主要特征在于，周界安防系统包括：光源模块、控制器模块、光纤环形器、单模光纤、探测模块、数据采集模块、上位机系统模块、电源模块。
6.所述的光源模块，其特征在于：包括超窄线宽激光器和半导体光放大器，超窄线宽激光器与半导体光放大器连接。超窄线宽激光器可以发射连续光，半导体光放大器可同时兼具脉冲调制和一定程度的光放大功能，并且其控制方式简单，简化系统结构。
7.所述的控制器模块，其特征在于：利用信号发生器输出脉冲波形控制半导体光放大器，同时输出同步信号触发数据采集模块对信号进行采集。
8.所述的光纤环形器，其特征在于：所述光纤环形器第一端口连接所述光源模块，所述光纤环形器第二端口连接所述单模光纤，所述光纤环形器第三端口连接所述探测模块。
9.所述的探测模块，其特征在于：低噪声、高增益的光电探测器，探测单模光纤中背向瑞利散射信号。
10.所述的数据采集模块，其特征在于：高速数据采集卡将所述探测模块输出的模拟电信号转换为数字信号，然后传输给所述上位机系统模块。
11.所述的上位机系统模块，其特征在于：对信号的实时存储，且对原始数据进行一定
的处理并将处理结果以曲线形式在软件绘图区实时显示。所述上位机系统模块与控制器模块、数据采集模块连接。
12.与现有技术相比，本发明的优点是：
13.1、光源模块使用半导体光放大器兼具脉冲调制和光放大功能，并且其控制方式简单，在一定程度上简化系统结构、降低系统成本。
14.2、系统能够解决传统安防监控技术监控范围小、定位性能差、抗干扰能力弱、隐蔽性差、能耗大等缺陷问题。
15.3、系统中使用的单模光纤进行保护，防止光纤被轻易折断破坏。
附图说明
16.图1为本发明一种分布式光纤周界安防系统的结构图；
17.图中各标号分别表示为：1-光源模块，2-控制器模块，3
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光纤环形器，4-单模光纤，5-探测光纤，6-数据采集模块，7-上位机系统模块，8-电源模块。
具体实施方式
18.附图表示了本发明的技术方案及其实施例，下面再结合附图进一步描述其实施例的各有关细节。如图1所示，一种分布式光纤周界安防系统包括：光源模块1、控制器模块2、光纤环形器3、单模光纤4、探测模块5、数据采集模块6、上位机系统模块7、电源模块 8。
19.所述光源模块1中，超窄线宽激光器发射的连续光经过半导体光放大器调制后输出为光脉冲，其中半导体光放大器受控制器模块的脉冲波形控制，光脉冲经单模光纤4进入光纤环形器第一端口，光纤环形器第二端口连接所述单模光纤。
20.所述单模光纤4经特殊保护处理后，铺设于待安防监测周界，光脉冲在传感光纤上传播时在经过的每一处激发瑞利散射，由于光源发射的光具有高相干性，故背向散射光会在脉冲宽度内发生相干干涉，干涉光输入到光纤环形器3第二端口，由光纤环形器3第三端口输出进入探测模块5而被检测。由于控制器模块2同时输出同步信号触发数据采集模块6对信号进行采集，将所述探测模块5输出的模拟电信号转换为数字信号，然后传输给所述上位机系统模块7。
21.所述上位机系统模块7对信号的实时存储，且对原始数据进行一定的处理提取出振动信号的有用信息并将处理结果以曲线形式在软件绘图区实时显示，形成背向瑞利散射曲线，实现光纤上的安防监测。
22.当传感光纤上发生入侵事件，由于光弹效应，入侵振动位置处的背向瑞利散射光的相位会产生相应的变化，脉冲宽度内发生干涉的背向瑞利散射光强随之发生相应变化，其光脉冲信号和返回的背向散射信号的时间延迟t，利用下式即可计算出光纤上散射点与光纤首端的距离l，从而得到入侵事件的位置信息：
[0023][0024]
其中c表示光在真空中的传播速度；n表示光纤的折射率。


技术特征：
1.一种分布式光纤的周界安防系统，其特征在于，包括：光源模块(1)、控制器模块(2)、光纤环形器(3)、单模光纤(4)、探测模块(5)、数据采集模块(6)、上位机系统模块(7)、电源模块(8)。2.如权利要求书1所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述光源模块(1)包括超窄线宽激光器和半导体光放大器；超窄线宽激光器与半导体光放大器连接，超窄线宽激光器发射连续光，半导体光放大器同时兼具脉冲调制和光放大功能，其控制方式简单，简化系统结构。3.如权利要求书1所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述控制器模块(2)利用信号发生器输出脉冲波形控制半导体光放大器，同时输出同步信号触发数据采集模块对信号进行采集。4.如权利要求书1所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述光纤环形器(3)第一端口连接所述光源模块(8)，所述光纤环形器(3)第二端口连接所述单模光纤(4)，所述光纤环形器(3)第三端口连接所述探测模块(5)。5.如权利要求书1所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述探测模块(5)为低噪声、高增益的光电探测器，探测单模光纤(4)中背向瑞利散射信号。6.如权利要求书1所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述探测模块(5)包括高速数据采集卡，所述高速数据采集卡将所述探测模块(5)输出的模拟电信号转换为数字信号，然后传输给所述上位机系统模块(7)。7.如权利要求书3所述的分布式光纤的周界安防系统，其特征在于：所述上位机系统模块(7)对信号实时存储，且对原始数据进行处理并将处理结果以曲线形式在软件绘图区实时显示；所述上位机系统模块(7)与控制器模块(2)、数据采集模块(6)连接。

技术总结
本发明公开了一种分布式光纤的周界安防系统，涉及公共安全技术领域；本发明的一种分布式光纤的周界安防系统，它包括光源模块、控制器模块、光纤环形器、单模光纤、探测模块、数据采集模块、上位机系统模块、电源模块；所述控制器模块控制光源模块输出窄线宽脉冲激光和控制数据采集模块触发；所述探测模块和数据采集模块分别探测并采集由外界振动影响的单模光纤中背向瑞利散射信号，通过解调处理确定外界振动位置，实现对周边入侵情况的实时监测。本发明解决传统安防监控技术监控范围小、定位性能差、抗干扰能力弱、隐蔽性差、能耗大等缺陷问题，可广泛应用于周界安防。可广泛应用于周界安防。可广泛应用于周界安防。


技术研发人员：周俊楠 高林鹤 邓菲 杜卫达 贾英新 王勇 靳晔 庞增拴
受保护的技术使用者：河北省机电一体化中试基地有限公司
技术研发日：2022.10.21
技术公布日：2023/1/13