專利名稱：全光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)擾動(dòng)檢測(cè)光路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及長(zhǎng)距離分布式安全監(jiān)測(cè)的工程和裝備，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)上的各類 振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，屬于全光纖傳感和安全防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于居民居住小區(qū)以及具有重大價(jià)值的設(shè)施目標(biāo)，比如大壩，石油、天然氣管 道，倉(cāng)庫(kù)、博物館甚至國(guó)境線等，對(duì)安全防護(hù)的需求越來(lái)越大。這些具有重大價(jià)值 的設(shè)施和目標(biāo)， 一旦被不法份子滲透破壞，將對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全乃至國(guó)家的安 全造成重大的破壞，因此急需進(jìn)行有效的安全保護(hù)。
目前，對(duì)于安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛的是紅外對(duì)射式方案。該方案雖然簡(jiǎn)單、 廉價(jià)，但是易于被入侵者發(fā)現(xiàn)，使入侵者可以比較容易的避開(kāi)監(jiān)控點(diǎn)。因此該方案 很難對(duì)入侵者進(jìn)行有效的監(jiān)控。除此之外，還有基于"振動(dòng)電纜"或"泄漏電纜" 的防衛(wèi)系統(tǒng)，這兩種方案雖然一定程度上可以解決紅外對(duì)射式方案的問(wèn)題，但整個(gè) 系統(tǒng)成本相對(duì)較高，且電子系統(tǒng)也易受外界的干擾，造成"虛報(bào)"。
針對(duì)上述問(wèn)題，目前已提出了基于光纖的安全監(jiān)控系統(tǒng)。由普通的通信光纖作 為傳感器。當(dāng)外界施加在光纖上的物理量諸如應(yīng)力等發(fā)生變化的時(shí)候，通過(guò)光纖的 光的各個(gè)參量如相位、振幅、頻率等將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)這些變化量即 可探知外界的情況。目前，基于光纖的安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用了基于OTDR技術(shù)和 干涉技術(shù)兩種方案。目前OTDR技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，采用OTDR的技術(shù)方案 易于實(shí)現(xiàn)，但是該方案靈敏度較低，無(wú)法檢測(cè)出微小的振動(dòng)，且隨著監(jiān)測(cè)距離的增 加，其監(jiān)測(cè)和定位精度將有所降低。
針對(duì)OTDR所存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的一些公司和研究機(jī)構(gòu)提出了一系列的方 案。如澳大利亞的FFT (Future Fiber Technologies)公司提出的基于Mach-Zehnder 干涉儀的光纖監(jiān)控系統(tǒng)。但是由于需要在實(shí)際施工時(shí)同時(shí)埋設(shè)三根光纖，不但增加 了系統(tǒng)的成本，而且極大的提高了系統(tǒng)構(gòu)建的難度。
而且，對(duì)于基于干涉原理的傳感干涉系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)只能對(duì)某個(gè)特定的頻率 范圍的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傳感，這就極大的限制了系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)信息的獲取量，對(duì)防
護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)了一定的不可靠的因素。 發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是發(fā)明一種全光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)擾動(dòng)檢測(cè)光路裝置， 是對(duì)重要建筑物和設(shè)施提供安全保護(hù)的高靈敏度光纖的光路裝置，具有很高的靈敏 度，可以檢測(cè)的干擾信號(hào)的頻帶可以很寬。
技術(shù)方案該裝置包括寬帶光源、光纖耦合器、干涉儀、傳感光纖四個(gè)部分； 寬帶光源的光輸出口接第一光纖耦合器的第一雙向光端口，第一光纖耦合器的第二 雙向光端口和第三雙向光端口分別接干涉儀的第一輸入端和第二輸入端，第一光電 檢測(cè)電路、第二光電檢測(cè)電路光輸入端分別接千涉儀的第一輸出端和第二輸出端， 傳感光纖中的一個(gè)雙向光端口接干涉儀的第二輸入端，而傳感光纖另一個(gè)雙向光端 口接第二光纖耦合器中的第三雙向光端口。干涉儀由光纖耦合器、光纖延遲線組成； 第三光纖耦合器的第一雙向光端口和第二雙向光端口分別連接第一光纖延遲線的 一個(gè)雙向光端口和第五光纖耦合器的第八雙向光端口；第一光纖延遲線的另一個(gè)雙 向光端口和第五光纖耦合器的第九雙向光端口分別連接1X3光纖耦合器的第十雙 向光端口和第十一雙向光端口；第四光纖耦合器的第三雙向光端口和第四雙向光端 口分別連接第五光纖耦合器的第五雙向光端口和第二光纖延遲線的一個(gè)雙向光端 口；第二光纖延遲線5的另一個(gè)雙向光端口與1X3光纖耦合器的第十二雙向光端 口相連，第十三雙向光端口為輸出端。
將寬帶光源發(fā)出的光送入干涉儀中，并通過(guò)干涉儀送入傳感光纖當(dāng)該光到達(dá)傳 感光纖末端后，又沿原路返回干涉儀中，并在干涉儀中形成干涉信號(hào)。當(dāng)外界發(fā)生 振動(dòng)的時(shí)候，諸如個(gè)人闖入、周圍施工以及自然災(zāi)害等，則干涉信號(hào)將發(fā)生相應(yīng)的 變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)設(shè)施的安全防護(hù)。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
采用了基于干涉的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵的探測(cè)，靈敏度高，當(dāng)外界入侵者以不同 的形式接近或破壞受保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)即可準(zhǔn)確的探測(cè)出入侵的存在。
采用了雙干涉光路設(shè)計(jì)，不但擴(kuò)大了振動(dòng)檢測(cè)的頻率范圍，還使系統(tǒng)的可靠性 大大提高。
只用了一根光纖用于傳感，不但降低了系統(tǒng)的成本，而且極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)安 裝的難度。


圖l是本發(fā)明總體框圖。其中有寬帶光源l，第一光纖耦合器6、第二光纖
耦合器12，傳感光纖ll，第一光電檢測(cè)電路2、第二光電檢測(cè)電路3，干涉儀13。 圖2為本發(fā)明中干涉儀的光路結(jié)構(gòu)圖。其中有第一光纖延遲線4、第二光纖 延遲線5，第三光纖耦合器7、第四光纖耦合器8，第五光纖耦合器9，第六光纖耦 合器IO。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 如圖l所示，
第一光纖耦合器6、第二光纖耦合器12、第五光纖耦合器9為1X2光纖耦合器， 第三光纖耦合器7、第四光纖耦合器8為2X2光纖耦合器，第六光纖耦合器10為1 X3光纖耦合器。第一光電檢測(cè)電路2和第二光電檢測(cè)電路3由光電二極管、運(yùn)算 放大器LF353以及相應(yīng)的電阻、電容元件組成。寬帶光源1采用瑞士 EXALOS公 司的光源模塊ESL1510-2111。第一光纖延遲線4采用了康寧公司的IO公里光纖。 第二光纖延遲線5采用了康寧公司的5公里光纖。
該裝置包括寬帶光源、光纖耦合器、干涉儀、傳感光纖四個(gè)部分；寬帶光源1 的光輸出口接第一光纖耦合器6的第一雙向光端口 6a，第一光纖耦合器6的第二雙 向光端口 6b和第三雙向光端口 6c分別接干涉儀13的第一輸入端13b和第二輸入端 13e，第一光電檢測(cè)電路2、第二光電檢測(cè)電路3光輸入端分別接干涉儀13的第一 輸出端13a和第二輸出端13c，傳感光纖11中的一個(gè)雙向光端口接干涉儀13的第 二輸入端13d，而傳感光纖11另一個(gè)雙向光端口接第二光纖耦合器12中的第三雙 向光端口 12a。干涉儀13由光纖耦合器、光纖延遲線組成；第三光纖耦合器7的第 一雙向光端口 7b和第二雙向光端口 7d分別連接第一光纖延遲線4的一個(gè)雙向光端 口和第五光纖耦合器9的第八雙向光端口 9a;第一光纖延遲線4的另一個(gè)雙向光端 口和第五光纖耦合器9的第九雙向光端口 9b分別連接1X3光纖耦合器10的第十雙 向光端口 10a和第i^一雙向光端口 10b;第四光纖耦合器8的第三雙向光端口8b和 第四雙向光端口 8d分別連接第五光纖耦合器9的第五雙向光端口 9c和第二光纖延 遲線5的一個(gè)雙向光端口；第二光纖延遲線5的另一個(gè)雙向光端口與1X3光纖耦合 器10的第十二雙向光端口 10c相連，第十三雙向光端口 10d為輸出端。
寬帶光源1發(fā)出的光由光源的光輸出端口送入第一光纖耦合器6第一雙向光端 口6a，光在第一光纖耦合器6中一分為二，并從第二雙向光端口 6b和第三雙向光 端口6c輸出，分別送入干涉儀13中的第一輸入端13b和第二輸入端13e中。送入 干涉儀13中的光從第二輸入端13d中送入傳感光纖U。經(jīng)傳感光纖11后送入第二 光纖耦合器12的第三雙向光端口 12a中。光在第二光纖耦合器12中再次一分為二， 并通過(guò)該耦合器的第十四雙向光輸出端口 12b和第十五雙向光輸出端口 12c輸出。 由于第十四雙向光輸出端口 12b和第十五雙向光輸出端口 12c通過(guò)光纖相連，因此 由第十四雙向光輸出端口 12b輸出的光將通過(guò)第十五雙向光輸出端口 12c再次送入 第二光纖耦合器12中；而由第十五雙向光輸出端口 12c輸出的光將通過(guò)第十四雙向 光輸出端口 12b再次送入第二光纖耦合器12中。該光將通過(guò)第三雙向光端口 12a 輸出。并再次經(jīng)過(guò)傳感光纖11中送入干涉儀13的第二輸入端13e中。該光將在千 涉儀13中形成兩路干涉。干涉光通過(guò)干涉儀13的第一輸出端13a和第二輸出端13c 分別送入第一光電檢測(cè)電路2和第二光電檢測(cè)電路3中。
如圖2所示，第一光纖耦合器6通過(guò)第二雙向光端口 6b和第三雙向光端口 6c 輸出的光，分別送入第三光纖耦合器7的第十六雙向光端口 7c和第四光纖耦合器8 的第十七雙向光端口8 c中。送入第三光纖耦合器7中的光一分為二，分別由第一 雙向光端口 7b和第二雙向光端口 7d送入第一光纖延遲線4和第五光纖耦合器9的 第八雙向光端口 9a中。而送入第四光纖耦合器8中的光也將一分為二，分別由第三 雙向光端口 8b和第四雙向光端口 8d送入第二光纖延遲線5和第五光纖耦合器9的 第五雙向光端口 9c中。進(jìn)入第一光纖延遲線4和第二光纖延遲線5的光分別通過(guò)其 另一個(gè)雙向光端口送入1X3光纖耦合器10的第十雙向光端口 10a和第十二雙向光 端口 10c中。而送入第五光纖耦合器9中的光通過(guò)第九雙向光端口9b送入lX3光 纖耦合器10的第十一雙向光端口 10b中。送入1X3光纖耦合器10中的光將通過(guò)其 第十三雙向光端口 lOd送入傳感光纖ll中。
從傳感光纖11中反射回來(lái)的光經(jīng)1X3光纖耦合器10的第十三雙向光端口 10d 送入1X3光纖耦合器10中，并一分為三，分別通過(guò)其第十雙向光端口 10a、第十 一雙向光端口 10b和第十二雙向光端口 10c送入第一光纖延遲線4、第五光纖耦合 器9的第九雙向光端口9b、和第二光纖耦合器5。送入第五光纖耦合器9的光將再 次一分為二分別通過(guò)其第八雙向光端口 9a和第五雙向光端口 9c送入第三光纖耦合 器7的第二雙向光端口 7d和第四光纖耦合器8的第三雙向光端口 8b中。送入第一
光纖延遲線4中的光將通過(guò)其另一個(gè)端口送入第三光纖耦合器7的第二雙向光端口 7d中；而送入第二光纖耦合器5中的光也將通過(guò)其另一個(gè)端口送入第四光纖耦合器 8的第三雙向光端口 8b中。通過(guò)第三光纖耦合器7的第一雙向光端口 7b和第二雙 向光端口 7d送入第三光纖耦合器7中的光將發(fā)生干涉，并通過(guò)其雙向光端口 a將攜 帶干涉信號(hào)的光送入第一光電檢測(cè)電路2中。而通過(guò)第四光纖耦合器8的第三雙向 光端口 8b和第四雙向光端口 8d送入第四光纖耦合器8中的光將發(fā)生干涉，并通過(guò) 其雙向光端口 8a將攜帶干涉信號(hào)的光送入第二光電檢測(cè)電路3中。
由于光所能檢測(cè)的振動(dòng)頻率與光纖延遲線的長(zhǎng)度相關(guān)。本發(fā)明采用雙光路干涉 技術(shù)。兩個(gè)干涉光路采用長(zhǎng)度不同的光纖延遲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)很寬的頻率范圍內(nèi)的 振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。
權(quán)利要求1.一種全光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)擾動(dòng)檢測(cè)光路裝置，其特在于該裝置包括寬帶光源、光纖耦合器、干涉儀、傳感光纖四個(gè)部分；寬帶光源(1)的光輸出口接第一光纖耦合器(6)的第一雙向光端口(6a)，第一光纖耦合器(6)的第二雙向光端口(6b)和第三雙向光端口(6c)分別接干涉儀(13)的第一輸入端(13b)和第二輸入端(13e)，第一光電檢測(cè)電路(2)、第二光電檢測(cè)電路(3)光輸入端分別接干涉儀(13)的第一輸出端(13a)和第二輸出端(13c)，傳感光纖(11)中的一個(gè)雙向光端口接干涉儀(13)的第二輸入端(13d)，而傳感光纖(11)另一個(gè)雙向光端口接第二光纖耦合器(12)中的第三雙向光端口(12a)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)擾動(dòng)檢測(cè)光路裝置，其特征在 于干涉儀(13)由光纖耦合器、光纖延遲線組成；第三光纖耦合器(7)的第一雙向 光端口 (7b)和第二雙向光端口 (7d)分別連接第一光纖延遲線(4)的一個(gè)雙向光 端口和第五光纖耦合器(9)的第八雙向光端口 (9a);第一光纖延遲線(4)的另一 個(gè)雙向光端口和第五光纖耦合器(9)的第九雙向光端口 (％)分別連接1X3光纖 耦合器(10)的第十雙向光端口 (10a)和第十一雙向光端口 (10b);第四光纖耦合 器(8)的第三雙向光端口 (8b)和第四雙向光端口 (8d)分別連接第五光纖耦合器 (9)的第五雙向光端口 (9c)和第二光纖延遲線5的一個(gè)雙向光端口；第二光纖延 遲線(5)的另一個(gè)雙向光端口與1X3光纖耦合器(10)的第十二雙向光端口 (10c) 相連，第十三雙向光端口 (10d)為輸出端。
專利摘要全光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)擾動(dòng)檢測(cè)光路裝置涉及長(zhǎng)距離分布式安全監(jiān)測(cè)的工程和裝備，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)上的各類振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該裝置包括寬帶光源、光纖耦合器、干涉儀、傳感光纖四個(gè)部分；對(duì)重要建筑物和設(shè)施提供安全保護(hù)的高靈敏度光纖的光路裝置，具有很高的靈敏度，可以檢測(cè)的干擾信號(hào)的頻帶可以很寬。
文檔編號(hào)G02B6/28GK201191220SQ20082011622
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者萬(wàn)遂人, 孫小菡, 強(qiáng) 殷, 王曉勇, 豐 田, 趙興群, 樸 韋 申請(qǐng)人:東南大學(xué)