專利名稱：雙向干涉式光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)屬于光纖傳感和安防監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及長(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)區(qū)域的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和定位。
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)上述問題，目前己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)主要釆用了基于OTOR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。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對(duì)目前安全防護(hù)系統(tǒng)所存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種雙向 干涉式光纖傳感器。該裝置具有很高的靈敏性，并能對(duì)外界振動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行精確的定位。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的雙向干涉式光纖傳感器的寬帶光源的輸出接1X2光 纖耦合器的輸入端，1X2光纖耦合器、第二光電檢測(cè)電路的輸出端分別接第一2X2 光纖耦合器的輸入端，第一光電檢測(cè)電路、1X2光纖耦合器的輸出端分別接第二2 X2光纖耦合器的輸入端，第一 2X2光纖耦合器的輸出端通過第一光纖延遲線接第 一 1X2光纖耦合器的輸入端，第二2X2光纖耦合器的輸出端通過第二光纖延遲線 接第二 1X2光纖耦合器的輸入端，第一 1 X2光纖耦合器、第二 1 X2光纖耦合器通 過傳感光纖相連接。
第一光電檢測(cè)電路、第二光電檢測(cè)電路相同，分別包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn) 算放大器、A/D采樣模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、光電二極管；其中，光電二極管和 第三電阻接第一光電檢測(cè)電路的輸入端，第一光電檢測(cè)電路的輸出端通過第二電阻 接第二運(yùn)算放大器的輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端接A/D采樣模塊，A/D采樣 模塊的輸出端接數(shù)字信號(hào)處理模塊。
本實(shí)用新型的基于干涉原理的全光纖寬域擾動(dòng)檢測(cè)定位光路裝置，將寬帶光源 發(fā)出的光送入干涉儀中，并通過干涉儀送入傳感光纖。該光在另一個(gè)干涉儀中形成 干涉信號(hào)，并最終由相應(yīng)的光電檢測(cè)電路識(shí)別。當(dāng)外界發(fā)生擾動(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)。
在上述的安全防護(hù)中，本方案還實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界擾動(dòng)點(diǎn)的精確定位。往兩個(gè)干涉 儀中同時(shí)送入寬帶光，兩束寬帶光在傳感光纖中相向而行，并分別通過另一個(gè)干涉 儀送入兩個(gè)獨(dú)立的光電檢測(cè)電路中。如果此時(shí)在傳感光纖中的某個(gè)點(diǎn)發(fā)生擾動(dòng)或者 入侵行為，則通過該點(diǎn)的光的相位將發(fā)生改變。通過計(jì)算該發(fā)生相位變化的光到達(dá) 兩個(gè)干涉儀的時(shí)間差，從而間接的知道了擾動(dòng)點(diǎn)在傳感光纖中的位置。 有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
采用了基于干涉的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵的探測(cè)，靈敏度高，當(dāng)外界入侵者接近防 護(hù)光纖時(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)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)入侵的定位。
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是本實(shí)用新型總體框圖。其中有寬帶光源7， 1X2光纖耦合器6，傳感 光纖5，第一光電檢測(cè)電路IO、第二光電檢測(cè)電路ll，第一2X2光纖耦合器3、 第二2X2光纖耦合器8，第一1X2光纖耦合器4、第二1X2光纖耦合器9，第一 光纖延遲線l、第二光纖延遲線2。
圖2是光電檢測(cè)電路原理框圖。其中有第一電阻R1、第二電阻R2、第三電 阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5，第一運(yùn)算放大器A1、第二運(yùn)算放大器A2，電 容C1， A/D采樣模塊12，數(shù)字信號(hào)處理模塊13，光電二極管14。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，寬帶光源7發(fā)出的光經(jīng)1X2光纖耦合器6—分為二，分別同時(shí)送 入第一 2X2光纖耦合器3和第二 2X2光纖耦合器8。送入第一 2X2光纖耦合器3 的光經(jīng)傳感光纖5后，在第二 2X2光纖耦合器8中形成干涉。并通過第一光電檢測(cè) 電路10實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理。同時(shí)光源送入第二 2X2光纖耦合器8的光經(jīng)傳感光纖 5在第一2X2光纖耦合器3中形成干涉。并通過第二光電檢測(cè)電路11實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào) 的處理。
當(dāng)傳感光纖5中某點(diǎn)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，經(jīng)過該點(diǎn)的光的相位將發(fā)生變化，則攜帶發(fā) 生變化量光信號(hào)到達(dá)的干涉儀并被檢測(cè)電路檢測(cè)到的時(shí)間由該擾動(dòng)點(diǎn)在光纖中位置 決定。通過計(jì)算光電檢測(cè)電路檢測(cè)到外界干擾信號(hào)的時(shí)間差，即可間接的計(jì)算出外 界擾動(dòng)點(diǎn)的位置。
該裝置寬帶光源7的輸出接1X2光纖耦合器6的輸入端，1X2光纖耦合器6、 第二光電檢測(cè)電路11的輸出端分別接第一 2X2光纖耦合器3的輸入端，第一光電 檢測(cè)電路10、1 X2光纖耦合器6的輸出端分別接第二 2X2光纖耦合器8的輸入端， 第一 2X2光纖耦合器3的輸出端通過第一光纖延遲線1接第一 1X2光纖耦合器4 的輸入端，第二 2X2光纖耦合器8的輸出端通過第二光纖延遲線2接第二 1X2光 纖耦合器9的輸入端，第一1X2光纖耦合器4、第二1X2光纖耦合器9通過傳感
光纖5相連接。寬帶光源7的寬帶光經(jīng)第一 1X 2光纖耦合器6送入第一 2 X 2光纖 耦合器3，并在第一 2X2光纖耦合器3中一分為二 一路光經(jīng)第一光纖延遲線1送 入第一1X2光纖耦合器4中，另一路光直接送入第一1X2光纖耦合器4中。該兩 路光經(jīng)第一 1X2光纖耦合器4送入傳感光纖5中。并經(jīng)傳感光纖5反向送入第二 1 X2光纖耦合器9中。并再次將光一分為二，其中一部分經(jīng)第二光纖延遲線2送入 第二2X2光纖耦合器8中，另一部分直接送入第二2X2光纖耦合器8中。由于寬 帶光源的相干長(zhǎng)度較短，經(jīng)過第一光纖延遲線1而未經(jīng)過第二光纖延遲線2的光將 與未經(jīng)過第一光纖延遲線1而經(jīng)過第二光纖延遲線2的光發(fā)生干涉。該干涉信號(hào)攜 帶了傳感光纖中的外界擾動(dòng)信息。實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界擾動(dòng)的傳感。
同理，寬帶光源7的另一部分寬帶光經(jīng)1X2光纖耦合器6送入第二 2X2光纖 耦合器8，并在第二2X2光纖耦合器8中一分為二 一路光經(jīng)第二光纖延遲線2送 入第二1X2光纖耦合器9中，另一路光直接送入第二1X2光纖耦合器9中。該兩 路光經(jīng)第二 1X2光纖耦合器9送入傳感光纖5中。并經(jīng)傳感光纖5反向送入第一 1 X2光纖耦合器4中。并再次將光一分為二，其中一部分經(jīng)第一光纖延遲線1送入 第一2X2光纖耦合器3中，另一部分直接送入第一2X2光纖耦合器3中。由于寬 帶光源的相干長(zhǎng)度較短，經(jīng)過光纖延遲線2而未經(jīng)過第一光纖延遲線1的光將與未 經(jīng)過第二光纖延遲線2而經(jīng)過第一光纖延遲線1的光發(fā)生干涉。該干涉信號(hào)攜帶了 傳感光纖中的外界擾動(dòng)信息。實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界擾動(dòng)的傳感。
如圖2所示，第一光電檢測(cè)電路IO、第二光電檢測(cè)電路ll相同，分別包括第一 運(yùn)算放大器A1、第二運(yùn)算放大器A2、 A/D釆樣模塊12、數(shù)字信號(hào)處理模塊13、光 電二極管14;其中，光電二極管14和第三電阻R3接第一光電檢測(cè)電路10的輸入 端，第一光電檢測(cè)電路10的輸出端通過第二電阻R2接第二運(yùn)算放大器A2的輸入 端，第二運(yùn)算放大器A2的輸出端接A/D采樣模塊12， A/D采樣模塊12的輸出端 接數(shù)字信號(hào)處理模塊13。干涉光經(jīng)過光電二極管14后，光信號(hào)變成為電流信號(hào)。 由第一運(yùn)算放大器Al和第一電阻Rl、第三電阻R3組成跨導(dǎo)放大電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn) 變?yōu)殡妷盒盘?hào)。該電壓信號(hào)再次經(jīng)過由第二運(yùn)算放大器A2、第二電阻R2、第四電阻 R4和第五電阻R5組成二級(jí)放大電路放大后送入A/D采樣模塊12。 A/D采樣模塊12 將檢測(cè)到的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)后交給信號(hào)處理單元13做后期信號(hào)處理。
權(quán)利要求1、一種雙向干涉式光纖傳感器，其特征在于該裝置寬帶光源(7)的輸出接1×2光纖耦合器(6)的輸入端，1×2光纖耦合器(6)、第二光電檢測(cè)電路(11)的輸出端分別接第一2×2光纖耦合器(3)的輸入端，第一光電檢測(cè)電路(10)、1×2光纖耦合器(6)的輸出端分別接第二2×2光纖耦合器(8)的輸入端，第一2×2光纖耦合器(3)的輸出端通過第一光纖延遲線(1)接第一1×2光纖耦合器(4)的輸入端，第二2×2光纖耦合器(8)的輸出端通過第二光纖延遲線(2)接第二1×2光纖耦合器(9)的輸入端，第一1×2光纖耦合器(4)、第二1×2光纖耦合器(9)通過傳感光纖(5)相連接。
2、如權(quán)利要求1所述的雙向干涉式光纖傳感器，其特征在于第一光電檢測(cè)電 路(10)、第二光電檢測(cè)電路(11)相同，分別包括第一運(yùn)算放大器(Al)、第二運(yùn) 算放大器(A2)、 A/D采樣模塊(12)、數(shù)字信號(hào)處理模塊(13)、光電二極管(14); 其中，光電二極管(14)和第三電阻(R3)接第一光電檢測(cè)電路(10)的輸入端， 第一光電檢測(cè)電路(10)的輸出端通過第二電阻(R2)接第二運(yùn)算放大器(A2)的 輸入端，第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端接A/D采樣模塊(12)， A/D采樣模塊(12) 的輸出端接數(shù)字信號(hào)處理模塊(13)。
專利摘要雙向干涉式光纖傳感器涉及長(zhǎng)距離分布式安全監(jiān)測(cè)的工程和裝備，具有很高的靈敏性，并能對(duì)外界振動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行精確的定位。第一光電檢測(cè)電路(10)、第二光電檢測(cè)電路(11)相同，分別包括第一運(yùn)算放大器(A1)、第二運(yùn)算放大器(A2)、A/D采樣模塊(12)、數(shù)字信號(hào)處理模塊(13)、光電二極管(14)；其中，光電二極管(14)和第三電阻(R3)接第一光電檢測(cè)電路(10)的輸入端，第一光電檢測(cè)電路(10)的輸出端通過第二電阻(R2)接第二運(yùn)算放大器(A2)的輸入端，第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端接A/D采樣模塊(12)，A/D采樣模塊(12)的輸出端接數(shù)字信號(hào)處理模塊(13)。
文檔編號(hào)G01H9/00GK201177513SQ20082003406
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者馮宏偉, 孫小菡, 秦媛媛, 肖金標(biāo), 樸 韋, 韋恩潤(rùn) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)