專利名稱：新型壓力傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種光纖振動入侵探測系統(tǒng)，具體地說是一種能測壓力的定位性
光纖振動入侵探測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖振動傳感技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，在國防領(lǐng)域，該光纖傳感器可布設(shè)于環(huán)境 惡劣的邊境，對邊境安全進(jìn)行無人值守的實時監(jiān)控，利用虛擬儀器等高科技技術(shù)，可對人 類、動物以及車輛等活動進(jìn)行有效分辨。在公共安全領(lǐng)域，光纖傳感器可鋪設(shè)在機場、體育 場以及其它重要活動場所周圍，對人員入侵等突發(fā)情況進(jìn)行有效監(jiān)測。在能源領(lǐng)域，石油管 道的安全至關(guān)重要，盜油事件時常發(fā)生，分布式光纖傳感器能夠?qū)θ藶槠茐倪M(jìn)行預(yù)警，有效 保證了能源安全； 本實用新型使用脈沖激光器作為1550nm脈沖激光光源，由感應(yīng)光纖，光模塊，光 電探頭，信號放大器，數(shù)據(jù)采集器和計算機組成。其工作原理為激光器連續(xù)不斷地發(fā)射激 光脈沖經(jīng)光模塊進(jìn)入傳感光纜當(dāng)中，激光脈沖經(jīng)由反射鏡反射回光模塊后傳輸給光電探頭 轉(zhuǎn)化為電信號，在進(jìn)過信號放大器，數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入計算機進(jìn)行信號處理后輸出報警信號。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能測壓力的定位性光纖振動入侵探
測系統(tǒng)。另外，本實用新型應(yīng)用光纖曲率半徑的變化來實現(xiàn)對壓力強度信息的監(jiān)控，同時使
用OTDR技術(shù)來對時間發(fā)生的地點進(jìn)行定位。
光纖的衰減隨彎曲半徑的變化可以描述為下式
， ,2『3及
「000612orc =-，，， /_ ，-*exp(--^~)
e,『"2V^X一 (『)、(『) 3々2 a (丄) 式中，C7 = X"2"，『=V, _*2"22" ，F(xiàn) = V" 。其中&為纖芯的折射
率，n2為包層的折射率，A:=,為自由空間的波數(shù)，R為光纖的彎曲半徑，n為纖芯半徑，P
義
是傳播常數(shù)，Y為模式的階數(shù)，對于基模ey = 2，對于高階模ey = 1。在光纖中，由于高階 模的損耗遠(yuǎn)大于低階模的損耗，因此我們主要考慮LPQ1和LPn的彎曲損耗。由上式分析彎 曲損耗隨彎曲半徑的變化關(guān)系圖如附圖2所示。 由附圖2可見，光纖的彎曲損耗隨著彎曲半徑的增大而減小，在彎曲半徑近似為
100mm時，彎曲損耗很小，近似為0，在實際設(shè)計時，盡量滿足彎曲半徑為30mm的條件來減小
不必要的彎曲損耗，由圖還可以看出，當(dāng)彎曲半徑在小于30mm之后光纖的彎曲損耗會隨著
半徑的變化而有很明顯的變化，檢測部分光纖因外界壓力改變而使得彎曲半徑變化，從而
改變了光纖的中傳輸光強信號，通過檢測這些光強信號的變化來對壓力進(jìn)行檢測。 實用新型使用OTDR技術(shù)來進(jìn)行定位。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射的一種技術(shù)。激光器發(fā)出的光經(jīng)過脈沖發(fā)生器調(diào)制后， 產(chǎn)生所需寬度的光脈沖(通常為10ns-400ns)，經(jīng)耦合器后入射到待測光纖，光纖中的后向 散射光和菲涅耳反射光經(jīng)耦合器后進(jìn)入光電探測器，光電探測器把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成 電信號，進(jìn)入電腦或示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 (2)式和(3)式就是在OTDR中計算光纖中衰減沿長度分布的基本理論公式。采用 OTDR技術(shù)，一根光纖中的連接點、耦合點以及斷點的位置很容易被測量到，而且如果光纖有 一段彎曲過大或者被過重外部物體壓制等情況也可以被測量到。 脈沖激光器輸出的脈沖光波，傳輸至事件點D，經(jīng)瑞利散射后，背向散射光在激光 器脈沖輸出t后被探測器接收，令事件點D至探測器的距離為Z，則
^ 1 1 C Z"-"".— 其中v為光在光纖中傳輸速度，n為光纖有效折射率，C為真空中的光速。 設(shè)光脈沖持續(xù)時間為At，則在t時亥lJ，檢測到的后向散射光為[z， z+(u At)/2]
這段光纖后向散射的總能量。所以，OTDR的空間分辨率為 這樣，不同時間測量的反射光強度就對應(yīng)著整個傳感光纖不同位置的散射。因此， 可以通過測量后向散射的時間函數(shù)來獲取不同距離的后向散射信息。 在不同折射率兩傳輸介質(zhì)的邊界，如連接器、機械接續(xù)、斷裂或光纖終結(jié)處，會發(fā)
生菲涅耳反射。此現(xiàn)象被OTDR用于準(zhǔn)確確定沿光纖長度上不連續(xù)點的位置。反射的大小
依賴于邊界表面的平整度及折射率差，利用折射率匹配液可減小菲涅耳反射。 新型壓力傳感系統(tǒng)，主要包括脈沖激光器，激光器你姐耦合器，耦合器一輸出端連
接光電探測器，光電探測器把光信號轉(zhuǎn)變成電信號經(jīng)放大器放大后傳給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)
采集器將處理傳給計算機，最終在計算機上顯示探測。 作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述耦合器的另一端口連接感應(yīng)模塊； 作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述感應(yīng)模塊被繞成環(huán)螺旋狀，且螺旋的環(huán)的
半徑遞減(或遞增)； 其主要功能實施是脈沖激光器發(fā)出脈沖信號進(jìn)入光耦合器當(dāng)中，由耦合器進(jìn)入傳 感光纖當(dāng)中，傳感光纖當(dāng)中特定的感應(yīng)部位被繞成的環(huán)直徑略小于光纖翹曲度，光信號在 傳感光纖當(dāng)中發(fā)生散射，而散射信號經(jīng)過傳感光纖當(dāng)中的這些環(huán)時會有一些損耗，當(dāng)外界 施對這些環(huán)施加壓力使得環(huán)彎曲時，環(huán)的損耗進(jìn)一步增加，而不同地域反射回的光信號到 達(dá)光電探測器的時間不同以此來確定是哪個部位照成的損耗，信號由光電探測器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 后由光信號變?yōu)殡娦盘枺谝来谓?jīng)過光電放大器，數(shù)據(jù)采集器輸入計算機進(jìn)行運算，最后顯 示的不但是定位的圖形，若有入侵發(fā)生還能把該部分壓力值顯示出來。 本實用新型的有益效果在于相對于傳統(tǒng)的壓力檢測設(shè)備而言，此產(chǎn)品的靈敏度 高，可以進(jìn)行多點測量，在安裝過程當(dāng)中即可以將光纜依需要繞成環(huán)狀對于對全范圍進(jìn)行 壓力檢測，也可以根據(jù)需要將固定部分繞成環(huán)狀對于固定地點進(jìn)行定點檢測。
圖1為本實用新型系統(tǒng)的組成示意圖。
圖2為本實用新型方法的流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的優(yōu)選實施例。 請參閱圖l，本實用新型揭示了一種定位型光纖振動入侵探測系統(tǒng)，其包括脈沖激 光器1、耦合器2、光電探測器3、放大器4、數(shù)據(jù)采集器5、計算機6與感應(yīng)模塊7。 所述感應(yīng)模塊7包括若干個感應(yīng)單元。 如圖1所示的一種光纖測壓傳感系統(tǒng)，主要包括分布式光纖傳感裝置感應(yīng)部分。
系統(tǒng)中光纖激光器接入光耦合器當(dāng)中，光耦合器另一端連接傳感光纖，傳感光纖中的感應(yīng)
部位被繞成螺旋狀，且換的半徑遞減或遞增；耦合器與激光器同一端連接光探測器，探測器
連接光電放大電路，光電放大電路連接數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器再連接計算機 其主要功能實施是脈沖激光器發(fā)出脈沖信號進(jìn)入光耦合器當(dāng)中，由耦合器進(jìn)入傳
感光纖當(dāng)中，傳感光纖當(dāng)中特定的感應(yīng)部位被繞成的環(huán)直徑略小于光纖翹曲度，光信號在
傳感光纖當(dāng)中發(fā)生散射，而散射信號經(jīng)過傳感光纖當(dāng)中的這些環(huán)時會有一些損耗，當(dāng)外界
施對這些環(huán)施加壓力使得環(huán)彎曲時，環(huán)的損耗進(jìn)一步增加，而不同地域反射回的光信號到
達(dá)光電探測器的時間不同以此來確定是哪個部位照成的損耗，信號由光電探測器進(jìn)行轉(zhuǎn)換
后由光信號變?yōu)殡娦盘?，在依次?jīng)過光電放大器，數(shù)據(jù)采集器輸入計算機進(jìn)行運算，的到不
同部位的壓力值顯示。 這里本實用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上 述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫 離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例， 以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本實用新型范圍和精神的情況下，可以對這 里所披露的實施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求新型壓力傳感系統(tǒng)，其包括脈沖激光器(1)，激光器連接耦合器(2)，耦合器(2)一輸出端連接光電探測器(3)，光電探測器(3)把光信號轉(zhuǎn)變成電信號經(jīng)放大器(4)放大后傳給數(shù)據(jù)采集器(5)，數(shù)據(jù)采集器(5)將處理傳給計算機(6)，最終在計算機上顯示探測，其特征在于，所述耦合器(2)的另一端連接感應(yīng)模塊，感應(yīng)模塊由若干個感應(yīng)單元組成，每個感應(yīng)單元按需要鋪設(shè)在檢測現(xiàn)場。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型壓力傳感系統(tǒng)，其特征在于所述感應(yīng)單元為螺旋型且 每個環(huán)的半徑依次遞增或遞減。
專利摘要本實用新型壓力傳感系統(tǒng)，其包括脈沖激光器1，激光器連接耦合器2，耦合器2一輸出端連接光電探測器3，光電探測器3把光信號轉(zhuǎn)變成電信號經(jīng)放大器4放大后傳給數(shù)據(jù)采集器5，數(shù)據(jù)采集器5將處理傳給計算機6，最終在計算機上顯示探測。本實用新型的有益效果在于相對于傳統(tǒng)的壓力檢測設(shè)備而言，此產(chǎn)品的靈敏度高，可以進(jìn)行多點測量，也可以根據(jù)需要將固定部分繞成環(huán)狀對于固定地點進(jìn)行定點檢測。
文檔編號G01L1/24GK201540180SQ20092007278
公開日2010年8月4日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 皋魏, 陳宇飛, 齊龍舟 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司