專利名稱：光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一些重要區(qū)域的周邊或長(zhǎng)距離的油氣管道及通信光纜安全保護(hù)的光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，屬光纖傳感器、光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)一些重要的場(chǎng)所，比如金融機(jī)構(gòu)、機(jī)場(chǎng)、軍事基地等進(jìn)行安全保護(hù)越來越重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些地方所受到的威脅的一半都是由于安全監(jiān)測(cè)漏洞所造成的。對(duì)這些地方的安全防范系統(tǒng)除了不受天氣、地形等自然條件的影響外，還要能夠隨著安全防范范圍的擴(kuò)大，犯罪手段的現(xiàn)代化進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。保障油氣管道的安全輸油是國家有關(guān)部門的一項(xiàng)重要職責(zé)，但隨著我國油氣管道的線路增多，管道傳輸距離的加長(zhǎng)，管道泄漏的事件時(shí)有發(fā)生。油氣管道的泄漏一方面使國家財(cái)產(chǎn)蒙受了重大的損失，另一方面還有可能帶來環(huán)境污染和諸如火災(zāi)等次生災(zāi)害。造成油氣管道的泄漏有可能是自然原因，比如管道防腐層被破壞，管壁在土壤電化學(xué)腐蝕作用下出現(xiàn)銹點(diǎn)，腐蝕逐漸貫穿整個(gè)管壁的現(xiàn)象。還有當(dāng)流程出錯(cuò)、閥門誤動(dòng)等原因可能使干線超壓造成管道泄漏。近年來，相對(duì)于油氣管道的自然泄漏，人為偷盜給管道帶來的破壞更為嚴(yán)重，已經(jīng)成為石油泄漏的最主要原因。我國通常是派巡線員沿管道來回巡查的方法來保證石油輸送的安全，現(xiàn)在的一些不法分子就是利用巡線員前腳剛走的空隙，后腳就開始大肆地打孔盜油。因此，迅速發(fā)現(xiàn)管道泄漏并準(zhǔn)確判定泄漏點(diǎn)成為管線平穩(wěn)安全運(yùn)行的當(dāng)務(wù)
ο另外，隨著社會(huì)信息化步伐的加快，通信光纜越來越發(fā)揮著重要作用，但對(duì)如此長(zhǎng)距離的通信光纜如何進(jìn)行有效地保護(hù)始終是有關(guān)部門頭疼的一個(gè)問題。對(duì)通信光纜的破壞分為兩種一種是非故意的破壞，典型的是一些建設(shè)單位在施工時(shí)不注意對(duì)地下鋪設(shè)的光纜進(jìn)行保護(hù)，用挖掘機(jī)、打樁機(jī)等一些大型機(jī)器在埋有光纜的地面上施工，造成光纜的破壞；另一種就是有些不法分子為了謀取私利，大肆偷盜通信光纜。針對(duì)上述可能出現(xiàn)的對(duì)通信光纜破壞情況，雖然有關(guān)單位在光纜附近貼出了 “下有光纜，嚴(yán)禁挖掘”、“嚴(yán)禁偷盜通信光纜”等標(biāo)語，但事實(shí)證明這種方法并沒有有效地起到安全防護(hù)作用。不論是一些重要區(qū)域，還是油氣管道，或者是通信光纜，它們都密切關(guān)系著國家和人民的利益，因此對(duì)這些地方或設(shè)施進(jìn)行安全防護(hù)顯得尤為重要。它們還有一個(gè)共同特點(diǎn)是空間距離長(zhǎng)，所以如果采用人工巡邏的方式，必然會(huì)造成人力的極大浪費(fèi)。當(dāng)然也有人想出了一些方法，比如紅外對(duì)射系統(tǒng)，還有綜合了網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)的閉路電視系統(tǒng)等，但這些方法都有一些缺點(diǎn)，如有的成本太高，有的是不適用于實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境等。為了解決長(zhǎng)距離安全防范的問題，早在十多年前，國外就有人提出了基于分布式光纖傳感的方案，采用馬赫-曾德干涉儀，利用對(duì)干涉信號(hào)分析和處理的結(jié)果進(jìn)行入侵事件報(bào)警和定位，并申請(qǐng)了專利。之后，對(duì)分布式光纖傳感應(yīng)用于較大區(qū)域的周界或空間跨距大的管線的安全防范的研究愈來愈熱。國內(nèi)也有人在國外技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了雙馬赫-曾德干涉儀的方案，使基于分布式光纖傳感的理論更適合于實(shí)際的工程應(yīng)用。上述一些基于分布式光纖傳感器的方案都可以通過對(duì)干涉信號(hào)的分析做出準(zhǔn)確的報(bào)警判斷，但它們?cè)诙ㄎ粫r(shí)均是采用對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行處理的方法，由此帶來的一個(gè)缺點(diǎn)就是需要在干涉過程中把偏振態(tài)控制到一個(gè)理想的狀態(tài)，另外對(duì)環(huán)境溫度造成的相位差要進(jìn)行補(bǔ)償，而偏振態(tài)控制和相位差補(bǔ)償?shù)男Ч脡闹苯佑绊懼ㄎ痪取?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用分布式光纖傳感的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些重要區(qū)域的周邊、長(zhǎng)距離的油氣管道、通信光纜等的安全防范，使其在遭到入侵或破壞時(shí)，能發(fā)出報(bào)警并能對(duì)出事地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的一種光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)。其技術(shù)方案是一種光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測(cè)器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號(hào)處理器及報(bào)警和定位裝置， 其特征在于所述A/D采集卡與數(shù)字信號(hào)處理器之間設(shè)有依次由兩路載波信號(hào)發(fā)生器、兩路混頻器、兩路低通濾波器、兩路微分器和兩路乘法器以及減法器、積分器和高波濾波器電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器；數(shù)字信號(hào)處理器中設(shè)有由兩路線性濾波器和互相關(guān)器、峰值檢測(cè)器電連接構(gòu)成的廣義互相關(guān)電路。激光器的光源采用可調(diào)諧光源。其技術(shù)效果是與以往的分布式光纖傳感器不同，本發(fā)明的一個(gè)顯著特征是，它不利用干涉信號(hào)，而是采取了先對(duì)激光源進(jìn)行PGC調(diào)制，然后再利用PGC解調(diào)得到兩路具有一個(gè)固定時(shí)間差的真實(shí)擾動(dòng)信號(hào)，接著在數(shù)字信號(hào)處理器中采用廣義互相關(guān)法而不是目前普遍采用的普通互相關(guān)的方法來計(jì)算出該時(shí)間差，從而找到事件發(fā)生點(diǎn)的位置，基本消除了由外界環(huán)境溫度引起的相位漂移和偏振態(tài)的退化所造成的定位誤差，具有更高的定位精度。實(shí)際的工程應(yīng)用把傳感光纖敷設(shè)在一塊固定區(qū)域的周邊，鋪設(shè)方法為埋地，人或其它動(dòng)物在距離光纜士0. 5米內(nèi)的距離處經(jīng)過時(shí)，本系統(tǒng)均能及時(shí)地發(fā)出警報(bào)且能準(zhǔn)確地顯示出擾動(dòng)點(diǎn)的位置。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)在幾十甚至到一百公里的空間距離內(nèi)， 可以準(zhǔn)確地探測(cè)到距光纜士0.5米內(nèi)的入侵事件，做到基本無誤警且定位精度能達(dá)到士50 米。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是PGC解調(diào)的原理框圖；圖3是廣義互相關(guān)的原理框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，包括由光源0、光源驅(qū)動(dòng)電路1和耦合器01構(gòu)成的激光器，兩個(gè)偏振控制器15、16，分別與兩個(gè)偏振控制器連接的耦合器13、 14，馬赫-曾德干涉儀，兩個(gè)光電檢測(cè)器21、22，兩個(gè)調(diào)理電路23、24，兩個(gè)A/D采集卡25、 26，數(shù)字信號(hào)處理器40及報(bào)警和定位裝置41。兩個(gè)A/D采集卡與數(shù)字信號(hào)處理器之間設(shè)有依次由兩路載波信號(hào)發(fā)生器51、52，兩路混頻器53、54，兩路低通濾波器61、62，兩路微分器 71,72和兩路乘法器55、56以及減法器57，積分器73和高波濾波器63電連接構(gòu)成的PGC
4解調(diào)器31、32。PGC解調(diào)器的解調(diào)過程由軟件控制。數(shù)字信號(hào)處理器中設(shè)有由兩路線性濾波器和互相關(guān)器、峰值檢測(cè)器電連接構(gòu)成的廣義互相關(guān)電路(見圖3)，通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確定位。激光器的光源0采用可調(diào)諧光源，光源驅(qū)動(dòng)電路1具有對(duì)光源頻率調(diào)制的功能。上述激光器中的光源0與耦合器01之間，耦合器01與兩個(gè)偏振控制器15和16 之間，兩個(gè)偏振控制器與馬赫-曾德干涉儀中的兩個(gè)耦合器11和12之間，以及馬赫-曾德干涉儀中的兩個(gè)耦合器與光電探測(cè)器21和22之間分別由單模光纖連接。馬赫-曾德干涉儀中的兩個(gè)耦合器11和12之間的兩根干涉臂由光纜連接。其它的均為電連接。作為分布式干涉?zhèn)鞲衅鞯囊粋€(gè)重要組成部分的兩根干涉臂最好置于同一根光纜中，但敷設(shè)時(shí)還需要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇不同的方式用于重要區(qū)域的周邊的安全防范時(shí)，需要將用作傳感臂的光纜沿此重要區(qū)域鋪設(shè)一周，系統(tǒng)的其它部分可以放在同一地方，如監(jiān)控室內(nèi)；用在油氣管道的防滲漏、防挖掘、防打孔偷盜時(shí)，可將光纜與管道同溝鋪設(shè)，且需緊貼管道外表面，以提高感應(yīng)管道震動(dòng)的靈敏度；用于通信光纜的防護(hù)時(shí)，傳感臂與通信光纜可共用同一根光纜。其工作原理當(dāng)有擾動(dòng)信號(hào)加到干涉臂上時(shí)，就會(huì)在馬赫-曾德干涉儀的兩個(gè)耦合器11和12上形成干涉信號(hào)，由于兩路干涉信號(hào)光強(qiáng)表達(dá)式很相似，所以僅取一路來敘述本系統(tǒng)的工作原理。設(shè)在耦合器11處形成的干涉光強(qiáng)
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測(cè)器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號(hào)處理器及報(bào)警和定位裝置，其特征在于所述A/D 采集卡(25、26)與數(shù)字信號(hào)處理器00)之間設(shè)有依次由兩路載波信號(hào)發(fā)生器(51、52)、兩路混頻器(53、54)、兩路低通濾波器(61、62)、兩路微分器(71,72)和兩路乘法器(55,56) 以及減法器(57)、積分器(73)和高波濾波器(63)電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器(31、32)；數(shù)字信號(hào)處理器中設(shè)有由兩路線性濾波器(81、82)和互相關(guān)器(83)、峰值檢測(cè)器(84)電連接構(gòu)成的廣義互相關(guān)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述激光器的光源 (0)為可調(diào)諧光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述PGC解調(diào)器 (31,32)中的兩路載波信號(hào)發(fā)生器(51、52)，分別為2倍頻載波信號(hào)發(fā)生器和3倍頻載波信號(hào)發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，其特在于所述PGC解調(diào)器(31、 32)和廣義互相關(guān)電路由軟件或DSP控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述廣義互相關(guān)電路的定位算法為廣義相關(guān)法。
全文摘要
光纖傳感預(yù)警和定位系統(tǒng)，屬光纖傳感器、光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理等技術(shù)領(lǐng)域。其包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測(cè)器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號(hào)處理器及報(bào)警和定位裝置，A/D采集卡與數(shù)字信號(hào)處理器之間設(shè)有依次由兩路載波信號(hào)發(fā)生器、兩路混頻器、兩路低通濾波器、兩路微分器和兩路乘法器以及減法器、積分器和高波濾波器電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器；數(shù)字信號(hào)處理器中設(shè)有由兩路線性濾波器和互相關(guān)器、峰值檢測(cè)器電連接構(gòu)成的廣義互相關(guān)電路。具有對(duì)出事地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和報(bào)警的功能，適用對(duì)某些重要區(qū)域的周邊或油氣管道和通信光纜的安全進(jìn)行防范。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102214382SQ201010143990
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉斌, 羅家童, 胡浩 申請(qǐng)人:合肥正陽光電科技有限責(zé)任公司