專利名稱：基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術領域：
本發(fā)明涉及監(jiān)控領域，具體地，涉及一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
背景技術：
目前，隨著經濟和社會的發(fā)展，入侵監(jiān)測越來越得到人們的重視，科學技術日益為人們提供了越來越多的選擇，光纖傳感技術無疑是入侵監(jiān)測的有效手段。由于其諸多優(yōu)良品質使其在工程監(jiān)測、航空航天、船舶工業(yè)、電力工業(yè)、石油化工、國防乃至醫(yī)學等諸多領域有廣闊的應用前景。如何提高光纖傳感系統(tǒng)的空間分辨率、改善探測靈敏度、擴大測量范圍、縮短相應時間成為各國競相研究的熱點。干涉型光纖傳感原理簡單，使用普通光纖，成本低，實時性好。但現(xiàn)有的干涉型光纖傳感的靈敏度低、監(jiān)控范圍較小。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)控方法，以實現(xiàn)靈敏度高、探測范圍大的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是
一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括分布于傳感區(qū)域的兩芯閉環(huán)感應光纜、光包、信號處理單元和PC主機，所述兩芯閉環(huán)感應光纜感應到的信號依次通過光包和信號處理單元傳遞給PC主機；
所述兩芯閉環(huán)感應光纜用于感知傳播至兩芯閉環(huán)感應光纜鎧甲上的振動和應力變化信息；
所述光包完成對來自信號處理單元的光源進行分光，對分光后的光源進行電力載波調制，根據(jù)上述兩芯閉環(huán)感應光纜感知的振動和應力變化信息產生回傳光干涉，并將干涉光輸送至信號處理單兀；
所述信號處理單元向上述光包發(fā)送激光光源和電調制信號，同時接受上述光包發(fā)送的回傳干涉光，對干涉光進行光電轉換進而進行信號處理，并將處理過的信息發(fā)送給PC處理系統(tǒng)；
所述PC主機接收上述信號處理單元的信息并進行分析，判斷振動情況以及定位振動觸發(fā)點，通過提取告警震動信號，利用聲音識別技術實現(xiàn)入侵物的類型劃分。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述光包和信號處理單元通過光纖尾纖盒連接。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述兩芯閉環(huán)感應光纜采用通信鎧裝光纜。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述光包設置在電氣井中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述信號處理單元包括FPGA、數(shù)/模轉換器、可編程衰減模塊、驅動電路、相位調制器、光電二極管、跨組放大器、VCA放大器、模/數(shù)轉換器、DSP和RAM存儲器，所述FPGA生成的正玄波動信號，經過數(shù)/模轉換器后轉變?yōu)槟M信號，通過可編程衰減模塊將該模擬信號的電壓幅值進行調制，將調制后的模擬信號通過驅動電路將電壓信號轉換成電流信號，將該電流信號通過相位調制器調制后完成電調制信號；
所述光電二極管接收到光包的干涉光信號后，通過光電二極管將該干涉光信號轉化為電壓信號，該電壓信號依次經跨組放大器、VCA放大器和模/數(shù)轉換器后轉化為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經FPGA傳輸給DSP，經DSP載波振動信號解調后，將解調后的信號儲存到RAM存儲器。同時本發(fā)明還公開了一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下步驟
所述信號處理單元中嵌入了一個激光光源和正玄信號發(fā)生電路，分別產生一路激光和一路載波信號，經過通信光纜和載波電纜引入光包，在光包中激光被分光器分成光強相等、相位相同功率減半的兩路激光，每路激光通過一個Y波導利用上述載波信號完成正玄信號載波后，進入兩芯閉環(huán)感應光纜；
所述兩芯閉環(huán)感應光纜將感應的信息經光包調制形成兩路干涉光，最后通過通信光纖將兩路干涉光信號傳輸給信號處理單元；
所述信號處理單元接收上述的兩路干涉光信號后，被光電二極管轉換成兩路電信號，通過放大、濾波和A/D轉換后轉換為數(shù)字信號；
信號處理單元中的DSP對上述數(shù)字信號進行信號解調后，將加載于正玄信號上的兩路振動信號保留，濾除載波信號；
將上述解調的兩路振動信號傳輸給PC主機；
所述PC主機對兩路振動信號進行去噪處理，通過FFT變換實時展示振動信號的頻譜，區(qū)分噪聲信號和入侵振動信號，濾除噪聲；
設定振動幅度的告警閾值，當上述兩路振動信號其中的一路振動信號超出閾值，則分別截取該路振動信號指定長度的信號進行分析；
如果兩路振動信號被確定為入侵擾動信號，則通過兩路振動信號的時間差定位入侵擾動發(fā)生的位置；
所述PC主機通過上述對兩路振動信號分析，并調用聲音識別算法，將通過兩路振動信號分析得出的告警信號與數(shù)據(jù)庫中儲存的信號進行比對，對入侵物的類型進行判別。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述PC主機對接收到的50Hz 4000Hz之間頻率段的振信號進行分析。本發(fā)明的技術方案具有以下有益效果，本發(fā)明的技術方案，通過光包對光信號進行分光和調制后，通過兩芯閉環(huán)感應光纜對外部的感應產生兩路干涉光，并經過信號處理單元處理后傳輸給PC主機，對信號進行分析，產生報警信號，從而達到了靈敏度高、探測范圍大、反應時間短的目的。將光包放入電氣井，使得盤纖盒能有效的避免雨水淋注和受潮，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。選取信號感應強烈的50HC4000HZ之間頻率段的振動信號進行分析，有效的抑制了白噪聲和干擾信號。兩芯閉環(huán)感應光纜使用雙環(huán)閉環(huán)干涉，從而使得系統(tǒng)可以通過兩根纖芯相位擾動的時間差定位振動位置。對光源加入載波，有效的消除了光纖傳感器的信號漂移現(xiàn)象，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。引入了特征提取和模式識別算法(聲音識別技術)，實現(xiàn)入侵物的識別。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明實施例所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)的原理框 圖2為圖1所示的信號處理單元的原理框 圖3為雙Sagnac環(huán)光纖干涉儀原理 圖4a為振動信號經過濾波去噪后的時域波形 圖4b為振動信號經過FFT傅里葉變換后得到信號的頻域信號波形 圖4c為選取振動特征部分信號 圖5為入侵物識別流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所不,一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng),包括分布于傳感區(qū)域的兩芯閉環(huán)感應光纜、光包、信號處理單元和PC主機，所述兩芯閉環(huán)感應光纜感應到的信號依次通過光包和信號處理單元傳遞給PC主機；
兩芯閉環(huán)感應光纜用于感知傳播至兩芯閉環(huán)感應光纜鎧甲上的振動和應力變化信
息；
光包完成對來自信號處理單元的光源進行分光，對分光后的光源進行電力載波調制，根據(jù)兩芯閉環(huán)感應光纜感知的振動和應力變化信息產生回傳光干涉，并將干涉光輸送至信號處理單兀；
信號處理單元向上述光包發(fā)送激光光源和電調制信號，同時接受光包發(fā)送的回傳干涉光，對干涉光進行光電轉換進而進行信號處理，并將處理過的信息發(fā)送給PC處理系統(tǒng)；PC主機接收信號處理單元的信息并進行分析，判斷振動情況以及定位振動觸發(fā)點，通過提取告警震動信號，利用聲音識別技術實現(xiàn)入侵物的類型劃分。其中，光包和信號處理單元通過光纖尾纖盒連接。兩芯閉環(huán)感應光纜采用通信鎧裝光纜。光包設置在電氣井中。如圖2所示，信號處理單元包括FPGA、數(shù)/模轉換器、可編程衰減模塊、驅動電路、相位調制器、光電二極管、跨組放大器、VCA放大器、模/數(shù)轉換器、DSP和RAM存儲器，F(xiàn)PGA生成的正玄波動信號，經過數(shù)/模轉換器后轉變?yōu)槟M信號，通過可編程衰減模塊將該模擬信號的電壓幅值進行調制，將調制后的模擬信號通過驅動電路將電壓信號轉換成電流信號，將該電流信號通過相位調制器調制后完成電調制信號；
光電二極管接收到光包的干涉光信號后，通過光電二極管將該干涉光信號轉化為電壓信號，該電壓信號依次經跨組放大器、VCA放大器和模/數(shù)轉換器后轉化為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經FPGA傳輸給DSP，經DSP載波振動信號解調后，將解調后的信號儲存到RAM存儲器。本發(fā)明還公開了一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下步驟
信號處理單元中嵌入了一個激光光源和正玄信號發(fā)生電路，分別產生一路激光和一路載波信號，經過通信光纜和載波電纜引入光包，在光包中激光被分光器分成光強相等、相位相同功率減半的兩路激光，每路激光通過一個Y波導利用上述載波信號完成正玄信號載波后，進入兩芯閉環(huán)感應光纜；
兩芯閉環(huán)感應光纜將感應的信息經光包調制形成兩路干涉光，最后通過通信光纖將兩路干涉光信號傳輸給信號處理單元；
信號處理單元接收上述的兩路干涉光信號后，被光電二極管轉換成兩路電信號，通過放大、濾波和A/D轉換后轉換為數(shù)字信號；
信號處理單元中的DSP對上述數(shù)字信號進行信號解調后，將加載于正玄信號上的兩路振動信號保留，濾除載波信號；
將上述解調的兩路振動信號傳輸給PC主機；
PC主機對兩路振動信號進行去噪處理，通過FFT變換實時展示振動信號的頻譜，區(qū)分噪聲信號和入侵振動信號，濾除噪聲；
設定振動幅度的告警閾值，當上述兩路振動信號其中的一路振動信號超出閾值，則分別截取該路振動信號指定長度的信號進行分析；
如果兩路振動信號被確定為入侵擾動信號，則通過兩路振動信號的時間差定位入侵擾動發(fā)生的位置；
PC主機通過上述對兩路振動信號分析，并調用聲音識別算法，將通過兩路振動信號分析得出的告警信號與數(shù) 據(jù)庫中儲存的信號進行比對，對入侵物的類型進行判別。其中，PC主機對接收到的50Ηζ 4000Ηζ之間頻率段的信號進行分析。對入侵物識別如圖5所示，特定振動信號和報警端信號傳輸給信號模式庫中進行判定。如圖3所示，記光纖耦合器5-耦合器1-耦合器2-耦合器3-耦合器4_光纖耦合器5為Ioopl (第一圈)，光纖稱合器6-稱合器3-稱合器4-稱合器1-稱合器2-光纖率禹合器6為1οορ2 (第二圈)，則激光發(fā)生器I經光纖耦合器5分光為兩束相同的光，分別沿Ioopl正時針方向和逆時針方向傳播并交匯于光纖耦合器5，經通信光纖進入探測器I形成第一路干涉信號；激光發(fā)生器2經光纖耦合器6分光為兩束相同的光，分別沿1οορ2正時針和逆時針方向傳播并交匯于光纖耦合器6形成第二路干涉信號。當傳感光纜某處收到入侵擾動，Ioopl的第一路信號和1οορ2的第二路信號將先后檢測到振動，二者的時間差將可作為定位入侵位置的定位依據(jù)。最后應說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括分布于傳感區(qū)域的兩芯閉環(huán)感應光纜、光包、信號處理單元和PC主機，所述兩芯閉環(huán)感應光纜感應到的信號依次通過光包和信號處理單元傳遞給PC主機； 所述兩芯閉環(huán)感應光纜用于感知傳播至兩芯閉環(huán)感應光纜鎧甲上的振動和應力變化信息； 所述光包完成對來自信號處理單元的光源進行分光，對分光后的光源進行電力載波調制，根據(jù)上述兩芯閉環(huán)感應光纜感知的振動和應力變化信息產生回傳光干涉，并將干涉光輸送至信號處理單兀； 所述信號處理單元向上述光包發(fā)送激光光源和電調制信號，同時接受上述光包發(fā)送的回傳干涉光，對干涉光進行光電轉換進而進行信號處理，并將處理過的信息發(fā)送給PC處理系統(tǒng)； 所述PC主機接收上述信號處理單元的信息并進行分析，判斷振動情況以及定位振動觸發(fā)點，通過提取告警震動信號，利用聲音識別技術實現(xiàn)入侵物的類型劃分。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光包和信號處理單元通過光纖尾纖盒連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述兩芯閉環(huán)感應光纜采用通信鎧裝光纜。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光包設置在電氣井中。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理單元包括FPGA、數(shù)/模轉換器、可編程衰減模塊、驅動電路、相位調制器、光電二極管、跨組放大器、VCA放大器、模/數(shù)轉換器、DSP和RAM存儲器，所述FPGA生成的正玄波動信號，經過數(shù)/模轉換器后轉變?yōu)槟M信號，通過可編程衰減模塊將該模擬信號的電壓幅值進行調制，將調制后的模擬信號通過驅動電路將電壓信號轉換成電流信號，將該電流信號通過相位調制器調制后完成電調制信號； 所述光電二極管接收到光包的干涉光信號后，通過光電二極管將該干涉光信號轉化為電壓信號，該電壓信號依次經跨組放大器、VCA放大器和模/數(shù)轉換器后轉化為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經FPGA傳輸給DSP，經DSP載波振動信號解調后，將解調后的信號儲存到RAM存儲器。
6.一種權利要求1至5所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟 所述信號處理單元中嵌入了一個激光光源和正玄信號發(fā)生電路，分別產生一路激光和一路載波信號，經過通信光纜和載波電纜引入光包，在光包中激光被分光器分成光強相等、相位相同功率減半的兩路激光，每路激光通過一個Y波導利用上述載波信號完成正玄信號載波后，進入兩芯閉環(huán)感應光纜； 所述兩芯閉環(huán)感應光纜將感應的信息經光包調制形成兩路干涉光，最后通過通信光纖將兩路干涉光信號傳輸給信號處理單元； 所述信號處理單元接收上述的兩路干涉光信號后，被光電二極管轉換成兩路電信號，通過放大、濾波和A/D轉換后轉換為數(shù)字信號；信號處理單元中的DSP對上述數(shù)字信號進行信號解調后，將加載于正玄信號上的兩路振動信號保留，濾除載波信號； 將上述解調的兩路振動信號傳輸給PC主機； 所述PC主機對兩路振動信號進行去噪處理，通過FFT變換實時展示振動信號的頻譜，區(qū)分噪聲信號和入侵振動信號，濾除噪聲； 設定振動幅度的告警閾值，當上述兩路振動信號其中的一路振動信號超出閾值，則分別截取該路振動信號指定長度的信號進行分析； 如果兩路振動信號被確定為入侵擾動信號，則通過兩路振動信號的時間差定位入侵擾動發(fā)生的位置； 所述PC主機通過上述對兩路振動信號分析，并調用聲音識別算法，將通過兩路振動信號分析得出的告警信號與數(shù)據(jù)庫中儲存的信號進行比對，對入侵物的類型進行判別。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述PC主機對接收到的50Hz 4000Hz之間頻率段的振信號進行分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相位信號載波技術的光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)控方法，光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括分布于傳感區(qū)域的兩芯閉環(huán)感應光纜、光包、信號處理單元和PC主機，所述兩芯閉環(huán)感應光纜感應到的信號依次通過光包和信號處理單元傳遞給PC主機。通過光包對光信號進行分光和調制后，通過兩芯閉環(huán)感應光纜對外部的感應產生兩路干涉光，并經過信號處理單元處理后傳輸給PC主機，對信號進行分析，產生報警信號，從而達到了靈敏度高、探測范圍大、反應時間短的目的。
文檔編號G01H9/00GK103065407SQ20131000745
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權日2013年1月9日
發(fā)明者羅廣迪, 司崇杰, 王文偉, 蔣海軍 申請人:新疆美特智能安全工程股份有限公司