本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于光纖傳感技術(shù)的安全監(jiān)控技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著城市燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展，城市燃?xì)夤艿酪苍诓粩嗟脑黾?，城市燃?xì)夤艿朗浅鞘薪ㄔO(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)施的發(fā)展已成為城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。中國上海是中國國內(nèi)最早進(jìn)行管道燃?xì)夤?yīng)的城市之一，目前天然氣已成為能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。如果將天然氣能源比作城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液，那天然氣管道就是綠色能源流淌的血脈，是保障天然氣安全供應(yīng)的生命線，作為城市綠色血脈的守護(hù)者，中國上海天然氣管網(wǎng)肩負(fù)著保障上海城市經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、市民安居樂業(yè)的社會(huì)責(zé)任。

因此，確保城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行已成為發(fā)展燃?xì)馐聵I(yè)的重點(diǎn)。城市燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因城市燃?xì)夤艿谰哂虚_放性(鋪設(shè)在城市的大街小巷)、隱蔽性(埋設(shè)地下)、危險(xiǎn)性(燃?xì)庑孤┖髽O易造成事故)和長期性(使用時(shí)間長)的特點(diǎn)。對(duì)城市燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行的管理，除了常規(guī)法律的、行政的、經(jīng)濟(jì)的等多種方法和手段，也需要引入技術(shù)的安全防范手段，來確保城市燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行。如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)并精確定位破壞行為，及時(shí)報(bào)警，預(yù)防城市管網(wǎng)的破壞是城市燃?xì)夤酒惹行枰鉀Q的問題。

由于管道埋于地下、分支多、交叉多、密度大、距離長，破壞行為發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)具有隨機(jī)性，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)管道有威脅的破壞行為是困擾這個(gè)行業(yè)多年的難題。隨著光纖傳感技術(shù)近幾年的飛速發(fā)展，具有分布式傳感能力、靈敏度高、遠(yuǎn)距離無源監(jiān)測(cè)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、施工維護(hù)簡單的光纖分布式長距離定位監(jiān)測(cè)技術(shù)，提供了一種公認(rèn)的比較理想的解決方案，也是目前一致公認(rèn)的城市燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控的研究發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有城市燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方面所存在的問題，需要一種高精度，高可靠性的城市燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控技術(shù)。

由此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)危害管道安全行為的發(fā)生，并精確定位危害行為發(fā)生的位置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方法，該監(jiān)控方法以與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)的光纖作為安全監(jiān)測(cè)的感應(yīng)體以及傳送信息的通道，以對(duì)可能威脅燃?xì)夤艿垒斶\(yùn)安全的機(jī)械行為進(jìn)行監(jiān)控。

作為安全監(jiān)控方法的優(yōu)選方案，光纖為單芯連續(xù)光纖。

作為安全監(jiān)控方法的優(yōu)選方案，安全監(jiān)控方法中由光纖感應(yīng)振動(dòng)使得光纖內(nèi)光信號(hào)的相位變化，且將該光信號(hào)的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)，再進(jìn)行相位還原，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)。

作為安全監(jiān)控方法的優(yōu)選方案，安全監(jiān)控方法中針對(duì)同一振動(dòng)形成對(duì)應(yīng)不同光路位置的兩路干涉光信號(hào)，通過對(duì)兩信號(hào)的頻譜特性的比較，過濾不構(gòu)成威脅的振動(dòng)信號(hào)；通過對(duì)兩路信號(hào)的光程比對(duì)，定位威脅行為的發(fā)生位置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控系統(tǒng)，包括：

光纖干涉光路，所述光纖干涉光路相對(duì)于對(duì)于燃?xì)夤艿啦贾?，?shí)時(shí)檢測(cè)燃?xì)夤艿乐車恼駝?dòng)信號(hào)，并形成對(duì)應(yīng)的光信號(hào)；

光信號(hào)采集處理模塊，所述光信號(hào)采集處理模塊對(duì)光纖干涉光路輸出的光信號(hào)進(jìn)行處理形成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；

分析定位模塊，所述分析定位模塊對(duì)光信號(hào)采集處理模塊提供的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，過濾不構(gòu)成威脅的振動(dòng)信號(hào)，定位威脅振動(dòng)行為現(xiàn)對(duì)于燃?xì)夤艿赖陌l(fā)生位置。

優(yōu)選的，所述光纖干涉光路以與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)的光纖作為安全監(jiān)測(cè)的感應(yīng)體以及傳送信息的通道，利用光纖感應(yīng)振動(dòng)使得光纖內(nèi)光信號(hào)的相位變化，且將該光信號(hào)的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)。

優(yōu)選的，所述光纖干涉光路針對(duì)同一振動(dòng)形成對(duì)應(yīng)不同光路位置的兩路干涉光信號(hào)。

優(yōu)選的，所述光纖干涉光路包括：

光源、所述光源為白光光源；

光纖干涉模塊，所述光纖干涉模塊連接入光源，并與光纖的頂端和光信號(hào)采集處理模塊連通；

光纖，所述光纖為一芯連續(xù)光纖，其與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)，用于振動(dòng)信號(hào)采集以及傳送信息；

反射模塊，所述反射模塊與光纖的尾端連接。

優(yōu)選的，所述光纖干涉模塊由光纖延遲器X×Y耦合器、L×M耦合器和構(gòu)成，X、Y為整數(shù)，L、M為整數(shù)，光纖延遲器的延遲為τ。

優(yōu)選的，所述光源包括：

激光器；

熱敏電阻，所述熱敏電阻探測(cè)激光器溫度；

制冷器，所述制冷器對(duì)激光器進(jìn)行溫度調(diào)整；

恒流源，所述恒流源對(duì)激光器和制冷器進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)；

中央處理器，所述中央處理器控制激光器的驅(qū)動(dòng)電流和制冷器的驅(qū)動(dòng)電流，并根據(jù)溫度檢測(cè)和電流檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)來對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電流和制冷器驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行矯正。

本發(fā)明提供的燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方案，利用與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)的光纖(單芯連續(xù)光纖)，構(gòu)建無源的長距離連續(xù)傳感單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿乐苓吙赡軐?duì)管道安全構(gòu)成威脅的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。

再者，本發(fā)明提供的燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方案，在沿管道布設(shè)的全部為無源光纖，無需供電，可靠性高，抗干擾性好，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)正常的管道輸運(yùn)完全無影響。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)例中安全監(jiān)控系統(tǒng)的布設(shè)示例圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)例中光纖干涉光路的構(gòu)成示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)例中光纖的布設(shè)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)例中安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)的處理流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明提供的燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方案以光纖(具體為單芯連續(xù)光纖)作為傳感和信號(hào)傳輸?shù)碾p重介質(zhì)，針對(duì)待監(jiān)控的燃?xì)夤艿溃酝ㄐ殴饫w作為感應(yīng)體，將其與將燃?xì)夤艿劳瑴喜荚O(shè)，用于管道運(yùn)營進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過該同溝布設(shè)的通信光纖(具體為單芯連續(xù)光纖)感應(yīng)通過土層、地面、河道水體等介質(zhì)傳遞的機(jī)械施工、挖掘等行為，再通過解調(diào)設(shè)備還原信號(hào)，獲取地層、水體結(jié)構(gòu)傳遞的振動(dòng)信息，以探測(cè)管道周邊施工、機(jī)械挖掘、爆破等第三方破壞行為帶來的機(jī)械沖擊量可能對(duì)管道造成的破壞，對(duì)可能威脅燃?xì)夤艿垒斶\(yùn)安全的機(jī)械行為進(jìn)行警報(bào)。

據(jù)此，以下通過一具體實(shí)施例來具體說明本方案的實(shí)現(xiàn)過程。

本實(shí)例采用分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控方案，針對(duì)城市燃?xì)夤艿谰哂衅茐男?，危害管道輸運(yùn)安全的工程施工行為，進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警。

該方案以與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)的一芯(單芯)連續(xù)光纖為傳感元來對(duì)管道周邊的環(huán)境異動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，該連續(xù)的單芯光纖上每一點(diǎn)都具有感應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)一種分布式傳感技術(shù)。

在此基礎(chǔ)上，本方案進(jìn)一步構(gòu)建由一芯(單芯)連續(xù)光纖構(gòu)成的光纖干涉光路，以及信號(hào)探測(cè)及分析技術(shù)，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危害管道安全行為的發(fā)生，并定位危害行為發(fā)生的位置。

這樣當(dāng)管道附近有工程機(jī)械在施工或鉆孔時(shí)，通過土層或其它介質(zhì)傳遞的振動(dòng)信號(hào)會(huì)被傳感光纖感知，針對(duì)光纖感知到的信號(hào)，進(jìn)行判別分析，在振動(dòng)發(fā)生的時(shí)候及時(shí)報(bào)警，并且準(zhǔn)確定位。據(jù)此，本光纖監(jiān)控技術(shù)能完成空間分布中不同位置、不確定時(shí)間(隨機(jī))發(fā)生的環(huán)境振動(dòng)特性監(jiān)測(cè)，為振動(dòng)信號(hào)分析提供包含空間位置信息在內(nèi)的復(fù)合振動(dòng)數(shù)據(jù)。

參見圖1，其所示為本實(shí)例用于進(jìn)行燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控的分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控系統(tǒng)。

由圖可知，該分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控系統(tǒng)100主要包括三部分：光纖干涉光路110、光信號(hào)采集處理模塊120以及分析定位模塊130。

本安全監(jiān)控系統(tǒng)100中的光纖干涉光路110相對(duì)于對(duì)于燃?xì)夤艿啦贾?，?shí)時(shí)檢測(cè)燃?xì)夤艿乐車恼駝?dòng)信號(hào)，并形成對(duì)應(yīng)的光信號(hào)。

該光纖干涉光路110采用白光干涉測(cè)定法來實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿乐車恼駝?dòng)信號(hào)來進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)和高精度的定位。其具體采用了基于彈光效應(yīng)和干涉技術(shù)構(gòu)成的分布式光纖傳感技術(shù)，由光纖感應(yīng)振動(dòng)使得光纖內(nèi)光信號(hào)的相位變化，且將該光信號(hào)的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)將變化的微壓力信號(hào)引起的光相位信息變化提取出，便于后續(xù)分析處理。

另外，該光纖干涉光路110為一套復(fù)用的光纖干涉結(jié)構(gòu)，這樣針對(duì)同一振動(dòng)將形成對(duì)應(yīng)不同光路位置的兩路干涉光信號(hào)，后續(xù)通過這兩路干涉光信號(hào)將能夠過濾不構(gòu)成威脅的振動(dòng)信號(hào)，以及精確定位威脅行為的發(fā)生位置。

參見圖2，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，光纖干涉光路110主要光源111，光纖干涉模塊112，光纖113以及反射模塊114配合構(gòu)成。

光源111優(yōu)選白光光源，用于產(chǎn)生光纖干涉光路中相應(yīng)的光信號(hào)。

本實(shí)例中的光源111采用由激光器、熱敏電阻、制冷器、恒流源以及中央處理器配合構(gòu)成的高穩(wěn)定性光源。

其中，激光器為發(fā)光源，熱敏電阻探測(cè)激光器溫度，制冷器對(duì)激光器進(jìn)行溫度調(diào)整，恒流源用于對(duì)激光器和制冷器進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，中央處理器控制激光器的驅(qū)動(dòng)電流和制冷器的驅(qū)動(dòng)電流，并根據(jù)溫度檢測(cè)和電流檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)來對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電流和制冷器驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行矯正，由此獲得高穩(wěn)定功率和波長的光源。

光纖干涉模塊112，其連接入光源111，并與光纖113的頂端和光信號(hào)采集處理模塊120連通，用于對(duì)光纖113內(nèi)反射的光形成干涉，將光纖113內(nèi)因外界傳遞的振動(dòng)而產(chǎn)生的光的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)。

該光纖干涉模塊112是由光器件構(gòu)成的前端無源干涉模塊，由光纖延遲器X×Y耦合器、L×M耦合器和構(gòu)成，其中X、Y為整數(shù)，L、M為整數(shù)，光纖延遲器的延遲為τ。

本實(shí)例中光纖干涉模塊112優(yōu)選由3×3均分耦合器，2×2耦合器組成；a1、a2、…、aX、b1、b2為3×3均分耦合器的端口，a1、a2、…、aX是同向端口，共X個(gè)，b1、b2是3×3均分耦合器的另一組同向端口共Y個(gè)中的兩個(gè)端口；c1、c2、c3是L×M耦合器的端口。

由此構(gòu)成的光纖干涉模塊112將形成兩路光路(以箭頭所指方向表示光經(jīng)過的路徑)

Ⅰ：端口b1→光纖延遲模塊→端口c1→端口c3→傳感/傳輸光纜→反射模塊→傳感/傳輸光纜→端口c3→端口c2→端口b2；

Ⅱ：端口b2→端口c2→端口c3→傳感/傳輸光纜→反射模塊→傳感/傳輸光纜→端口c1→端口c1→光纖延遲模塊→端口b1。

光纖113作為安全監(jiān)測(cè)的感應(yīng)體以及傳送信息的通道，用于傳感和傳輸。

參見圖3，該光纖113優(yōu)選一芯(單芯)連續(xù)光纖，其與燃?xì)夤艿劳瑴箱佋O(shè)，作為無源感應(yīng)器，感應(yīng)通過土層、地面、河道水體等介質(zhì)傳遞的振動(dòng)信息，傳遞的振動(dòng)信息將改變光纜中傳輸?shù)墓獾南辔?、偏振、光?qiáng)或頻率等信息，這樣當(dāng)光纖任一位置置感應(yīng)到介質(zhì)傳遞的振動(dòng)信號(hào)時(shí)，由于光彈效應(yīng)，光纖會(huì)產(chǎn)生微變，振動(dòng)點(diǎn)傳輸?shù)墓獾南辔粫?huì)發(fā)生改變，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制。

另外，根據(jù)需要可對(duì)光纖113套管后在進(jìn)行鋪設(shè)。

反射模塊114，其與光纖的尾端連接，用于將光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)返回至光纖干涉模塊112。

本安全監(jiān)控系統(tǒng)100中的光信號(hào)采集處理模塊120，用于對(duì)光纖干涉光路110輸出的光信號(hào)進(jìn)行采集并處理形成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

該光信號(hào)采集處理模塊120主要由光探測(cè)器121、放大處理模塊122以及數(shù)字信號(hào)采集模塊123配合構(gòu)成。

這里的光探測(cè)器121，其輸入端與光纖干涉光路110中的光纖干涉模塊112的輸出端連接，探測(cè)光纖干涉光路110輸出的兩路干涉光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的兩路模擬信號(hào)，傳輸至放大處理模塊122。

放大處理模塊122對(duì)光探測(cè)器121傳輸?shù)膬陕纺M信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一放大處理，并將放大處理的兩路模擬信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)采集模塊123。

數(shù)字信號(hào)采集模塊123將放大處理模塊122傳輸?shù)姆糯蟮膬陕纺M信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于后續(xù)處理的兩路數(shù)字信號(hào)，并傳至分析定位模塊130。

本安全監(jiān)控系統(tǒng)100中的分析定位模塊130與光信號(hào)采集處理模塊120數(shù)據(jù)連接，用于對(duì)光信號(hào)采集處理模塊120提供的兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，過濾不構(gòu)成威脅的振動(dòng)信號(hào)，定位威脅振動(dòng)行為現(xiàn)對(duì)于燃?xì)夤艿赖陌l(fā)生位置。

該分析定位模塊130主要包括相位還原模塊131和定位模塊132。

其中相位還原模塊131與光信號(hào)采集處理模塊120中的數(shù)字信號(hào)采集模塊123數(shù)據(jù)連接，獲取光信號(hào)采集處理模塊120傳輸?shù)膬陕窋?shù)字信號(hào)，并對(duì)這兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相位還原處理，并處理好的信號(hào)傳至定位模塊132。

定位模塊132對(duì)相位還原模塊131傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行定位運(yùn)算，確定該振動(dòng)信號(hào)是否構(gòu)成威脅，以及定位威脅振動(dòng)行為現(xiàn)對(duì)于燃?xì)夤艿赖陌l(fā)生位置。

該定位模塊132通過比較兩信號(hào)的頻譜特性，消去振動(dòng)信息對(duì)位置信息的干擾，可獲得準(zhǔn)確的振動(dòng)位置信息。通過兩信號(hào)頻譜幅值比值的平均值獲得位置信息，消除了檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定所造成的差異性，可大大提高定位的精確性。

基于方案構(gòu)成的分布式光纖燃?xì)夤艿腊踩O(jiān)控系統(tǒng)100，其在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)，沿燃?xì)夤艿啦荚O(shè)傳感和傳輸合二為一的光纖，在光纖的末端設(shè)置反射模塊，在輸氣站場內(nèi)設(shè)置光纖干涉模塊，再與光源、光纖的頂端、光信號(hào)采集處理模塊120連接；而分析定位模塊130與光信號(hào)采集處理模塊120數(shù)據(jù)連接，并運(yùn)行在相應(yīng)的客戶端中，用于對(duì)燃?xì)夤艿缹?shí)施安全監(jiān)控。

這樣激光光源從光纖干涉模塊中輸入一路光，這路光沿傳感傳輸?shù)墓饫|行至尾端反射模塊后，反射模塊再將光信號(hào)返回至干涉模塊。當(dāng)光纜上的任一位置感應(yīng)到介質(zhì)傳遞的振動(dòng)信號(hào)時(shí)，由于光彈效應(yīng)，光纖會(huì)產(chǎn)生微變，振動(dòng)點(diǎn)傳輸?shù)墓獾南辔粫?huì)發(fā)生改變，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制，光纖干涉光路110將相位的變化轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)的變化，且返回的光在干涉模塊處發(fā)生干涉，再返回給光信號(hào)采集處理模塊120兩路干涉光信號(hào)，通過光信號(hào)采集處理模塊120的數(shù)據(jù)采集，由分析定位模塊130對(duì)相干的兩路光進(jìn)行分析比對(duì)，從而將環(huán)境干擾因數(shù)帶來的振動(dòng)信號(hào)濾除，將可能存在威脅的行為信號(hào)進(jìn)行警報(bào)，并通過兩路信號(hào)的光程比對(duì)，定位威脅行為的發(fā)生位置(如圖4所示)。

對(duì)于本實(shí)例提供的安全監(jiān)控系統(tǒng)100方案，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可采用如下的具體技術(shù)，以保證安全監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施性能。

1、白光干涉測(cè)定技術(shù)。

白光干涉測(cè)定技術(shù)，采用了基于彈光效應(yīng)和干涉技術(shù)構(gòu)成的分布式光纖傳感技術(shù)?；谠摪坠飧缮鏈y(cè)定技術(shù)，本實(shí)例通過構(gòu)建一套復(fù)用的白光光纖干涉系統(tǒng)(即白光光纖干涉光路)，得到同一振動(dòng)對(duì)應(yīng)不同光路位置的兩路干涉信號(hào)，后續(xù)比較兩信號(hào)的頻譜特性，消去振動(dòng)信息對(duì)位置信息的干擾，由此獲得準(zhǔn)確的振動(dòng)位置信息。通過兩信號(hào)頻譜幅值比值的平均值獲得位置信息，消除了檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定所造成的差異性，可大大提高定位的精確性。

這里的白光光纖干涉光路為整個(gè)安全監(jiān)控方案監(jiān)控性能優(yōu)越的關(guān)鍵，其具體通過將光纖內(nèi)因振動(dòng)產(chǎn)生的光的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)，便于后續(xù)的采集和分析。該白光光纖干涉光路主要由光纖干涉模塊，待尋光纖(光纖)以及反射器件共同構(gòu)成，并借助待尋光纖內(nèi)光纖自身的后向散射、反射特性或是在光纖另一端人為連接的反射器件實(shí)現(xiàn)完整的干涉光路。

2、高穩(wěn)態(tài)光信號(hào)的提取技術(shù)。

由于光纖自身易受外界環(huán)境溫度影響，光纖的長度、偏振狀態(tài)等都會(huì)受到環(huán)境溫度改變的影響。如果溫度的敏感性時(shí)刻改變著光纖的性能參數(shù)，那么信號(hào)分析處理的根本基礎(chǔ)就出現(xiàn)了不穩(wěn)定性，而這也是決定技術(shù)是否穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵所在。嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)偏振衰落，光路癱瘓。

為此，本實(shí)例中采用解調(diào)的信號(hào)拾取的干涉方法，利用光纖的光彈效應(yīng)對(duì)光的相位進(jìn)行調(diào)制，而非光強(qiáng)的調(diào)制，使用干涉光路來解調(diào)光纖感應(yīng)到的信號(hào)，采用白光干涉技術(shù)消除光纖對(duì)溫度、偏振的敏感性，保證干涉光路的穩(wěn)定性。

據(jù)此，進(jìn)一步采用以下幾種技術(shù)消除溫度、偏振的敏感性，獲得穩(wěn)定光信號(hào)。

2.1)單芯無環(huán)回光纖感應(yīng)技術(shù)。

本實(shí)例中采用連續(xù)的一芯光纖作為振動(dòng)信號(hào)采集的傳感元，并據(jù)此構(gòu)造白光干涉結(jié)構(gòu)解調(diào)感應(yīng)信號(hào)，并對(duì)事件進(jìn)行事件辨識(shí)與位置的分析、定位。

構(gòu)造的白光干涉結(jié)構(gòu)將光的相位變化信息轉(zhuǎn)變成可以檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)，這樣沿著管道布設(shè)的光纖采集到經(jīng)過土壤等介質(zhì)傳遞的振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行相位還原，并通過相位還原技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。

2.2)構(gòu)建白光干涉光路。

通過白光干涉光路將單芯光纖采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠被電路處理的信號(hào)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

A、通過白光干涉光路的構(gòu)建獲得：

a、極小的噪聲。光纖光路中，由于瑞利散射，會(huì)產(chǎn)生許多散射光，傳統(tǒng)的采用窄光源的干涉技術(shù)中，由于光源的時(shí)間相干性好，相隔很遠(yuǎn)距離的點(diǎn)產(chǎn)生的散射光都可能發(fā)生干涉，造成系統(tǒng)內(nèi)背景噪聲很大。而白光光源光譜寬，時(shí)間相干性小，可降低由于光纖瑞利散射等帶來的系統(tǒng)噪聲。很大程度改善噪聲的影響，獲得良好的信噪比，為獲得良好的分析信號(hào)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。

b、溫度低敏感度。由于白光干涉光路的相互干涉的光路平衡性很好系統(tǒng)，其一致性明顯優(yōu)于窄帶光源干涉光路，因此光纖受外界環(huán)境溫度變化的影響小。由于兩個(gè)干涉光路保持了相干光路變化的一致性，因此干涉光路的工作點(diǎn)不受溫度影響，系統(tǒng)靈敏度高穩(wěn)定性好。

B、通過白光干涉光路使得系統(tǒng)輸出兩路干涉信號(hào)，有效降低了光路系統(tǒng)受噪聲的影響，同時(shí)保證了系統(tǒng)的高靈敏度。

C、待尋光纖(光纖)的光經(jīng)后向散射(或反射)后返回光纖干涉模塊，該技術(shù)采用單芯結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)靈敏度不受監(jiān)控距離影響。由于反射作用，光信號(hào)來回兩次經(jīng)過同一感應(yīng)光纖，成倍增加了信號(hào)拾取的靈敏度，也保證了各傳感點(diǎn)的敏感性的一致。

D、針對(duì)待尋光纖的特性參數(shù)，對(duì)全光纖干涉模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

E、采用偏振控制技術(shù)，減小偏振對(duì)系統(tǒng)的影響。

3、高敏性的光信號(hào)探測(cè)。

由于土壤、光纖外包覆層對(duì)振動(dòng)信號(hào)的減弱，使得直接或間接作用于光纖的振動(dòng)，獲得的光強(qiáng)變化很微弱，需要有極高的靈敏度，高的放大倍數(shù)以及低的工作噪聲，同時(shí)，要求有高穩(wěn)定的光載體。為此，本實(shí)例采用如下的技術(shù)。

1)設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性光源；

采用內(nèi)部集成熱敏電阻和電致制冷器的光源模塊，采用恒流源對(duì)光源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，通過對(duì)制冷器的控制，來達(dá)到溫度穩(wěn)定的目的，從而獲得高穩(wěn)定功率和波長的光源，且達(dá)到APC(自動(dòng)功率控制)，ATC(自動(dòng)溫度控制)。

具體以中央處理器作為控制激光器的發(fā)光功率和制冷器的核心，控制激光器的驅(qū)動(dòng)電流和制冷器的驅(qū)動(dòng)電流，從而根據(jù)溫度探測(cè)和電流檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)來對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電流和制冷器驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行矯正，然后進(jìn)行解析、分析達(dá)到ATC和APC的目的。

2)光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理；

兩路干涉的光信號(hào)，保證放大倍數(shù)的一致性，優(yōu)選用失真度小、放大倍數(shù)準(zhǔn)、共模抑制比高的儀器放大器；同時(shí)對(duì)光電轉(zhuǎn)換及放大部分的噪聲、帶寬和放大倍數(shù)等幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算。對(duì)光電轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)(即光信號(hào)采集處理模塊)的噪聲進(jìn)行分析，消除光電二極管的結(jié)電容、原件的雜散電容及電路的主要噪聲源的干擾。

4、噪聲的隔離。

與待尋光纖相連接的光路在外界噪聲聲壓的作用下同樣會(huì)引起干涉光強(qiáng)的變化，光纖尋蹤過程中難免會(huì)遇到嘈雜的環(huán)境。首先在保證信號(hào)獲取效果的前提下，通過光路參數(shù)的設(shè)計(jì)，減小這部分光路的噪聲拾取能力；其次，采用特殊的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升噪聲隔離能力。

5、模式識(shí)別分析。

模式空間：所有待識(shí)別對(duì)象的全體；

特征參數(shù)：將環(huán)境模式通過特征抽取形成特征矢量，即現(xiàn)實(shí)模式的參數(shù)化過程；

檢測(cè)距離：衡量兩個(gè)特征參數(shù)距離遠(yuǎn)近的尺度；

模式訓(xùn)練：將同類模式進(jìn)行統(tǒng)一描述的參數(shù)化過程。

對(duì)提取到的振動(dòng)信號(hào)的分析、模式識(shí)別是系統(tǒng)從軟件部分分析的關(guān)鍵，系統(tǒng)后端通過對(duì)模式空間、特征參數(shù)、檢測(cè)距離、模式訓(xùn)練等方法，完成模式識(shí)別的全過程。從而準(zhǔn)確的判斷并分離出有效報(bào)警信號(hào)，隔離干擾信號(hào)，減少系統(tǒng)的誤、漏報(bào)。盡可能多地采集待識(shí)別事件；提取合適的特征參數(shù)，將模式空間轉(zhuǎn)變?yōu)楦呶豢臻g中的點(diǎn)集；通過模式訓(xùn)練求取將同類點(diǎn)集的空間分布特性；通過特征參數(shù)提取未知類別的事件在空間中的點(diǎn)；利用檢測(cè)距離和模式訓(xùn)練得到每類空間分布，選取可能的或距離最小的那一類作為該事件的所屬。

6、光纖傳感器的布設(shè)。

通過最合適的方式將光纖沿燃?xì)夤艿肋M(jìn)行預(yù)埋，從而敏感管道周邊區(qū)域的振動(dòng)，避免探測(cè)敏感度分布不均，出現(xiàn)盲區(qū)。光纖套管后，聲腔效應(yīng)對(duì)振動(dòng)的放大效應(yīng)，因此對(duì)于不同介質(zhì)的傳導(dǎo)特性，光纖采取直埋或套管埋設(shè)對(duì)信號(hào)傳遞的敏感作用，針對(duì)不同土質(zhì)采取最優(yōu)化的鋪設(shè)方式，減少振動(dòng)傳遞，增大信號(hào)傳遞的能量敏感度。由于光纖本身不易受電磁干擾，對(duì)于城市燃?xì)夤艿蓝鄻有缘牟荚O(shè)環(huán)境，創(chuàng)造了優(yōu)良的應(yīng)用基礎(chǔ)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。