專利名稱：防區(qū)式光纖分布式振動傳感器及采用該傳感器的周界報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器及采 用該傳感器的周界報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖周界報警系統(tǒng)作為新一代周界報警系統(tǒng)，有很強的軍用和民用價值。它可以 用于監(jiān)獄、重要軍事目標、武器庫等周界的安防監(jiān)控，還可以用于小區(qū)、政府機關(guān)、核電站、 機場等重要設(shè)施的周界安防監(jiān)控。光纖周界報警系統(tǒng)主要采用了光纖分布式振動傳感器，它通過監(jiān)測邊界小范圍內(nèi) 環(huán)境應(yīng)力變化對光纖的影響，分析入侵振動信息，并對其進行判斷和報警。光纖周界報警系 統(tǒng)具有傳統(tǒng)周界報警系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)點1、適合復(fù)雜地形不受地形的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等地形環(huán)境限制，打破了紅外 線、微波墻等只適用于視距和平坦區(qū)域使用的局限性。適合惡劣氣候不受高溫、低溫、強 光、灰塵、雨、雪、霧、霜等自然氣候的影響。2、采用干涉型光纖傳感技術(shù)，靈敏度遠高于其他類型的傳感器。3、傳感光纖本身無源，因此系統(tǒng)功耗低，使用成本低。4、耐高低溫，抗電磁干擾，本質(zhì)安全，它對環(huán)境要求低，可用于惡劣的室外環(huán)境及 用于石油管道安全監(jiān)測和電站監(jiān)控。5、無機械運動部件，壽命長，無易老化部件，可靠性高，易維護。6、可監(jiān)測的距離長，無源傳感光纜長度可以大于50km，而且多個單位可以級聯(lián)組 成大的監(jiān)測系統(tǒng)。7、可實現(xiàn)實時監(jiān)控。目前，根據(jù)工作原理的區(qū)別，光纖分布式振動傳感器可以分為干涉儀型、光時域反 射計型，強度調(diào)制型等。其中，由于干涉儀型光纖分布式振動傳感器用于實時監(jiān)測外界對光 纜造成的振動，其響應(yīng)時間短，工作距離長。無論從靈敏度，響應(yīng)時間還是工作距離上都具 有很大的優(yōu)勢，在新一代周界報警系統(tǒng)中得到了很大的應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)一中采用馬赫-澤德干涉儀作為光纖周界報警系統(tǒng)中的光纖分布式振 動傳感器，圖1所示為現(xiàn)有的馬赫-澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖。馬 赫-澤德干涉儀是雙光束干涉儀，如圖1中所示，該傳感器主要包括激光器11、耦合器12、 傳感臂13、參考臂14和干涉單元15。激光器11發(fā)出的相干光經(jīng)過耦合器12 —分為二，分 別送入兩根長度基本相同的單模光纖——傳感臂13和參考臂14，隨后傳感臂13和參考臂 14出射的兩束相干光在干涉單元15處產(chǎn)生干涉。當外界因素例如振動、壓力等引起傳感 臂13長度變化時，傳感臂13和參考臂14的相對光程差相應(yīng)的改變，從而引起干涉條紋的 移動，因此干涉單元15通過檢測干涉條紋的變化而得到外界振動信號的特征，進而識別振 動信號的類型。
雖然馬赫-澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器的響應(yīng)時間短，工作距離長，靈敏度高，但是，由于長距離傳感降低成本的需要，該傳感器中的傳感臂13和參考臂14均采 用單模光纖，而單模光纖本身固有的本征雙折射和外界隨機因素導(dǎo)致的誘導(dǎo)雙折射，會使 得當兩臂的出射光發(fā)生干涉時，傳感臂13和參考臂14處于相同振動方向的光矢量(電場 矢量)分量的幅值發(fā)生隨機變化，而只有相同偏振態(tài)(振動方向)的光矢量(電場矢量) 分量之間才會發(fā)生干涉，因此傳感臂13和參考臂14中處于相同振動方向的光矢量(電場 矢量)分量的幅值發(fā)生隨機變化會使干涉單元15輸出信號的幅值發(fā)生變化，特別地，當兩 臂光波的偏振態(tài)正交時，將不能發(fā)生干涉，干涉單元15輸出信號的幅值為0，該傳感器的作 用完全失效。可見，馬赫_澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器由于輸出信號的不穩(wěn)定性， 可能使傳感器在一定的時間范圍內(nèi)出現(xiàn)無輸出信號的失效情況，嚴重影響了傳感器在實際 監(jiān)測應(yīng)用中的可靠性。此外，由于馬赫_澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器中的激光器 11采用窄線寬激光器，相干長度較長，無法通過消偏技術(shù)克服其偏振誘導(dǎo)雙折射引入的信 號衰落問題?，F(xiàn)有技術(shù)二中采用邁克爾遜干涉儀作為光纖周界報警系統(tǒng)中的光纖分布式振動 傳感器，圖2所示為現(xiàn)有的邁克爾遜干涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖。該傳 感器主要包括激光器21、耦合器22、傳感臂23、參考臂24和探測器25，傳感臂23和參考 臂24均采用單模光纖且反射端面26處均鍍上高反射率膜，激光器21發(fā)出的相干光經(jīng)過耦 合器22 —分為二，分別送入兩根長度基本相同的單模光纖——傳感臂23和參考臂24，傳感 臂23和參考臂24內(nèi)的傳輸光分別在各自涂有高反射膜的反射端面26處反射后返回至耦 合器22內(nèi)干涉，隨后類似于馬赫_澤德干涉儀，探測器25通過檢測干涉條紋的變化而得到 外界振動信號的特征，進而識別振動信號的類型。同樣地，由于邁克爾遜干涉儀型光纖分布 式振動傳感器中采用單模光纖，光纖中傳輸?shù)墓獠ㄆ駪B(tài)的隨機變化將導(dǎo)致輸出干涉信號 的幅值隨機變化，在某時間范圍還會使傳感器失效。而且該種傳感器也無法通過消偏技術(shù) 克服其偏振誘導(dǎo)雙折射引入的信號衰落問題。綜上所述，由于現(xiàn)有的干涉儀型光纖分布式振動傳感器中需要的傳感光纖較長， 傳感光路通常采用成本相對較低的單模光纖，因此，隨機變化的外界因素導(dǎo)致的誘導(dǎo)雙折 射以及光纖本身存在的本征雙折射會導(dǎo)致單模光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)發(fā)生隨機變化， 由此會導(dǎo)致傳感器中傳感臂和參考臂的光波的偏振態(tài)存在區(qū)別，從而使干涉信號的幅度發(fā) 生隨機變化。最差地，當傳感臂和參考臂輸出的光波的偏振態(tài)正交時，將發(fā)生不能干涉的情 況，嚴重影響了現(xiàn)有的光纖分布式振動傳感器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法 可靠地采用光纖進行振動傳感的問題。基于本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動 傳感器，本發(fā)明實施例還提供了一種采用所述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的周界報警系 統(tǒng)，用于提高現(xiàn)有的光纖周界報警系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明提供的一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，包括光源、第一傳導(dǎo)光纖、第 二傳導(dǎo)光纖、耦合器、第一消偏器、第二消偏器、延時環(huán)、U型傳感光纖回路和信號接收處理 模塊；所述耦合器具有至少四個耦合臂；所述第一傳導(dǎo)光纖的一端與所述光源連接，另一端與所述耦合器的第一耦合臂連接；所述第二傳導(dǎo)光纖的一端與所述信號處理接收模塊相 連接，另一端與所述耦合器的第二耦合臂相連接；所述耦合器的第三耦合臂與所述第一消 偏器的一端相連接，所述耦合器的第四耦合臂與所述第二消偏器的一端相連接；所述第一 消偏器的另一端和所述第二消偏器的另一端之間串聯(lián)有所述延時環(huán)和所述U型傳感光纖 回路。所述信號接收處理模塊包括光電探測器、前置放大器和濾波器；所述光電探測 器的輸入端與所述第二傳導(dǎo)光纖連接，輸出端與所述前置放大器的輸入端電連接；所述前 置放大器的輸出端與所述濾波器的輸入端電連接。本發(fā)明提供的一種周界報警系統(tǒng)，所述周界報警系統(tǒng)包括至少一個本發(fā)明所提供 的所述的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器。所述周界報警系統(tǒng)具有若干個相互獨立的防區(qū)以及與所述防區(qū)數(shù)目相同的光纖 分布式振動傳感器；每個所述防區(qū)內(nèi)有且僅分布有一個所述光纖分布式振動傳感器的傳感
光路。 當所述周界報警系統(tǒng)中的所有光纖分布式振動傳感器全部為本發(fā)明所提供的防 區(qū)式光纖分布式振動傳感器時，每個所述防區(qū)內(nèi)有且僅分布有一個所述防區(qū)式光纖分布式 振動傳感器的U型傳感光纖回路。上述周界報警系統(tǒng)還包括儀器箱和與所述防區(qū)數(shù)目相同的防區(qū)內(nèi)接線盒；，任意 兩個相鄰防區(qū)之間以一個防區(qū)內(nèi)接線盒為隔斷；所述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的光源 及信號接收處理模塊設(shè)置于所述儀器箱內(nèi)；任意一個所述防區(qū)內(nèi)接線盒內(nèi)設(shè)置有一個所述 防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的耦合器、第一消偏器、第二消偏器和延時環(huán)。上述周界報警系統(tǒng)中的全部防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的U型傳感光纖回路 可設(shè)置于一根光纜內(nèi)。本發(fā)明提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器在傳感光路段添加了消偏器以消除 光路中傳輸?shù)墓庑盘柕钠裉匦?，避免了單模光纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象，使 輸出信號具有穩(wěn)定的可視度。此外，該傳感器的外部光路無源化，傳感光纖的長度選用自 由，具有很大的實用性。本發(fā)明還提供了一種采用了本發(fā)明提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的周界 報警系統(tǒng)，由于其中采用的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器不再存在單模光纖中應(yīng)力雙折射 引起的偏振衰落現(xiàn)象，因此該周界報警系統(tǒng)不僅具有現(xiàn)有的光纖周界報警系統(tǒng)的優(yōu)點，相 對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的周界報警系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1為現(xiàn)有的馬赫_澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖；圖2為現(xiàn)有的邁克爾遜干涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖；圖3為現(xiàn)有的薩格納克干涉儀原理圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的結(jié)構(gòu)圖之一；圖5為本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的結(jié)構(gòu)圖之二 ；圖6為圖4中的信號接收處理模塊50的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的其中一種周界報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式由于現(xiàn)有的干涉儀型光纖分布式振動傳感器中通常采用成本相對較低的單模光 纖，存在偏振誘導(dǎo)雙折射引入的信號衰落問題。本發(fā)明實施例通過對現(xiàn)有的薩格納克干涉 儀進行改進以提供一種穩(wěn)定的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，該種傳感器中通過消偏技術(shù) 解決了單模光纖中偏振誘導(dǎo)雙折射引入的信號衰落問題，更為光纖周界報警系統(tǒng)提供了新 的可行方案。下面結(jié)合各個附圖對本發(fā)明實施例技術(shù)方案的主要實現(xiàn)原理具體實施方式
及其 對應(yīng)能夠達到的有益效果進行詳細的闡述。圖3所示為現(xiàn)有的薩格納克干涉儀原理圖，該干涉儀包括光源31、耦合器32、光 纖環(huán)路33和光電轉(zhuǎn)換器34。光源31發(fā)出的光經(jīng)過2*2耦合器32后分為兩路光一路在 光纖環(huán)路33中順時針傳播，另外一路在光纖環(huán)路33中逆時針傳播，最后兩路光經(jīng)光纖環(huán)路 33后回到耦合器32處發(fā)生干涉。當有外界振動作用于光纖環(huán)路33時，光纖的導(dǎo)光參數(shù)發(fā) 生變化，使得在光纖環(huán)路33中反向傳播的兩個光波之間產(chǎn)生了相位差，通過光電轉(zhuǎn)換器34 檢測干涉信號，得到外界的振動信號。以下詳細說明圖3所示薩格納克干涉儀的具體工作原理。設(shè)光纖環(huán)路33的長度為L，則當某一光波通過光纖環(huán)路33時，該光波相位延遲
為 所以有其中，β是光纖的傳播常數(shù)；η是光纖材料的折射率；D為光纖芯直徑。一般AD 值相對較小可忽略。當有人員接觸該薩格納克干涉儀的光纖時，所述光纖受到應(yīng)力振動， 它的長度、纖芯直徑和折射率都將發(fā)生變化。根據(jù)式(2)可知光波相位識將產(chǎn)生變化。理 論證明，光波相位變化率Δφ與振動成正比。當有振動作用在距Ztl(光纖環(huán)路33的中點) Z1 (Z1 Φ 0)處，在所述光纖環(huán)路33中反向傳播的兩路光在到達干涉點時相位不等。設(shè)振動 信號引起光信號相位變化為Cp(t),則光電轉(zhuǎn)換器34接收的光功率P正比于 其中a = ^3=h，c為光速。 綜上所述，當人員接觸薩格納克干涉儀時，光電轉(zhuǎn)換器34接收的干涉光光強信號 發(fā)生變化，對光強信號進行解調(diào)，可以實時還原振動信號。由于圖3所示的薩格納克干涉儀 已是現(xiàn)有技術(shù)，在此不再多做說明。由于現(xiàn)有的薩格納克干涉儀也存在單模光纖中應(yīng)力雙折射引入的偏振衰落現(xiàn)象， 因此，本發(fā)明實施例對其進行改進，在所述薩格納克干涉儀的光纖環(huán)路中添加消偏器，使干涉儀的輸出信號具有穩(wěn)定的可視度，避免了單模光纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象。 以下詳細說明。 圖4所示為本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的結(jié)構(gòu)圖之一，該 傳感器包括光源41、第一傳導(dǎo)光纖42、第二傳導(dǎo)光纖43、耦合器44、第一消偏器45、第二 消偏器46、延時環(huán)47、第一傳感光纖48、第二傳感光纖49和信號接收處理模塊50。其中， 耦合器44具有至少4個耦合臂，圖4中為方便表示，僅畫出該耦合器44的第一耦合臂441、 第二耦合臂442、第三耦合臂443和第四耦合臂444。所述第一傳感光纖48與第二傳感光 纖49連接為一段U型傳感光纖回路，第一傳感光纖48和第二傳感光纖49長度相等且均為 單模光纖。所述U型傳感光纖回路指第一傳感光纖48的一端與第二傳感光纖49的一端相 連接，第一傳感光纖49、第二傳感光纖49的剩余端不相互連接。所述第一傳導(dǎo)光纖42的一端連接光源41，另一端連接耦合器44的第一耦合臂 441。所述第二傳導(dǎo)光纖43的一端與信號處理接收模塊50的光信號輸入端相連接，另 一端與耦合器44的第二耦合臂442相連接。所述耦合器44通過第三耦合臂443和第四耦合臂444，與第一消偏器45、延時環(huán) 47、所述U型傳感光纖回路和第二消偏器46構(gòu)成一個閉合回路。圖4中，耦合器44的第三 耦合臂443與第一消偏器45的一端相連接，第四耦合臂444與第二消偏器46的一端相連 接，第二消偏器46的另一端與所述U型傳感光纖回路的一端相連接，所述U型傳感光纖回 路的另一端連接延時環(huán)47，所述延時環(huán)47的剩余端與第一消偏器45的剩余端連接。圖4所示傳感器中，光源41發(fā)出的光經(jīng)第一傳導(dǎo)光纖42到達耦合器44的第一耦 合臂441后分為兩束——一束順時針傳輸光和一束逆時針傳輸光，所述順時針傳輸光和逆 時針傳輸光分別由耦合器44的第三耦合臂443和第四耦合臂444輸出。所述順時針傳輸 光沿耦合器44的第三耦合臂443傳輸至第一消偏器45，經(jīng)第一消偏器45消除偏振特性后 的順時針傳輸光順序經(jīng)延時環(huán)47、U型傳感光纖回路、第二消偏器46后輸入到耦合器44的 第四耦合臂444。所述逆時針傳輸光沿耦合器44的第四耦合臂444傳輸至所述第二消偏器 46 ；然后經(jīng)第二消偏器46消除偏振特性后的逆時針傳輸光順序經(jīng)U型傳感光纖回路、延時 環(huán)47、第一消偏器45后至所述耦合器44的第三耦合臂443。最后第四耦合臂444接收的 順時針傳輸光和第三耦合臂443接收的逆時針傳輸光在耦合器44內(nèi)干涉后得到的干涉光 從耦合器44的第二耦合臂442輸出，并經(jīng)第二傳導(dǎo)光纖43后輸入至信號接收處理模塊50。 類似于現(xiàn)有的薩格納克干涉儀傳感原理，當有振動作用于圖4所示的傳感光纖48時，所述 順時針傳輸光和逆時針傳輸光在到達干涉點時相位不等，干涉光的光強信號發(fā)生變化，所 述信號接收處理模塊50對干涉光的光強信號進行解調(diào)，即可以實時還原振動信號。圖4所示傳感器中，延時環(huán)47是用于使第一傳感光纖48和第二傳感光纖49的光 學長度不一致，這樣做有助于保證第一傳感光纖48和第二傳感光纖49連成的U型傳感光 纖回路上不同位置處的傳感光纖的靈敏度一致，從而使該U型傳感光纖回路的靈敏度得以 提尚。顯然，圖4中的延時環(huán)47的位置還可變更到第二消偏器46和所述U型傳感光纖回 路之間，如圖5所示為本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的結(jié)構(gòu)圖之二， 其中，與圖4具有相同附圖標記的光源41、第一傳導(dǎo)光纖42、第二傳導(dǎo)光纖43、耦合器44、第一消偏器45、第二消偏器46、和信號接收處理模塊50的連接關(guān)系不變。不同的是耦合 器44的第三耦合臂443輸出的順時針傳輸光依次經(jīng)第一消偏器45、第一傳感光纖48和第 二傳感光纖49連成的U型傳感光纖回路、延時環(huán)410、第二消偏器46后輸入到第四耦合臂 444。耦合器的第四耦合臂444輸出的逆時針傳輸光的光路走向類似分析，此處不再贅述。
綜上所述，本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器包括光源、第一傳 導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖、耦合器、第一消偏器、第二消偏器、延時環(huán)、U型傳感光纖回路和信號 接收處理模塊。所述耦合器具有至少四個耦合臂。所述U型傳感光纖回路由兩段長度相等 的第一傳感光纖和第二傳感光纖連接而成。所述第一傳導(dǎo)光纖的一端連接光源，另一端連 接耦合器的第一耦合臂。所述第二傳導(dǎo)光纖的一端與信號處理接收模塊的光信號輸入端相 連接，另一端與耦合器的第二耦合臂相連接。所述耦合器的第三耦合臂與所述第一消偏器 的一端相連接，第四耦合臂與所述第二消偏器的一端相連接。所述延時環(huán)連接于所述U型 傳感光纖回路的任一端與所述第一消偏器和第二消偏器中的任一個之間，所述第一消偏器 和第二消偏器中的另一個與所述U型傳感光纖回路的剩余端連接。值得說明的是本實施例中僅是為了說明方便，用延時環(huán)來說明該位置上應(yīng)該安 裝的器件的作用——使第一傳感光纖和第二傳感光纖的光學長度不一致，本領(lǐng)域技術(shù)人員 通過將延時環(huán)替換為其他各種能夠?qū)崿F(xiàn)與所述延時環(huán)具有相同技術(shù)效果的器件，如相位延 時器等，來實現(xiàn)與本發(fā)明相同的技術(shù)目的的方案，應(yīng)該視為與本發(fā)明相同的技術(shù)方案。相對于現(xiàn)有的薩格納克干涉儀，圖4或圖5所示防區(qū)式光纖分布式振動傳感器中， 第一消偏器45和第二消偏器46用于消除所述順時針傳輸光和逆時針傳輸光的偏振性，避 免了單模光纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象，以使信號接收處理模塊最終接收的信號 具有穩(wěn)定的可視度。其中，所述第一消偏器45和第二消偏器46可以采用任何類型的檢偏 器，如棱鏡型等結(jié)構(gòu)，由于消偏器已是現(xiàn)有技術(shù)，此處不多做說明。此外，本發(fā)明實施例中所 述的第一消偏器45和第一傳感光纖48可替換為保偏光纖，第二消偏器46和第二傳感光纖 49也可替換為保偏光纖。在替換方案中，本發(fā)明實施例提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感 器包括光源、第一傳導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖、耦合器、信號接收處理模塊、延時環(huán)和保偏光 纖。其中，光源、第一傳導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖、耦合器以及信號接收處理模塊與圖4所采用 的同名稱部件相同，且它們之間的連接關(guān)系也與圖4所示結(jié)構(gòu)相同，此外，所述保偏光纖的 一端通過延時環(huán)與所述耦合器的第二耦合臂和第四耦合臂之中的一個耦合臂相連接，所述 耦合器的第二耦合臂和第四耦合臂之中的另一個與所述保偏光纖的另一端相連接。上述采 用保偏光纖的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的技術(shù)效果與本發(fā)明實施例主要提供的防區(qū) 式光纖分布式振動傳感器的技術(shù)效果完全相同。圖6所示為圖4中的信號接收處理模塊50的結(jié)構(gòu)示意圖。所述信號接收處理模 塊50包括光電探測器61、前置放大器62和濾波器63。所述光電探測器61的輸入端和 圖4所示的第二傳導(dǎo)光纖43光纖連接，光電探測器61的輸出端與前置放大器62的輸入端 電連接。所述前置放大器62的輸出端與濾波器63的輸入端電連接。具體工作時，光電探 測器61接收圖4所示的第二傳導(dǎo)光纖43輸出的干涉光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號后提供 給前置放大器62，隨后前置放大器62對輸入的電信號進行放大，以滿足后續(xù)電路的處理要 求。由于放大后的電信號包含著較多的噪聲，因此最后采用濾波器63對其濾波后輸出原振 動信號。
顯然，所述光電探測器61的類型可根據(jù)實際需要選用。此外，其中前置放大器62 和濾波器63的作用主要是為了消除光電探測器61解調(diào)出的電信號中的噪聲和其他干擾， 前置放大器62和濾波器63的具體設(shè)計不是本發(fā)明主要討論的內(nèi)容，因此，只要與本發(fā)明實 施例所述的前置放大器62和濾波器63具有相同技術(shù)功能的器件，不論實現(xiàn)方式為電路方 式或虛擬儀器等方式，均可用于本發(fā)明實施例所述的信號接收處理模塊50中，不管其結(jié)構(gòu) 差異如何，均應(yīng)被視為與本發(fā)明實施例所提出的信號接收處理模塊50相同的技術(shù)方案，屬 于本發(fā)明請求保護的技術(shù)范圍之內(nèi)。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，所述防區(qū)式 光纖分布式振動傳感器在薩格納克干涉儀中采用了消偏的方法，使輸出信號具有穩(wěn)定的可 視度，避免了單模光纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象。此外，在穩(wěn)定輸出信號幅值的同 時，保證了干涉儀外部光路的無源化。此外，由于本發(fā)明只對薩格納克干涉儀的部分光路進 行了處理，因此其中采用的傳感光纖的長度選用自由，適合于傳感光纖為任何長度的情況。相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了一種周界報警系統(tǒng)，該周界報警系統(tǒng)是由光纖分 布式振動傳感器為基礎(chǔ)而構(gòu)建的拓補陣列，包含至少一個本發(fā)明實施例所提供的防區(qū)式光 纖分布式振動傳感器。通常情況下，該周界報警系統(tǒng)包括若干個防區(qū)和與防區(qū)數(shù)目相同的 光纖分布式振動傳感器，此處所述與防區(qū)數(shù)目相同的光纖分布式振動傳感器中至少有一個 是本發(fā)明實施例所提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，其余光纖分布式振動傳感器可為 現(xiàn)有的任一款光纖分布式振動傳感器。其中，每個防區(qū)都是獨立的，每個防區(qū)內(nèi)有且僅分布 有一個光纖分布式振動傳感器的傳感光路段。較佳地，該周界報警系統(tǒng)中的所有光纖分布 式振動傳感器均采用本發(fā)明實施例所提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，每個所述防區(qū) 內(nèi)有且僅分布有一個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的U型傳感光纖回路。本發(fā)明實施例所 提供的周界報警系統(tǒng)的拓補結(jié)構(gòu)和防區(qū)數(shù)可根據(jù)實際需要具體制定，以下為描述方便，舉 一例進行說明。圖7所示為本發(fā)明實施例提供的其中一種周界報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7中 所示，該周界報警系統(tǒng)包括儀器箱71、防區(qū)72和防區(qū)內(nèi)接線盒73三大部分。該周界報警 系統(tǒng)由n個(n為大于等于1的正整數(shù))本發(fā)明實施例所提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳 感器組成，所述n個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器沿某一預(yù)定方向并行排列，且所有防區(qū) 式光纖分布式振動傳感器的光源及信號接收處理模塊均設(shè)置于所述儀器箱71內(nèi)。所述并 行排列是指所述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的傳感光纖延伸方向并行。在垂直于所述預(yù) 定方向的方向上設(shè)置有n個防區(qū)72，任意兩個相鄰防區(qū)72之間以一個防區(qū)內(nèi)接線盒73為 隔斷。任意一個防區(qū)內(nèi)接線盒73內(nèi)設(shè)置有一個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的耦合器、第 一消偏器、第二消偏器和延時環(huán)。事實上，由于所述U型傳感光纖回路是由第一、第二傳感 光纖連接而成，因此防區(qū)內(nèi)接線盒73的另一作用是用于保護每個防區(qū)式光纖分布式振動 傳感器的第一、第二傳感光纖的連接點。任意一個防區(qū)72內(nèi)有且僅由一個防區(qū)式光纖分布 式振動傳感器的第一、第二傳感光纖段(即上述U型傳感光纖回路)完全覆蓋。在圖7所 示周界報警系統(tǒng)的圖紙平面內(nèi)豎直方向為所述預(yù)定方向，在圖紙平面內(nèi)從左往右數(shù)的第 m個防區(qū)72內(nèi)設(shè)置有豎直方向上從上往下數(shù)的第m個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的傳感 光纖。綜上所述，圖7所示周界報警系統(tǒng)中的n個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器與n個
9防區(qū)72 —一對應(yīng)，每個防區(qū)式光纖分布式振動傳感器用于感應(yīng)其對應(yīng)防區(qū)72內(nèi)的振動信 號。因此，由圖7可看出，當有人員接觸該周界報警系統(tǒng)的任一防區(qū)72或試圖翻越時，該防 區(qū)72內(nèi)的傳感光纖會感應(yīng)到振動，隨后根據(jù)前面所述的本發(fā)明所提供的防區(qū)式光纖分布 式振動傳感器的傳感原理，該段傳感光纖所對應(yīng)的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器會還原此 振動信號并進行報警，從而實現(xiàn)對該系統(tǒng)所覆蓋的所有防區(qū)的監(jiān)測。較佳地，本發(fā)明實施例所提供的周界報警系統(tǒng)內(nèi)的所有防區(qū)式光纖分布式振動傳 感器的傳感光纖可以利用同一根光纜一一一根光纜內(nèi)包含多芯來實現(xiàn)。較佳地，本發(fā)明實施例所提供的周界報警系統(tǒng)中每個防區(qū)都是獨立的，因此其中 的光纖分布式振動傳感器的光源可以采用同一光源，也可以采用不同光源，其技術(shù)效果完 全相同，不影響本發(fā)明的實施。顯然，除了圖7所示周界報警系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)類似原理，采用本 發(fā)明實施例所提供的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器組成其它拓補結(jié)構(gòu)的周界報警系統(tǒng)，本 發(fā)明也意圖包括這些周界報警系統(tǒng)的變型在內(nèi)。綜上所述，本發(fā)明實施例還提供了一種采用了本發(fā)明提供的防區(qū)式光纖分布式振 動傳感器的周界報警系統(tǒng)，由于其中采用的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器不再存在單模光 纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象，因此該系統(tǒng)不僅具有現(xiàn)有的光纖周界報警系統(tǒng)的優(yōu) 點，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的周界報警系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性進一步得以提 高，具有更大的實用性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，其特征在于，包括光源、第一傳導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖、耦合器、第一消偏器、第二消偏器、延時環(huán)、U型傳感光纖回路和信號接收處理模塊；所述耦合器具有至少四個耦合臂；所述第一傳導(dǎo)光纖的一端與所述光源連接，另一端與所述耦合器的第一耦合臂連接；所述第二傳導(dǎo)光纖的一端與所述信號處理接收模塊相連接，另一端與所述耦合器的第二耦合臂相連接；所述耦合器的第三耦合臂與所述第一消偏器的一端相連接，所述耦合器的第四耦合臂與所述第二消偏器的一端相連接；所述第一消偏器的另一端和所述第二消偏器的另一端之間串聯(lián)有所述延時環(huán)和所述U型傳感光纖回路。
2.如權(quán)利要求1所述的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，其特征在于，所述信號接收處 理模塊包括光電探測器、前置放大器和濾波器；所述光電探測器的輸入端與所述第二傳導(dǎo)光纖連接，輸出端與所述前置放大器的輸入 端電連接；所述前置放大器的輸出端與所述濾波器的輸入端電連接。
3.一種周界報警系統(tǒng)，其特征在于，所述周界報警系統(tǒng)包括至少一個權(quán)利要求1所述 的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器。
4 如權(quán)利要求3所述的周界報警系統(tǒng)，其特征在于，所述周界報警系統(tǒng)具有若干個相 互獨立的防區(qū)以及與所述防區(qū)數(shù)目相同的光纖分布式振動傳感器；每個所述防區(qū)內(nèi)有且僅 分布有一個所述光纖分布式振動傳感器的傳感光路。
5 如權(quán)利要求4所述的周界報警系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖分布式振動傳感器全部 為權(quán)利要求1所述的防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，每個所述防區(qū)內(nèi)有且僅分布有一個所 述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的U型傳感光纖回路。
6.如權(quán)利要求5所述的周界報警系統(tǒng)，其特征在于，所述周界報警系統(tǒng)還包括儀器箱 和與所述防區(qū)數(shù)目相同的防區(qū)內(nèi)接線盒；，任意兩個相鄰防區(qū)之間以一個防區(qū)內(nèi)接線盒為 隔斷；所述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的光源及信號接收處理模塊設(shè)置于所述儀器箱內(nèi)；任意一個所述防區(qū)內(nèi)接線盒內(nèi)設(shè)置有一個所述防區(qū)式光纖分布式振動傳感器的耦合 器、第一消偏器、第二消偏器和延時環(huán)。
7.如權(quán)利要求6所述的周界報警系統(tǒng)，其特征在于，全部所述防區(qū)式光纖分布式振動 傳感器的U型傳感光纖回路設(shè)置于一根光纜內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防區(qū)式光纖分布式振動傳感器，包括光源、第一傳導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖、具有至少四個耦合臂的耦合器、第一消偏器、第二消偏器、延時環(huán)、U型傳感光纖回路和信號接收處理模塊。第一傳導(dǎo)光纖兩端分別連接光源和耦合器的第一耦合臂；第二傳導(dǎo)光纖的兩端分別連接信號處理接收模塊和耦合器的第二耦合臂；耦合器的第三耦合臂與第一消偏器的一端相連，耦合器的第四耦合臂與第二消偏器的一端相連；第一消偏器的另一端和第二消偏器的另一端之間串聯(lián)有延時環(huán)和U型傳感光纖回路。本發(fā)明提供的傳感器避免了單模光纖中應(yīng)力雙折射引起的偏振衰落現(xiàn)象，更為光纖周界報警系統(tǒng)提供了新的可行方案。
文檔編號G08B13/00GK101871809SQ20101020893
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者林明霞 申請人:北京奧普科達科技有限公司