一種光纖圍欄單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖周界圍欄中的光纖圍欄單 J1_1〇
【背景技術(shù)】
[0002] 對軍事基地、領(lǐng)使館、大型工廠、煤礦、電廠、石油管線等進(jìn)行安全監(jiān)測，是保證國 防安全、社會安定、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一個基本要求。全光纖周界圍欄屬于分布式光纖傳感技 術(shù)的一種典型應(yīng)用，采用的光纖傳感器具有將傳輸與傳感煤質(zhì)合而為一的特點(diǎn)，沿布設(shè)路 徑上的光纖可全部成為敏感元件。全光纖周界圍欄通過光纖圍欄單元特殊的光路設(shè)計，使 兩束光在時間上發(fā)生延時，形成干涉，再通過后期處理解調(diào)出攜帶的擾動信息，結(jié)構(gòu)簡單、 靈敏度高、抗電磁干擾，易于實現(xiàn)分布式傳感監(jiān)測，是現(xiàn)代周界安防的發(fā)展趨勢。
[0003] 利用干涉原理進(jìn)行光纖圍欄單元光路設(shè)計方面，目前的代表性技術(shù)的有Sagnac 技術(shù)、Michel son 技術(shù)和 Mach-Zehnhar 技術(shù)。
[0004] Sagnac光纖干涉的基本結(jié)構(gòu)是將耦合器的輸出端相連接，基本原理是利用同一光 纖環(huán)中沿相反方向前進(jìn)的兩光波，在外界因素影響下產(chǎn)生不同的相移。如果采用Sagnac干 涉方式，缺點(diǎn)有：（1)由于外圍光纖環(huán)形對稱，傳感系統(tǒng)會以對稱形式感受到物理入侵，順 時針和逆時針的光受到相同的相位改變，造成傳感信號抵消，發(fā)生互易效應(yīng)，致使無傳感信 號的輸出，容易產(chǎn)生誤報；(2)若需避免互易效應(yīng)，就需在布設(shè)光纖時，將其中一路進(jìn)行擾 動隔離或者采用其他技術(shù)，這將造成系統(tǒng)成本大大提高，實現(xiàn)難度增大；（3)對解調(diào)電路的 要求很高，必須對光源進(jìn)行調(diào)制，或者對解調(diào)光路進(jìn)行掃頻解調(diào)。
[0005] Miehelson光纖干涉的基本原理是光源發(fā)出的光，經(jīng)耦合器分為兩路，分別入射到 傳感光纖和參考光纖，傳感光纖和參考光纖的反射光在耦合器處疊加，產(chǎn)生干涉效應(yīng)。缺 點(diǎn)有：（1)是利用光纖反射光進(jìn)行干涉測量，因此其信號較微弱；（2)該技術(shù)要求相干長度 大于光學(xué)回路的長度，在長距離測量時，需要相干度極高的光源，這就對光源的制作要求很 高；（3)需要利用復(fù)雜的解調(diào)技術(shù)進(jìn)行相位解調(diào)。
[0006] Mach-Zehnder干涉是一種基于相位干涉的方案，采用兩個親合器，其中一端發(fā)出 的光，經(jīng)第一個耦合器后進(jìn)入兩根長度基本相同的單模光纖，兩光纖輸出的光在第二個耦 合器處發(fā)生干涉。由于光路的對稱性，由另一段發(fā)出的光，也可以在第一個耦合器處發(fā)生干 涉。主要缺點(diǎn)信噪比問題：（1)由于Mach-Zehnder干涉技術(shù)中，光是分經(jīng)兩根光纖進(jìn)行傳 播的，因此溫度等環(huán)境的變化作用于傳感光纖上，會引起傳輸光相位的變化，從而使系統(tǒng)的 信噪比降低；(2)加強(qiáng)激光功率，可以適當(dāng)提高信噪比，但是光纖的瑞利散射及其它非線性 效應(yīng)也可能會降低信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖圍欄單元，解決了現(xiàn)有光纖圍欄 單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號強(qiáng)度弱、靈敏度不高、信噪比低的技術(shù)問題。
[0008] 本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0009] -種光纖圍欄單元，包括光源、光電轉(zhuǎn)換模塊，還包括3X3雙向單模光纖親合器、 監(jiān)控光纖回路和延時光纖回路；所述監(jiān)控光纖回路鋪設(shè)于監(jiān)控區(qū)域周界；所述3X3雙向單 模光纖耦合器分光比為1:1: 1，其輸入端分別連接光源、監(jiān)控光纖回路的一端、光電轉(zhuǎn)換模 塊，輸出端分別連接監(jiān)控光纖回路的另一端以及延時光纖回路的兩端。
[0010] 作為優(yōu)選方案，所述監(jiān)控光纖回路由傳感光纜中的兩根光纖的一端熔接而成。 [0011] 作為優(yōu)選方案，所述傳感光纜為特殊結(jié)構(gòu)的兩芯光纜。
[0012] 作為優(yōu)選方案，所述光源為中心波長與3X3雙向單模光纖耦合器工作波長一致 的激光光源或LED光源。
[0013] 本方案所述的光纖圍欄單元具有如下技術(shù)效果：只采用了一個3X3雙向單模光 纖耦合器，使單元結(jié)構(gòu)簡單、可靠；進(jìn)行干涉的信號是兩路同等信號疊加，可增加信號的強(qiáng) 度，使系統(tǒng)靈敏度高；干涉光是在同等路徑的光纖中傳播的，因此，在沒有擾動的情況下，其 光程是一樣的，只是在擾動時間上有差別，所以，其信噪比較高；此外，單元布設(shè)簡單，容易 實現(xiàn)，對光源的相干度要求也不高，解調(diào)也相對簡單。
【附圖說明】
[0014] 圖1為光纖圍欄單元結(jié)構(gòu)示意圖
[0015] 圖2為光纖圍欄單元監(jiān)控光路擾動模型
【具體實施方式】
[0016] 為使得本領(lǐng)域技術(shù)人員更易于理解本實用新型的技術(shù)方案，對本實用新型的光纖 圍欄單元的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行說明。
[0017] 光纖圍欄單元包括光源1、光電轉(zhuǎn)換模塊2、3X 3雙向單模光纖耦合器3、監(jiān)控光纖 回路4和延時光纖回路5。按照圖1所示的連接關(guān)系，3X3雙向單模光纖耦合器3分光比 約1:1:1，其輸入端分別為413233，其輸出端分別為81、82、83。監(jiān)控光纖回路4鋪設(shè)于 監(jiān)控區(qū)域周界，回路兩端分別為J1、J2。延時光纖回路兩端分別為Y1、Y2。3X3雙向單模 光纖親合器3輸入端A1、A2、A3分別連接光源、監(jiān)控光纖回路的J1端、光電轉(zhuǎn)換模塊，輸出 端Bl、B2、B3分別連接監(jiān)控光纖回路的J1端以及延時光纖回路的兩端Yl、Y2。
[0018] 光纖圍欄單元所需測量的是監(jiān)控光纖回路4附近的擾動。下列兩條光路因未經(jīng)過 擾動，未攜帶傳感光纖信號，不形成干涉。第一條光路是入射光線經(jīng)耦合器A2、B2,經(jīng)延時 光纖Y1、Y2,經(jīng)耦合器B3、A3,最后至光電轉(zhuǎn)換模塊；另一條光路是入射光線經(jīng)耦合器經(jīng)A2、 B3,經(jīng)延時光纖Y2、Y1，經(jīng)耦合器B2、A3,最后至光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0019] 下列兩條光路經(jīng)過耦合器3次，光強(qiáng)分別為原來的1/27,但是這兩路光僅僅是 通過延時光纖的方向不同，所以兩路光是完全等效的可以合并，合并后光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的 2/27。第一條光路是入射光線經(jīng)耦合器A2、B1，經(jīng)過監(jiān)控光纖J2、J1，經(jīng)耦合器Al、B2,經(jīng) 延時光纖Yl、Y2、經(jīng)耦合器B3、A3,最后至光電轉(zhuǎn)換模塊；另一條光路是入射光線經(jīng)耦合器 A2、B1，經(jīng)過監(jiān)控光纖J2、J1，經(jīng)耦合器Al、B3,經(jīng)延時光纖Y2、Y1、經(jīng)耦合器B2、A3,最后至 光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0020] 其他光路的光線都是3次以上經(jīng)過耦合器，雖然存在可以形成干涉的成對光，但 是強(qiáng)度太小，可以忽略不計。
[0021] 這里通過建立圖2中光纖圍欄單元監(jiān)控光路擾動模型，來分析系統(tǒng)傳感光路的工 作及定位方式。需要說明的是，為了使監(jiān)控光纜的兩根光纖構(gòu)成環(huán)路，本實施例選用傳感 光纜中的兩根光纖，在光纜的尾端將兩根光纖熔接，構(gòu)成回路，這樣既方便了傳感光纜的布 設(shè)，提高了光路的穩(wěn)定性，又可以使相干光兩次經(jīng)過擾動點(diǎn)的調(diào)制。
[0022] 設(shè)從傳感光纜J1到J2光路總長、=2 (1+L)。現(xiàn)在分析形成干涉的兩路光：一路 為從J1到J2的光，一路為從J2到J1的光。則有如下式1成立：
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種光纖圍欄單元，包括光源、光電轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于：還包括3X3雙向單模光 纖耦合器、監(jiān)控光纖回路和延時光纖回路；所述監(jiān)控光纖回路鋪設(shè)于監(jiān)控區(qū)域周界；所述 3X3雙向單模光纖親合器分光比為1:1:1，其輸入端分別連接光源、監(jiān)控光纖回路的一端、 光電轉(zhuǎn)換模塊，輸出端分別連接監(jiān)控光纖回路的另一端以及延時光纖回路的兩端。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖圍欄單元，其特征在于所述監(jiān)控光纖回路由傳感光纜中的 兩根光纖的一端熔接而成。
3. 如權(quán)利要求2所述的光纖圍欄單元，其特征在于所述傳感光纜為特殊結(jié)構(gòu)的兩芯光 纜。
4. 如權(quán)利要求1至3中任1項所述的光纖圍欄單元，其特征在于所述光源為中心波長 與3X3雙向單模光纖耦合器工作波長一致的激光光源或LED光源。
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖圍欄單元，包括光源、光電轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于：還包括3×3雙向單模光纖耦合器、監(jiān)控光纖回路和延時光纖回路；所述監(jiān)控光纖回路鋪設(shè)于監(jiān)控區(qū)域周界；所述3×3雙向單模光纖耦合器分光比為1:1:1，其輸入端分別連接光源、監(jiān)控光纖回路的一端、光電轉(zhuǎn)換模塊，輸出端分別連接監(jiān)控光纖回路的另一端以及延時光纖回路的兩端。本實用新型解決了現(xiàn)有光纖圍欄單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號強(qiáng)度弱、靈敏度不高、信噪比低的技術(shù)問題，在分布式光纖傳感監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的實用前景。
【IPC分類】G08B13-186
【公開號】CN204537361
【申請?zhí)枴緾N201520167914
【發(fā)明人】丁楠, 王丹鳳, 劉春曉
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第八研究所
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月24日