專利名稱：光纖安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種埋地管道、構(gòu)筑物或通信光纜、交通設(shè)施、文物保護(hù)區(qū)、軍械 庫、重點機(jī)關(guān)和重要工業(yè)廠區(qū)等構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警的光纖 安全預(yù)警系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于石油、天然氣、成品油、煤漿以及水等物質(zhì)來說，管道輸送是一種安全、 經(jīng)濟(jì)以及高效的運(yùn)輸方式，在全球運(yùn)輸行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在 石油、成品油和天然氣這些具有易燃易爆和交易價值極高的能源物質(zhì)運(yùn)輸中占有 極為重要的位置，在我們囯家，每年至少新建幾千公里的管道，可以說，管道是 能源運(yùn)輸?shù)拇髣用}。管道輸送的石油、成品油和天然氣既有極高的交易價值也有 易燃易爆這一特性，管道一旦泄漏，泄漏區(qū)域極易發(fā)生燃燒爆炸，不僅影響管道 行業(yè)的安全生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且也嚴(yán)重威脅著周邊沿線人民群眾的 財產(chǎn)與生命安全。另外，管道泄露對周邊生態(tài)環(huán)境造成的危害更是無法估量。
自從有了管道，也就有了來自外界的破壞。尤其是近些年來，油價上漲，在
利益的驅(qū)動下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盜油、盜氣；基礎(chǔ)建設(shè)大量上 馬，管道沿線施工工地隨處可見；此外，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，這 些都時刻威脅著管道的生產(chǎn)安全，其中打孔盜油和非法施工成為威脅管道安全生 產(chǎn)的首要因素。
據(jù)不完全統(tǒng)計，僅我囯每年因外界破壞而造成的管道泄漏或爆炸上千余次， 直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾億元，環(huán)境破壞和社會影響等間接損失更是無法估量。為防止 外界對管道的破壞，管道運(yùn)輸行業(yè)每年投入了大量的人力物力，但是仍然無法有 效地預(yù)防和阻止破壞。管道運(yùn)輸行業(yè)的安全生產(chǎn)形式非常嚴(yán)峻，尋找確保管道運(yùn) 輸安全生產(chǎn)的手段和方法已迫在眉睫。
隨著管道運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，各種管道運(yùn)輸安全監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前 已有的管道安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)主要有兩類。其一管道泄漏事件發(fā)生后的監(jiān)測技 術(shù)，這種技術(shù)主要有"管內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)檢測技術(shù)和分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)測 技術(shù)"。管內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)檢測技術(shù)是實時采集管線中流體的流量、溫度和壓力 等信號，進(jìn)行管道泄漏檢測和定位，這種技術(shù)受到管道內(nèi)的流體特性、輸送工藝 以及測試儀器的性能等因素限制，對管道泄漏監(jiān)測的靈敏度和定位精度較低，這
類技術(shù)包括壓力梯度法、負(fù)壓力波法、流量平衡法。分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)
測技術(shù)是利用光纖的非線性特性(拉曼效應(yīng)和布里淵效應(yīng))實時采集管道泄漏的 介質(zhì)對光纖的溫度影響和沖擊應(yīng)力來確定泄漏點的位置，這種技術(shù)受到光纜的結(jié) 構(gòu)和光纜與泄漏點的距離限制而影響監(jiān)測效果。其二，管道破壞事件發(fā)生前的預(yù) 防監(jiān)測技術(shù)，也就是管道破壞預(yù)警技術(shù)，目前已有的該類技術(shù)主要是"聲波技術(shù) 監(jiān)測"，該技術(shù)是利用聲波沿管道傳輸原理，在每隔1公里左右安裝一個有源傳 感器，拾取管道沿線的聲音信號加以分析，確定事件性質(zhì)，進(jìn)而對破壞管道的事 件提前發(fā)現(xiàn)，但是每一*感器件必須配備一套供電裝置和通信裝置，不僅增加 設(shè)備的投資和維護(hù)成本，且這些設(shè)施本身也容易遭到破壞，使裝置不能正常運(yùn)行。
而其它地下構(gòu)筑物或通信光纜、交通設(shè)施、文物保護(hù)區(qū)、軍械庫、重點機(jī)關(guān) 和重要工業(yè)廠區(qū)等重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)則還沒有有效的辦法。
針對現(xiàn)有的管道及類似設(shè)施安全監(jiān)測技術(shù)存在的問題，有澳大利亞專利提出
基于馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理的監(jiān)測技術(shù)，但該專利技術(shù)由于 性能不穩(wěn)定，在技術(shù)上存在一定的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種能穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確地預(yù)警埋地管道、構(gòu)筑物或地 面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域安全的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)。
鑒于現(xiàn)有管道安全監(jiān)測技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種基于采用相位衰落 控制和偏振衰落控制技術(shù)的雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀原理，消除 了因相位衰落和偏振衰落引起的信號消隱，形成具有穩(wěn)定相位和穩(wěn)定偏振態(tài)的兩 路同步干涉激光調(diào)制信號在干涉儀上相對傳輸并在干涉儀雙端拾取的光路結(jié)構(gòu)。 利用與管道同溝敷設(shè)或構(gòu)筑物、重要設(shè)施周圍地下光纜中的普通通信光纖作為干 涉儀的干涉臂和傳輸光纖，進(jìn)而形成連續(xù)分布式的土壤振動檢測傳感器，拾取管 道附近沿線土壤的振動信號。事件定位系統(tǒng)根據(jù)兩路激光信號的傳輸時間差值分 析計算出管道附近沿線的土壤振動事件的發(fā)生位置。信號識別系統(tǒng)確定引起土壤 振動事件的性質(zhì)和類別。
本發(fā)明的構(gòu)成如圖l所示，有三種構(gòu)成方案，即相位控制或偏振控制或偏振 與相位控制。相位控制是由激光器101和傳感系統(tǒng)102組成的光路系統(tǒng)拾取的信號 經(jīng)過光纖傳到光電信號處理電路105，傳感系統(tǒng)102由光纖連接相位控制系統(tǒng)103 后由電信號線與光電信號處理電路105連接，相位控制系統(tǒng)103與光電信號處理電 路105、傳感系統(tǒng)102組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán),使得在傳感系統(tǒng)102上傳播而形成
干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；由電信號線與光
電信號處理電路105連接的定位系統(tǒng)106之一路送到信號識別系統(tǒng)107,另一路送到 本地管理系統(tǒng)IIO，定位系統(tǒng)106根據(jù)光電信號處理電路105檢測的相向傳播的兩 端干涉信號的時延差，計算出土壤振動信號的發(fā)生位置；由電信號線與光電信號處 理電路105連接的信號識別系統(tǒng)107輸出接本地管理系統(tǒng)110，信號識別系統(tǒng)107把 光電信號處理電路105檢測的兩路土壤振動信號的其中一路進(jìn)行處理和變換,把從 定位系統(tǒng)106獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng) 504確定土壤振動事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)110;而本地管理 系統(tǒng)110的輸出接報警輸出系統(tǒng)108、綜合管理平臺112，報警輸出系統(tǒng)108把報警 信息發(fā)送，電源系統(tǒng)114給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
偏振控制是由激光器101和傳感系統(tǒng)102組成的光路系統(tǒng)拾取的信號經(jīng)過光纖 傳到光電信號處理電路105，傳感系統(tǒng)102由光纖連接偏振控制系統(tǒng)104后由電信 號線與光電信號處理電路105連接，偏振控制系統(tǒng)104與光電信號處理電路105、傳 感系統(tǒng)102組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在傳感系統(tǒng)102上傳播而形成干涉的兩
路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上；由電信號線與光電信號
處理電路105連接的定位系統(tǒng)106之一路送到信號識別系統(tǒng)107,另一路送到本地管 理系統(tǒng)IIO，定位系統(tǒng)106根據(jù)光電信號處理電路105檢測的相向傳播的兩端干涉
信號的時延差,計算出土壤振動信號的發(fā)生位置;由電信號線與光電信號處理電路
105連接的信號識別系統(tǒng)107輸出接本地管理系統(tǒng)110，信號識別系統(tǒng)107把光電信 號處理電路105檢測的兩路土壤振動信號的其中 一路進(jìn)行處理和變換，把從定位系 統(tǒng)106獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng)504確 定土壤振動事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)110;而本地管理系統(tǒng) 110的輸出接報警輸出系統(tǒng)108、綜合管理平臺112,報警輸出系統(tǒng)108把報^j言息 發(fā)送，電源系統(tǒng)114給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
偏振與相位控制是由激光器101和傳感系統(tǒng)102組成的光路系統(tǒng)拾取的信號 經(jīng)過光纖傳到光電信號處理電路105，傳感系統(tǒng)102由光纖連接相位控制系統(tǒng)103 后由電信號線與光電信號處理電路105連接，相位控制系統(tǒng)103與光電信號處理電 路105、傳感系統(tǒng)102組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在傳感系統(tǒng)102上傳播而形成 干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；同時傳感系統(tǒng)102 由光纖連接偏振控制系統(tǒng)104后由電信號線與光電信號處理電路105連接，偏振 控制系統(tǒng)104與光電信號處理電路105、傳感系統(tǒng)102組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán),使 得在傳感系統(tǒng)102上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所 需要的角度值上；由電信號線與光電信號處理電路105連接的定位系統(tǒng)106之一路 送到信號識別系統(tǒng)107,另一路送到本地管理系統(tǒng)110，定位系統(tǒng)106根據(jù)光電信號 處理電路105檢測的相向傳播的兩端干涉信號的時延差,計算出土壤振動信號的發(fā) 生位置；由電信號線與光電信號處理電路105連接的信號識別系統(tǒng)107輸出接本地 管理系統(tǒng)110，信號識別系統(tǒng)107把光電信號處理電路105檢測的兩路土壤振動信號 的其中一路進(jìn)行處理和變換,把從定位系統(tǒng)106獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行 統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng)504確定土壤振動事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù) 送給本地管理系統(tǒng)110;而本地管理系統(tǒng)110的輸出接報警輸出系統(tǒng)108、綜合管理 平臺112,報警輸出系統(tǒng)108采用聲光電、圖像和視頻以及手機(jī)短信的報警方式， 把報警信息發(fā)送,電源系統(tǒng)114給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
為了預(yù)警更準(zhǔn)確，三種構(gòu)成方案還可在本地管理系統(tǒng)110的輸入接CCTV與周 界防范系統(tǒng)lll的輸出，CCTV與周界防范系統(tǒng)111獲取的信號輸至本地管理系統(tǒng) 110。為了工作的需要，本地管理系統(tǒng)110還可有輸出接通信系統(tǒng)113，將報警信號遠(yuǎn) 傳。
其中所述光路系統(tǒng)與全系統(tǒng)一樣也有三種具體構(gòu)成,即相位控制或偏振控制 或偏振與相位控制。圖2所示的是偏振與相位控制原理框圖，它由激光器101、偏振 控制器201或相位控制器205 、偏振調(diào)制器202或相位調(diào)制器206、合分波器203、 204、光電檢測處理電路207組成。三種具體構(gòu)成中偏振控制或偏振與相位控制的 共同部分是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器101和合分波器 203之間，合分波器203分別接三根光纖l、 2、 3至合分波器204 ,合分波器203、 合分波器204與光纖1、光纖2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀, 合分波器203由兩根光纖分別接光電檢測處理電路207的光電檢測管y、光電檢測 管x，之后分兩種構(gòu)成，或是偏振調(diào)制器202由電信號線接偏振控制器201，偏振 控制器201由電信號線分別接串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206和光電檢測處理 電路207,或是偏振調(diào)制器202由電信號線接偏振控制器201，偏振控制器201由電 信號線分別接串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206和光電檢測處理電路207,同時 相位控制器205由電信號線分別接串聯(lián)在光纖2或1中的相位調(diào)制器206和光電檢測 處理電路207;而相位控制則是連續(xù)單色激光器101直接接合分波器203，合分波 器203分別接三根光纖l、 2、 3至合分波器204 ，合分波器203、合分波器204 與光纖l、光纖2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀，合分波器203 由兩根光纖分別接光電檢測處理電路207的光電檢測管y、光電檢測管x，相位控 制器205由電信號線分別接串聯(lián)在光纖2或1中的相位調(diào)制器206和光電檢測處理
電路207。連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，通過光纖到偏振控制器201，由光纖 到合分波器203的單色激光被分為兩路其中一路激光由馬赫-曾德 (Mach-Zehnder)光纖干涉儀的合分波器203端入射，在合分波器204端合波而形 成干涉光波,干涉光波通過光纖3傳回合分波器203,再通過光纖傳到光電檢測處理 電路207中的一個光電檢測管y;其中另 一路激光通過光纖3傳到合分波器204,由 馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀的合分波器204端入射，在合分波器203 端合波而形成干涉光波，干涉光波通過光纖傳到光電檢測處理電路207中的另 一個 光電檢測管x;偏振控制器201與相位調(diào)制器206以及光電檢測處理電路207組成偏 振衰落閉環(huán)控制環(huán),使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀上傳播而形成 干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上;相位控制器205 與光電檢測處理電路207、相位調(diào)制器206組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值 穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；偏振與相位控制同時控制時，則使兩路干涉光波 的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上，相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位 值上。
所述相位控制系統(tǒng)103[見圖3]是由合分波器203、 204與光纖1、 2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，連續(xù)單色激光器IOI由光纖接到合分波器203, 合分波器203由兩根光纖分別接光電檢測器309和光電檢測器310，該兩光電檢測 器309和光電檢測器310之后分別由電信號線接信號調(diào)理電路312和信號調(diào)理電路 313、 A/D釆集卡314和A/D釆集卡315后共同接到信號處理和運(yùn)算器316的輸入，而 信號處理和運(yùn)算器316的輸出經(jīng)相位控制器205至串接在光纖2或1中的相位調(diào)制器 206。
所述偏振控制系統(tǒng)104[見圖4]是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單 色激光器101和合分波器203之間，合分波器203再接三根光纖1、 2、 3到合分波 器204構(gòu)成傳感系統(tǒng)102，而合分波器203由光纖各連接光電檢測器309和光電 檢測器310，該兩光電檢測器309和光電檢測器3IO后分別連接信號處理分析電路 311，信號處理分析電路311輸出接偏振控制器201，偏振控制器201用光纖接串聯(lián) 在光纖1或2中的相位調(diào)制器206。
所述偏振與相位控制系統(tǒng)[見圖5]是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的連 續(xù)單色激光器101和合分波器203之間，由合分波器203、 204與光纖1、 2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，合分波器203再由光纖接兩套光電檢測器309 和光電檢測器310，該兩光電檢測器309和光電檢測器310輸出由電信號線均接到信
號處理分析電路311,而信號處理分析電路311的一路輸出接偏振控制器201，偏振 控制器201輸出接偏振調(diào)制器202及接至串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206,另一 路輸出接相位控制器205，并由相位控制器205的輸出接至串聯(lián)在光纖2或1中的相 位調(diào)制器206。
所述定位系統(tǒng)106[見圖6]是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激 光器101和合分波器203之間，偏振調(diào)制器202由電線接偏振控制器201,在由干涉 光纖l、 2、傳輸光纖3和合分波器203、 204組成的光纖干涉儀的合分波器203上由 兩根光纖各連接光電檢測器309和光電檢測器310，該兩光電檢測器309和光電檢 測器310的輸出各依次串聯(lián)信號調(diào)理電路312、信號調(diào)理電路313、 A/D采集卡 314、 A/D釆集卡315后一并接到運(yùn)算系統(tǒng)733的輸入，運(yùn)算系統(tǒng)733的輸出接數(shù)據(jù) 輸出接口734;而光電檢測器309或光電檢測器310有一輸出接偏振控制器201，并 由偏振控制器201的輸出接至串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206，另有一輸出接 相位調(diào)制器205，并由相位調(diào)制器205的輸出接至串聯(lián)在光纖2或1中的相位調(diào)制器 206。
所述信號識別系統(tǒng)107[見圖7]是在與光纖干涉儀連接的檢測器501輸出接信 號處理電路502，與信號處理電路502連接的信號特征值提取模塊503與專家系統(tǒng) 504連接后一并再與分析判斷系統(tǒng)505連接，分析判斷系統(tǒng)505與本地管理系統(tǒng)110 連接；連有音頻緩存器507的音頻處理模塊506之輸入接向信號處理電路502,而輸 出則接向本地管理系統(tǒng)110;信號處理電路502的另一輸出接定位系統(tǒng)106,定位系 統(tǒng)106的輸出接視覺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)508后接向本地管理系統(tǒng)110;而本地管理系統(tǒng) 110的輸出依次串聯(lián)D/A509、放大電路510和音頻輸出設(shè)備511后由人工識別系統(tǒng) 513識別，同時本地管理系統(tǒng)110有一輸出接視覺輸出設(shè)備512也由人工識別系統(tǒng) 513識別，本地管理系統(tǒng)110還有一輸出接報警輸出系統(tǒng)108和通信系統(tǒng)113。
本地管理系統(tǒng)110匯總各個系統(tǒng)和模塊的工作情況和定位計算結(jié)果和參數(shù)， 確定告警和告警級別，并通過通信系統(tǒng)113把系統(tǒng)參數(shù)上傳到綜合管理平臺112, 并接受綜合管理平臺112的命令，傳遞給各個系統(tǒng)和模塊執(zhí)行，綜合管理平臺112 可以控制管理整條管道的預(yù)警設(shè)備，顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，根據(jù)集成的地理信息 系統(tǒng)(GIS)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，在電子地圖上顯示告警信息，并通過短信和 電子郵件把告警信息發(fā)送給相關(guān)人員。同時作為本地管理系統(tǒng)110輸出的報警輸出 系統(tǒng)108采用聲光電、圖像和視頻以及手機(jī)短信的報警方式，把報^^言息及時、有 效而無疏漏地發(fā)送系統(tǒng)管理人員，或者由通信系統(tǒng)113進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，并組成預(yù)警 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。電源系統(tǒng)l 14給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。 連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，通過光纖傳到光纖傳感系統(tǒng)102，光纖 傳感系統(tǒng)102作為連續(xù)分布式振動傳感器拾取管道沿線土壤的振動信號，經(jīng)過光纖 傳到光電信號處理電路105 。相位控制系統(tǒng)103與光電信號處理電路105、光纖傳 感系統(tǒng)102組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在光纖傳感系統(tǒng)102上傳播而形成干涉 的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上，其中，相位控制系統(tǒng) 103和光電信號處理電路105之間是電信號線，相位控制系統(tǒng)103和光纖傳感系統(tǒng) 102之間是光纖。
偏振控制系統(tǒng)104與光電信號處理電路105、光纖傳感系統(tǒng)102組成偏振衰落 閉環(huán)控制環(huán)，使得在光纖傳感系統(tǒng)102上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài) 差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上，其中，偏振控制系統(tǒng)104和光電信號處理電路 105之間是電信號線，偏振控制系統(tǒng)104和光纖傳感系統(tǒng)102之間是光纖。
定位系統(tǒng)106根據(jù)光電信號處理電路105檢測的相向傳播的兩端干涉信號的 時延差，計算出土壤振動信號的發(fā)生位置，定位系統(tǒng)106把定位數(shù)據(jù)一路送到信號 識別系統(tǒng)107，另一路送到本地管理系統(tǒng)IIO。
信號識別系統(tǒng)107把光電信號處理電路105檢測的兩路土壤振動信號的其中 一路進(jìn)行處理和變換，把從定位系統(tǒng)106獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、 分析與處理，通過專家系統(tǒng)504以及人工音頻偵聽和人工視覺偵辯，確定土壤振動 事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)IIO，進(jìn)行本地報警或者數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。
報警輸出系統(tǒng)108采用聲光電、圖像和視頻以及手機(jī)短信的報警方式，把報
，息及時、有效而無疏漏地發(fā)送系統(tǒng)管理人員。
CCTV與周界防范系統(tǒng)111通過攝像機(jī)和周界報警傳感器實時監(jiān)視管道場站和 管道設(shè)施的被入侵情況，并把圖像和數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)IIO ，通過本地管理系 統(tǒng)l IO送給報警輸出系統(tǒng)108或者通信系統(tǒng)l 13進(jìn)行本地報警或者數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,通信系 統(tǒng)113把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳并組成預(yù)警監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，電源系統(tǒng)114給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
本地管理系統(tǒng)110匯總各個系統(tǒng)和模塊的工作情況和定位計算結(jié)果和參數(shù)， 確定告警和告警級別，并通過通信系統(tǒng)113把系統(tǒng)參數(shù)上傳到綜合管理平臺112, 并接受綜合信息管理平臺112的命令，傳遞給各個系統(tǒng)和模塊執(zhí)行，綜合管理平臺 112可以控制管理整條管道的預(yù)警設(shè)備，顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，根據(jù)集成的地理信 息系統(tǒng)(GIS)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS),在電子地圖上顯示告警信息，并通過短信 和電子郵件把告警信息發(fā)送給相關(guān)人員。
至于具體的光、電路構(gòu)成，光路部分中除了三根光纖用普通通信光纜外，激 光器101和合分波器203、 204直接選市銷產(chǎn)品即可；電路部分如圖8所示，偏振控 制器201由偏振控制主機(jī)201-1和偏振控制器201-2組成，相位控制器205由相位控 制主機(jī)205-l和相位控制器205-2組成，偏振控制主機(jī)201-1、相位控制主機(jī)205-l、 定位系統(tǒng)106、信號識別系統(tǒng)107、本地管理系統(tǒng)110均為計算機(jī)，偏振控制器 201-2、相位控制器205-2、偏振調(diào)制器202、相位調(diào)制器206、光電信號處理電路 105為巿銷產(chǎn)品，只要恰當(dāng)選擇即可。由光纖串聯(lián)于激光器101和合分波器203之間 的偏振調(diào)制器202輸出用電信號線接到偏振控制器201-2的輸入，由兩根光纖與合 分波器203連接的光電信號處理電路105輸出卡各有 一 電信號線分別接向偏振控制 主機(jī)201-l和相位控制主機(jī)205-l、本地管理系統(tǒng)110的輸入及兩根電信號線接向信 號識別系統(tǒng)107、定位系統(tǒng)106的輸入，而信號識別系統(tǒng)107、定位系統(tǒng)106、接偏 振控制主機(jī)201-l輸出的偏振控制器201-2、接相位控制主機(jī)205-l輸出的相位控制 器205-2的輸出卡各有 一 電信號線分別接向本地管理系統(tǒng)110的I/O,并信號識別 系統(tǒng)107輸出卡有一電信號線接向定位系統(tǒng)106的采集卡，相位控制器205的輸出 卡有一電信號線接向相位調(diào)制器206的輸入，激光器101有一電信號線接向本地 管理系統(tǒng)110的I/0。
本發(fā)明利用與管道同溝敷設(shè)或構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域周圍地下光纜中的普 通通信光纖作為干涉儀的干涉臂和傳輸光纖，進(jìn)而形成連續(xù)分布式的土壤振動檢 測傳感器，拾取管道附近沿線土壤的振動信號。事件定位系統(tǒng)106根據(jù)兩路激光信 號的傳輸時間差值分析計算出管道附近沿線的土壤振動事件的發(fā)生位置。信號識 別系統(tǒng)107確定引起土壤振動事件的性質(zhì)和類別。CCTV與周界防范系統(tǒng)111通過攝 像機(jī)和周界報警傳感器實時監(jiān)視管道場站和管道設(shè)施。本發(fā)明中的各個功能系統(tǒng) 或者模塊的運(yùn)行狀態(tài)和分析數(shù)據(jù)匯聚到本地管理系統(tǒng)IIO,經(jīng)由本地管理系統(tǒng)IIO 控制、分析與處理后，通過通信系統(tǒng)113或者報警輸出系統(tǒng)108進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳或者 本地報警。借助于綜合管理平臺112中集成的管道沿線的地理信息系統(tǒng)(GIS)和 全球定位系統(tǒng)(GPS)以及通信系統(tǒng)113,管道控制中心人員可以及時指揮、調(diào)度 維護(hù)搶修人員快速及時準(zhǔn)確地趕到事件發(fā)生地點，及時制止可能對管道安全造成 危害的動土事件或場站設(shè)施的入侵事件，實現(xiàn)對管道沿線與場站設(shè)施的無縫實時 監(jiān)控，起到管道安全監(jiān)控預(yù)警的作用，避免管道安全事故的發(fā)生。


圖l光纖安全預(yù)警系統(tǒng)原理框圖 圖2光纖安全預(yù)警系統(tǒng)光路系統(tǒng)原理框圖 圖3光纖安全預(yù)警系統(tǒng)相位控制系統(tǒng)原理框圖 圖4光纖安全預(yù)警系統(tǒng)偏振控制系統(tǒng)原理框圖
圖5光纖安全預(yù)警系統(tǒng)偏振與相位控制系統(tǒng)原理框圖 圖6光纖安全預(yù)警系統(tǒng)定位系統(tǒng)原理框圖
圖7光纖安全預(yù)警系統(tǒng)信號識別系統(tǒng)原理框圖 圖8光纖安全預(yù)警系統(tǒng)電原理圖 其中101-激光器
103-相位控制系統(tǒng)
105-光電信號處理電路
107-信號識別系統(tǒng)
110-本地管理系統(tǒng)
112-綜合管理平臺
114-電源系統(tǒng)
201-偏振控制器
203-合分波器
205-相位控制器
207-光電檢測處理電路
309-光電檢測器
311-信號處理電路
313—言號調(diào)理電路
315-A/D釆集卡
501-檢測器
503-信號特征值提取模塊 505-分析判斷系統(tǒng) 507-音頻緩存器 509-D/A
511-音頻輸出設(shè)備 513-人工識別系統(tǒng)
102-光纖傳感系統(tǒng) 104-偏振控制系統(tǒng) 106-定位系統(tǒng) 108-報警輸出系統(tǒng) 111- CCTV與周界防范系統(tǒng) 113-通信系統(tǒng)
202-偏振調(diào)制器 204-合分波器 206-相位調(diào)制器
310-光電檢測器 312i號調(diào)理電路 314-A/D釆集卡 316-信號處理和運(yùn)算器 502-j言號處理電路 504-專家系統(tǒng) 506-音頻處理模塊 508-視覺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) 510-放大電路 '512-視覺輸出設(shè)備 733-運(yùn)算系統(tǒng)
734-數(shù)據(jù)輸出接口
具體實施例方式
實施例.以本例說明本發(fā)明的具體實施方式
，并對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本例 是工業(yè)實驗樣機(jī)，其光路如圖2所示，電路如圖8所示,圖中粗連接線為光纖，細(xì)連 接線為電線。具體構(gòu)成為本地管理系統(tǒng)110:選研祥工控機(jī)，型號PPC-1201(T); 信號識別系統(tǒng)107:選聯(lián)想萬全R630 G5作主機(jī)，配4CPU 8 M緩存32G內(nèi)存，
I/0:M PCI-E6251 1.25M 16channel 16bit;定位系統(tǒng)106:美國NI儀器PXI-1042 8-Slot 3U CPU:PXI-8196 P—M760 2. OG 512M I/O: PXI—5124, 2- Channel 12-Bit 200MHz;偏振控制主機(jī)201-1:選NI PXI-1042 8-Slot 3U CPU: PXI-8186 P4 2.2I/0: NIPXI-5112， 2 channel, 100MHz， 32 MB/Channel， 8-bit; PXI-6111 A/D 2channel 12bit , D/A 2channel 12bit ;偏振控制器201-2 : 0Z OPTICS EPC-400 EPCDRIVER-04-RS232;相位控制主機(jī)205-1:選NI PXI-1050, PXI/SCXI CPU: PXI—8187 P4M2. 5G PXI—6120 A/D 4 channel 16bit， D/A2 channel 16—bit; 相位控制器205-2: OZ OPTICS FICE PZ-STD-FC/PC;單頻激光器101選型號選 KOHERAS ADJUSTIK HP E15;合分波器203和合分波器204型號郎光公司的 WDM-A-2 x 2-1550-l-FC/UPC-3*54; 偏振調(diào)制器202: OZ Optics EPC-400 EPC DRIVER-04-RS232;相位調(diào)制器206: OZ Optics fice PZ-STD-FC/PC;光電接收電 路105:通用光電放大電路，2路光纖輸入口,輸入范圍-20~-45dBm， 2路電輸 出口，輸出范圍-3V~+3V。
偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器101和合分波器203之間， 合分波器203分別接三根光纖1、 2、 3至合分波器204，合分波器203、合分波器 204與光纖1、光纖2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，由光纖串 聯(lián)于激光器101和合分波器203之間的偏振調(diào)制器202輸出用電線接到偏振控制器 201-2的釆集卡PXI-6111 A/D2channel 12bit，由兩根光纖與合分波器203連接的 光電信號處理電路105輸出卡各有一電信號線分別接向偏振控制主機(jī)201-l采集卡 PXI-6111 A/D 2channel 12bit和相位控制主機(jī)205-l、本地管理系統(tǒng)110的輸入及 兩根電信號線接向信號識別系統(tǒng)107、定位系統(tǒng)106的輸入，而信號識別系統(tǒng)107、 定位系統(tǒng)106、接偏振控制主機(jī)201-l輸出的偏振控制器201-2、接相位控制主機(jī) 205-1輸出的相位控制器205-2的輸出卡各有一電信號線分別接向本地管理系統(tǒng) 110的1/0，并信號識別系統(tǒng)107輸出卡有一電信號線接向定位系統(tǒng)106的采集卡， 相位控制器205的輸出卡有一電信號線接向相位調(diào)制器206的輸入激光器101有 一電信號線接向本地管理系統(tǒng)110的I/0。
連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，通過光纖傳到光纖傳感系統(tǒng)102,光纖 傳感系統(tǒng)102作為連續(xù)分布式振動傳感器拾取管道沿線土壤的振動信號，經(jīng)過光纖 傳到光電信號處理電路105 。相位控制主機(jī)205-1、相位控制器205-2與光電信號 處理電路105、光纖傳感系統(tǒng)102組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在光纖傳感系統(tǒng) 102上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上。
偏振控制主機(jī)201-1、偏振控制器201-與光電信號處理電路105、光纖傳感系
統(tǒng)102組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán),使得在光纖傳感系統(tǒng)102上傳播而形成干涉的兩
路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
定位系統(tǒng)106根據(jù)光電信號處理電路105檢測的相向傳播的兩端干涉信號的 時延差，計算出土壤振動信號的發(fā)生位置，定位系統(tǒng)106把定位數(shù)據(jù)一路送到信號 識別系統(tǒng)107,另一路送到本地管理系統(tǒng)IIO。
信號識別系統(tǒng)107把光電信號處理電路105檢測的兩路土壤振動信號的其中 一路進(jìn)行處理和變換，把從定位系統(tǒng)106獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、 分析與處理，通過專家系統(tǒng)以及人工音頻偵聽和人工視覺偵辯，確定土壤振動事 件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)iio，進(jìn)行本地報警或者數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。
本系統(tǒng)經(jīng)某管線實際使用、測試，對地面動土開挖、觸動管道、在管道上焯 接、打孔均能測知、定位精度高、事件性質(zhì)判斷準(zhǔn)確，并無漏檢。
本發(fā)明對土壤振動信號的檢測具有很高的靈敏度，可以有效檢測光纜附近3 米以內(nèi)的任何土壤振動信號；事件檢測定位精度高，定位精度可達(dá)±10米，完全 滿足管道維護(hù)搶修要求。單臺裝置的監(jiān)測距離可達(dá)120公里左右，借助于系統(tǒng)本身 具有通信功能，多臺設(shè)備連接在一起可以組成一個完整的無縫監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，因此本 發(fā)明的監(jiān)測距離可以根據(jù)需要而定。
本發(fā)明不但適用于管道的安全防范與預(yù)警，也適用于其它重要設(shè)施和重要區(qū) 域的安全防范與預(yù)警，比如通信光纜、交通設(shè)施、文物保護(hù)區(qū)、軍械庫、重點 機(jī)關(guān)和重要工業(yè)廠區(qū)等重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)與防范預(yù)警。
由上可見，本發(fā)明可以有效檢測光纜附近3米以內(nèi)的任何土壤振動信號并準(zhǔn) 確判斷事件性質(zhì)；事件檢測定位精度高，定位精度可達(dá)士10米，監(jiān)測距離長，單 套系統(tǒng)的監(jiān)測距離可達(dá)120公里左右；且監(jiān)測穩(wěn)定、可靠、無漏檢；從根本上解 決了埋地管道、構(gòu)筑物或地面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域免受破壞的安全預(yù)警難題。
權(quán)利要求
1.一種埋地管道、構(gòu)筑物或地面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域安全預(yù)警的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，包括與管道同溝敷設(shè)或構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域周圍地下光纜中的三根光纖及由其構(gòu)成的分布式土壤振動檢測傳感器、激光器[101]，其特征是由激光器[101]和傳感系統(tǒng)[102]組成的光路系統(tǒng)拾取的信號經(jīng)過光纖傳到光電信號處理電路[105]，傳感系統(tǒng)[102]由光纖連接相位控制系統(tǒng)[103]后由電信號線與光電信號處理電路[105]連接，相位控制系統(tǒng)[103]與光電信號處理電路[105]、傳感系統(tǒng)[102]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在傳感系統(tǒng)[102]上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；由電信號線與光電信號處理電路[105]連接的定位系統(tǒng)[106]之一路送到信號識別系統(tǒng)[107]，另一路送到本地管理系統(tǒng)[110]，定位系統(tǒng)[106]根據(jù)光電信號處理電路[105]檢測的相向傳播的兩端干涉信號的時延差，計算出土壤振動信號的發(fā)生位置；由電信號線與光電信號處理電路[105]連接的信號識別系統(tǒng)[107]輸出接本地管理系統(tǒng)[110]，信號識別系統(tǒng)[107]把光電信號處理電路[105]檢測的兩路土壤振動信號的其中一路進(jìn)行處理和變換，把從定位系統(tǒng)[106]獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng)[504]，確定土壤振動事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)[110]；而本地管理系統(tǒng)[110]的輸出接報警輸出系統(tǒng)[108]、綜合管理平臺[112]，報警輸出系統(tǒng)[108]把報警信息發(fā)送，電源系統(tǒng)[114]給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
2. —種埋地管道、構(gòu)筑物或地面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域安全預(yù)警的光纖安 全預(yù)警系統(tǒng)，包括與管道同溝敷設(shè)或構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域周圍地下光纜中的 三根光纖及由其構(gòu)成的分布式土壤振動檢測傳感器、激光器[IOI]，其特征是由激 光器[101]和傳感系統(tǒng)[102]組成的光路系統(tǒng)拾取的信號經(jīng)過光纖傳到光電信號處 理電路[105]，傳感系統(tǒng)[102]由光纖連接偏振控制系統(tǒng)[104]后由電信號線與光 電信號處理電路[105]連接，偏振控制系統(tǒng)[104]與光電信號處理電路[105]、傳感 系統(tǒng)[102]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在傳感系統(tǒng)[102]上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上；由電信號線與光電信號處理電路[105]連接的定位系統(tǒng)[106]之一路送到信號識別系統(tǒng)[107],另一路送 到本地管理系統(tǒng)[IIO]，定位系統(tǒng)[106]根據(jù)光電信號處理電路[105]檢測的相向傳播的兩端千涉信號的時延差，計算出土壤振動信號的發(fā)生位置；由電線與光電信號處理電路[105]連接的信號識別系統(tǒng)[107]輸出接本地管理系統(tǒng)[110]，信號識別 系統(tǒng)[107]把光電信號處理電路[105]檢測的兩路土壤振動信號的其中一路進(jìn)行處 理和變換，把從定位系統(tǒng)[106]獲得的土壤振動信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng)[504],確定土壤振動事件的類型和性質(zhì)，并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)[110];而本地管理系統(tǒng)[110]的輸出接報警輸出系統(tǒng)[108]、綜合管理平臺 [112],報警輸出系統(tǒng)[108]把報^[言息發(fā)送，電源系統(tǒng)[114]給各個系統(tǒng)和功能模 塊供電。
3. —種埋地管道、構(gòu)筑物或地面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域安全預(yù)警的光纖安 全預(yù)警系統(tǒng)，包括與管道同溝敷設(shè)或構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域周圍地下光纜中的 三根光纖及由其構(gòu)成的分布式土壤振動檢測傳感器、激光器[101],其特征是由激 光器[101]和傳感系統(tǒng)[102]組成的光路系統(tǒng)拾取的信號經(jīng)過光纖傳到光電信號處 理電路[105]，傳感系統(tǒng)[102]由光纖連接相位控制系統(tǒng)[103]后由信號電線與光 電信號處理電路[105]連接，相位控制系統(tǒng)[103]與光電信號處理電路[105]、傳感 系統(tǒng)[102]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在傳感系統(tǒng)[102]上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；同時傳感系統(tǒng)[102]由 光纖連接偏振控制系統(tǒng)[104]后由電線與光電信號處理電路[105]連接，偏振控制 系統(tǒng)[104]與光電信號處理電路[105]、傳感系統(tǒng)[102]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)， 使得在[102]上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要 的角度值上；由電信號線與光電信號處理電路[105]連接的定位系統(tǒng)[106]之一路 送到信號識別系統(tǒng)[107],另 一路送到本地管理系統(tǒng)[110]，定位系統(tǒng)[106]根據(jù)光 電信號處理電路[105]檢測的相向傳播的兩端干涉信號的時延差,計算出土壤振動 信號的發(fā)生位置；由電線與光電信號處理電路[105]連接的信號識別系統(tǒng)[107]輸 出接本地管理系統(tǒng)[110],信號識別系統(tǒng)[107]把光電信號處理電路[105]檢測的兩 路土壤振動信號的其中一路進(jìn)行處理和變換,把從定位系統(tǒng)[106]獲得的土壤振動 信號的定位值進(jìn)行統(tǒng)計、分析與處理，通過專家系統(tǒng)[504],確定土壤振動事件的 類型和性質(zhì),并把數(shù)據(jù)送給本地管理系統(tǒng)[110];而本地管理系統(tǒng)[110]的輸出接報 警輸出系統(tǒng)[108]、綜合管理平臺[112],報警輸出系統(tǒng)[108]把報^f言息發(fā)送，電 源系統(tǒng)[114]給各個系統(tǒng)和功能模塊供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是本地管理系統(tǒng) [110]有輸入接CCTV與周界防范系統(tǒng)[111]的輸出，CCTV與周界防范系統(tǒng)[111]獲 取的信號輸至本地管理系統(tǒng)[IIO]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是本地管理系統(tǒng) [110]有輸出接遠(yuǎn)傳報警信號的通信系統(tǒng)[113]。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述光路系統(tǒng)由激 光器[IOI]、偏振控制器[201]、偏振調(diào)制器[202]、合分波器[203]、合分波器[204]、光電檢測處理電路[207]組成，由光纖傳到合分波器[203]的單色激光被分為兩路 其中一路激光由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖合分波器[203]端入射，在合分 波器[204]端合波而形成干涉光波，干涉光波再通過光纖[3]傳回合分波器[203]; 另一路激光通過光纖[3]傳到合分波器[204]，由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖 合分波器[204]端入射，在合分波器[203]端合波而形成干涉光波；合分波器[203] 由兩根光纖分別接光電檢測處理電路[207]，接光電檢測處理電路[207]輸出的 偏振控制器[201]由電信號線分別接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]和 偏振調(diào)制器[202];偏振控制器[201]與偏振調(diào)制器[202]以及光電檢測處理電路 [207]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng),其特征是所述光路系統(tǒng)由激 光器[IOI]、相位控制器[205]、相位調(diào)制器[206]、合分波器[203]、合分波器[204]、 光電檢測處理電路[207]組成，連續(xù)單色激光器[IOI]由光纖接到合分波器[203]， 合分波器[203]后分別接三根光纖[l]、 [2]、 [3]至合分波器[204]，合分波器 [203]、合分波器[204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder) 光纖干涉儀，合分波器[203]由兩根光纖分別接光電檢測處理電路[207]，接光電 檢測處理電路[207]輸出的相位控制器[205]由電信號線接串聯(lián)在光纖[2]或[1]中 的相位調(diào)制器[206];由光纖傳到合分波器[203]的單色激光被分為兩路其中一 路激光由馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖合分波器[203]端入射,在合分波器[204] 端合波而形成干涉光波，干涉光波再通過光纖[3]傳回合分波器[203]，再通過光 纖傳到光電檢測處理電路[207];其中另一路激光通過光纖[3]傳到合分波器[204]， 由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖合分波器[204]端入射，在合分波器[203]端合 波而形成干涉光波，干涉光波通過光纖傳到光電檢測處理電路[207];相位控制系 統(tǒng)[103]與光電檢測處理電路[207]、傳感系統(tǒng)[102]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得 在傳感系統(tǒng)[102]上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需 要的相位值上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述光路系統(tǒng)由激光 器[IOI]、偏振控制器[201]、相位控制器[205]、偏振調(diào)制器[202]、相位調(diào)制器[206]、 合分波器[203]、合分波器[204]、光電檢測處理電路[207]組成，偏振調(diào)制器[202] 串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器[101]和合分波器[203]之間，合分波器[203] 后分別接三根光纖[l]、 [2]、 [3]至合分波器[204],合分波器[203]、合分波器 [204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀，合 分波器[203]由兩根光纖分別接光電檢測處理電路[207]，偏振調(diào)制器[202]由電 線接偏振控制器[201]，接光電檢測處理電路[207]輸出的偏振控制器[201]由電 信號線接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]，接光電檢測處理電路[207] 輸出的相位控制器[205]由電信號線接串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器 [206];由光纖傳到合分波器[203]的單色激光被分為兩路其中一路激光由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖合分波器[203]端入射，在合分波器[204]端合波而形 成干涉光波，干涉光波再通過光纖[3]傳回合分波器[203],再通過光纖傳到光電檢 測處理電路[207];其中另 一路激光通過光纖[3]傳到合分波器[204]，由馬赫-曾德 (Mach-Zehnder )光纖合分波器[204]端入射，在合分波器[203]端合波而形成干 涉光波，干涉光波通過光纖傳到光電檢測處理電路[207];相位控制器[205]與相 位調(diào)制器[206]以及光電檢測處理電路[207]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬 赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差 值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上;偏振控制器[201]與偏振調(diào)制器[202]以及光電 檢測處理電路[207]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder) 光纖千涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的 角度值上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述相位控制系統(tǒng) [103]是由合分波器[203]、 [204]與光纖[1]、 [2]組成馬赫_曾德(Mach-Zehnder) 光纖干涉儀,連續(xù)單色激光器[IOI]由光纖接到合分波器[203],合分波器[203]由 兩根光纖分別接光電檢測器[309]和光電檢測器[310]，該兩光電檢測器[309]和 光電檢測器[310]之后分別由電信號線接信號調(diào)理電路[312]和信號調(diào)理電路 [313]、 A/D釆集卡[314]和A/D采集卡[315]后共同接到信號處理和運(yùn)算器[316] 的輸入而信號處理和運(yùn)算器[316]的輸出經(jīng)相位控制器[205]至串接在光纖[2]或 [1]中的相位調(diào)制器[206]。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述偏振控制系 統(tǒng)[104]是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器[101]和合分波 器[203]之間，合分波器[203]后分別接三根光纖[l]、 [2]、 [3]至合分波器[204]， 合分波器[203]、合分波器[204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀，而合分波器[203]由光纖各連接光電檢測器 [309]和光電檢測器[310],該兩光電檢測器[309]和光電檢測器[310]后分別連接信 號處理分析電路[311]，信號處理分析電路[311]輸出接偏振控制器[201]，由偏 振控制器[201]用電信號線接到串聯(lián)在光纖[l]或[2]中的相位調(diào)制器[206];偏振 控制器[201]與相位調(diào)制器[206]以及信號處理分析電路[311]組成偏振衰落閉環(huán) 控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖千涉儀上傳播而形成千涉的兩路 干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述偏振與相位控 制系統(tǒng)是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器[101]和合分波器 [203]之間，合分波器[203]后分別接三根光纖[l]、 [2]、 [3]至合分波器[204]， 合分波器[203]、合分波器[204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀，合分波器[203]再由光纖接兩套光電檢測器[309] 和光電檢測器[310]，該兩光電檢測器[309]和光電檢測器[310]輸出由電信號線均 接到信號處理分析電路[311]，而信號處理分析電路[311]的一路輸出接偏振控制 器[201]，并由偏振控制器[201]的輸出分別接至串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào) 制器[206]和偏振調(diào)制器[202]，另一路輸出接相位控制器[205]，并由相位控制器 [205]的輸出接至串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206];相位控制器[205]、 相位調(diào)制器[206]與信號處理分析電路[311]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán),使得在馬 赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差 值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上;偏振控制器[201]、偏振調(diào)制器[202]與相位調(diào)制 器[206]以及信號處理分析電路[311]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder )光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn) 定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述定位系 統(tǒng)[106]是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在由光纖連接的連續(xù)單色激光器[101]和合分波 器[203]之間，偏振調(diào)制器[202]由電線接偏振控制器201，在由干涉光纖[1]、[2]、 傳輸光纖[3]和合分波器[203] 、 [204]組成的光纖干涉儀的合分波器[203]上由兩 根光纖各連接光電檢測器[309]和光電檢測器[310],該兩光電檢測器[309]和光電 檢測器[310]的輸出各依次串聯(lián)信號調(diào)理電路[312]、信號調(diào)理電路[313]、 A/D[314]、 A/D [315]后一并接到運(yùn)算系統(tǒng)[733]的輸入運(yùn)算系統(tǒng)[733]的輸出接 數(shù)據(jù)輸出接口[734];而光電檢測器[309 ]或光電檢測器[310]有一輸出接偏振控 制器[201]，并由偏振控制器[201]的輸出接至串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制 器[206]，另有一輸出接相位調(diào)制器[205],并由相位調(diào)制器[205]的輸出接至串聯(lián) 在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述信號識 別系統(tǒng)[107]是在與光纖干涉儀連接的檢測器[501 ]輸出接信號處理電路[502]，與信號處理電路[502]連接的信號特征值提取模塊[503]與專家系統(tǒng)[504]連接后一并再與分析判斷系統(tǒng)[505]連接，分析判斷系統(tǒng)[505]與本地管理系統(tǒng)[110]連接；連有音頻緩存器[507]的音頻處理模塊[506]之輸入接向信號處理電路[502],而輸出則接向本地管理系統(tǒng)[110];信號處理電路[502]的另一輸出接定位系統(tǒng)[106]，定位系統(tǒng)[106]的輸出接視覺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[508]后接向本地管理系統(tǒng)[110];而本地管理系統(tǒng)[110]的輸出依次串聯(lián)D/A[509]、放大電路[510]和音頻輸出設(shè)備[511]后接人工識別系統(tǒng)[513]，同時本地管理系統(tǒng)[110]有一輸出接視覺輸出設(shè)備[512]也接人工識別系統(tǒng)[513],本地管理系統(tǒng)[110]還有一輸出接通信系統(tǒng)[113]。
全文摘要
本發(fā)明是一種埋地管道或構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警的光纖安全預(yù)警系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它是由激光器[101]和傳感系統(tǒng)[102]組成的光路系統(tǒng)經(jīng)光纖接到光電信號處理電路[105]，傳感系統(tǒng)[102]由光纖分別連接相位控制系統(tǒng)[103]、偏振控制系統(tǒng)[104]后由電信號線與光電信號處理電路[105]連接，與光電信號處理電路[105]連接的定位系統(tǒng)[106]接信號識別系統(tǒng)[107]和本地管理系統(tǒng)[110]，與光電信號處理電路[105]連接的信號識別系統(tǒng)[107]輸出接本地管理系統(tǒng)[110]；而本地管理系統(tǒng)[110]的輸出接報警輸出系統(tǒng)[108]、綜合管理平臺[112]，報警輸出系統(tǒng)[108]把報警信息發(fā)送。
文檔編號H04B10/12GK101098195SQ20061009059
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者明 倪, 周勁峰, 張金權(quán), 方德學(xué), 林曉舒, 焦書浩, 贏 王, 飛 王, 王小軍, 范向紅, 澎 郭, 峰 霍 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣管道局