一种分布式边界安防监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式边界安防监测系统及其方法，系统包括：窄线宽激光源，声光脉冲调制器，光纤放大器，两个光纤环形器，普通单模光纤，光电探测器，信号放大器，低通滤波器，同步信号控制器，声光调制驱动器，温度补偿封装的窄带光纤光栅，半导体温度控制器，一台计算机和一个数据采集卡。其中，计算机采用多点入侵解调算法是基于累加平均、减法操作、取绝对值、均衡功率、移动平均和小波去噪等多种子算法的组合，该解调算法有效提高了信号解调和定位的信噪比，扩大了系统的有效监测距离。本发明专利技术具有精度高、误报率低、测量距离大、可实现多点同时解调等优点，适用于长距离周界/边界的实时安防监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及安防
，特别是涉及。
技术介绍
分布式光纤传感系统的原理是同时利用光纤作为传感的敏感元件和信号传输介 质，采用光时域反射（OTDR)技术，探测出沿着光纤不同位置的温度、应变、相位等待测参量 的变化，实现真正分布式测量。作为一种新型分布式光纤传感技术，基于相位敏感的光时域 反射计（Φ-OTDR)因可实现长距离分布式监测、耐腐蚀、高灵敏度、高隐蔽性、抗电磁干扰、 实时主动监测等优点，在石油管道、边界周界等需要安防监测的领域具有广阔的应用前景， 是当前安防领域的一个研究和应用热点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，能够实 现实时、在线、长距离的边界安防监测。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种分布式边界安防监测系 统，包括窄线宽激光源，所述窄线宽激光源的输出光经过声光脉冲调制器调制为具有重复 频率的脉冲光；所述声光脉冲调制器输出的脉冲光进入光纤放大器进行功率放大，经第一 光纤环形器进入窄带光纤光栅进行窄带滤波，经窄带光纤光栅滤波后的反射光再经所述第 一光纤环形器后再经第二光纤环形器进入单模光纤；所述单模光纤用于探测扰动信号；所 述单模光纤的后向散射的信号光经第二光纤环形器进入光电探测器，所述光电探测器的输 出信号被信号放大器放大和并由低通滤波器滤波；所述低通滤波器的输出模拟电压信号由 数据采集卡采集并模数转换后，由计算机进行数据的处理，并在入侵出现时发出实时报警 信号。 所述窄带光纤光栅还设有半导体温度控制器，所述半导体温度控制器用于控制温 度补偿封装的窄带光纤光栅的温度，以使得光纤光栅的反射波长稳定。 所述数据采集卡和声光调制驱动器由同步信号控制器控制进行同步工作。 所述的窄带光纤光栅由热膨胀系数为负值的材料封装。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种采用上述的分布式边界 安防监测系统进行监测的方法，所述计算机采用的信号解调算法包括以下步骤： (1)先运用累加平均子算法对采集到的原始数据进行累加； (2)对累加平均子算法得到的中间数据运用减法子算法进行处理，即用该时刻采 集的光功率曲线减去无入侵时的参考光功率曲线； (3)对减法子算法得到的中间数据运用取绝对值子算法进行处理； (4)对取绝对值得到的中间数据运用累加平均子算法进行处理； (5)对累加平均得到的中间数据运用均衡功率的子算法进行处理，以补偿传感光 纤中光功率的损耗； (6)对均衡功率得到的中间数据运用移动平均子算法进行处理； (7)对移动平均得到的中间数据运用小波去噪子算法进行处理； (8)根据预先设定的阈值，判定某位置是否存在入侵，并选择是否报警定位。 有益效果 由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果： 本专利技术实现的一种分布式边界安防监测系统及其方法，将普通单模光纤铺设于待 测目标，即可实现长距离分布式的边界/周界的入侵监测及定位，铺设部位和方向灵活；且 因光纤尺寸小、无污染、防电磁干扰，对测量目标本身和周围环境的影响小。 本专利技术实现的一种分布式边界安防监测系统及其方法，由于使用了被精确温度控 制的一个温度补偿封装的窄带光纤光栅作为在线滤波器，可有效滤除由光纤放大器引起的 自发辐射放大光等光谱成份的光，这提高了滤波的效果，并降低了信号滤波成本。且温度补 偿封装的窄带光纤光栅的温度被半导体温度控制器控制，使得光纤光栅的滤波波长稳定， 精度高（可达〇· Ipm)。 本专利技术实现的一种分布式边界安防监测系统及其多点入侵信号解调算法，基于 DLL文件开发了 Labview平台下的数据采集和处理系统，算法使用减法、累加平均、取绝对 值、均衡功率、移动平均和小波去噪等多种子算法。这种些算法的组合提高了系统监测精度 和信号解调的信噪比，利用本专利技术实现的解调算法，能够实现传统算法中难以实现的多点 入侵信号和光纤尾部信号的高精度解调。 本专利技术实现的一种分布式边界安防监测系统及其多点入侵信号解调算法，得益于 窄线宽的激光源，同一个光脉冲在不同空间位置的后向散射光之间有很高的相干性。当被 测目标的某处光纤受到入侵等扰动时，该位置光的相位发生变化，基于各个散射光之间极 高的相干性，使得解调功率曲线中出现明显的峰值。监测系统信噪比高，测量准确可靠。 本专利技术实现的一种分布式边界安防监测系统及其多点入侵信号解调算法，基于后 向散射光之间的高度相干性和高速数据采集和处理系统，使得该系统可以测量光纤线路上 所受到的任何扰动，包括低频的入侵事件，例如一个走动的非正常进入的人；也可以测量高 频的振动信号，例如管道某位置的断裂等引起的振动信号。【附图说明】 图1是本专利技术的系统结构图； 图2是本专利技术的信号解调流程图； 图3是在2195m处对光纤加载扰动信号的系统监测定位的信号解调结果图。其 中，（A)是用传统信号解调方法得到的解调结果；(B)是用本专利技术的信号解调算法得到的解 调结果； 图4是在1000m、3000m、8250m和10500m处同时对光纤加载多个扰动信号的系统 监测结果图。其中，（A)是用传统信号解调方法得到的解调和定位结果；(B)是用本专利技术的 信号解调算法得到的解调和定位结果。【具体实施方式】 下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 本专利技术的实施方式涉及一种分布式边界安防监测系统，如图1所示，包括窄线宽 激光源1，所述窄线宽激光源1的输出光经过声光脉冲调制器2调制为具有一定重复频率的 脉冲光；所述声光脉冲调制器2输出的脉冲光进入光纤放大器3进行功率放大，经第一光纤 环形器4进入窄带光纤光栅5进行窄带滤波，经窄带光纤光栅5滤波后的反射光再经所述 第一光纤环形器4后再经第二光纤环形器7进入单模光纤8 ;所述单模光纤用于探测扰动 信号；所述单模光纤8的后向散射的信号光经第二光纤环形器7进入光电探测器10,所述 光电探测器10的输出信号被信号放大器11放大和并由低通滤波器12滤波；所述低通滤波 器12的输出模拟电压信号由数据采集卡13采集并模数转换后，由计算机14进行数据的处 理，并在入侵出现时发出实时报警信号。 其中，所述的窄带光纤光栅由热膨胀系数为负值的材料封装，封装后光纤光栅的 温度-波长漂移系数低（仅为封装前的普通光纤光栅的温度-波长漂移系数的十分之一）。 所述窄带光纤光栅5还设有半导体温度控制器6,所述半导体温度控制器6用于控制温度补 偿封装的窄带光纤光栅5的温度，以使得光纤光栅5的反射波长稳定。其中，半导体温度控 制器6的温度的精度为0. 1°C，这使得窄带光纤光栅5的滤波波长稳定，精度为0. lpm。所 述的同步信号控制器15用于控制数据采集卡13和声光调制驱动器16同步工作。 Φ -OTDR系统中的超窄线宽连续激光通过脉冲调制器产生周期性短脉冲激光，经 放大后从光环形器的一端进入铺设在待监测边界的传感光纤。光纤本身所具有的折射率不 均匀性使脉冲激光发生瑞利散射，其后向瑞利散射光经光纤返回到光环形器，并被置于另 一端的光电探测器接收，检测到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式边界安防监测系统，包括窄线宽激光源(1)，其特征在于，所述窄线宽激光源(1)的输出光经过声光脉冲调制器(2)调制为具有重复频率的脉冲光；所述声光脉冲调制器(2)输出的脉冲光进入光纤放大器(3)进行功率放大，经第一光纤环形器(4)进入窄带光纤光栅(5)进行窄带滤波，经窄带光纤光栅(5)滤波后的反射光再经所述第一光纤环形器(4)后再经第二光纤环形器(7)进入单模光纤(8)；所述单模光纤用于探测扰动信号；所述单模光纤(8)的后向散射的信号光经第二光纤环形器(7)进入光电探测器(10)，所述光电探测器(10)的输出信号被信号放大器(11)放大和并由低通滤波器(12)滤波；所述低通滤波器(12)的输出模拟电压信号由数据采集卡(13)采集并模数转换后，由计算机(14)进行数据的处理，并在入侵出现时发出实时报警信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹亚歌，杨馥，孔勇，王坤，余桥，张弘扬，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31