本发明专利技术公开一种基于分布式光纤的安全监测系统，包括发射和接收光信号处理模块１００，光延迟部件１０１，回路光纤部分１０２，构成一个双变型光纤萨格纳克干涉仪；发射和接收光信号处理模块１包括计算机１、光源驱动器２、光源３、去偏器４、探测器１０、带探测器的电路处理板１１；光延迟部件２包括３×３光纤耦合器５、短光纤６、长光纤７和２×１耦合器８；回路光纤部分１０２涉及两种情况的传感光纤９：振动、冲击作用在回路中两条光纤上或在回路中一条光纤上。单个检测系统加装光开关，进行多通道周期巡检测量，监测大面积振动现象。多个监测系统联网，实现远程智能监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种基于分布式光纤的安全监测系统,涉及振动、冲击的分布式测量,属于安 全预防
技术介绍
维护基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。对通信光缆、高压电 网、输油管道、输气管道、桥梁、大坝、建筑物等基础设施进行安全监测，以确定健康、维护 需求、寿命和其它特性，不仅是这些设施实现技术性功能的保障,更是避免造成重大经济损失、 维护社会稳定发展的有效手段。近年来光纤信息传输的绝对安全性己被打破，针对陆地光缆线路的窃听事件屡有报道,而 相关媒体披露的美国中央情报局海底光缆窃听计划更引起人们对海底光缆信息传输安全性的 充分重视。如何及时发现并精确定位这些事故更是一种挑战。随着管道运输行业的发展,各种管道运输安全监测技术也在不断发展，目前己有的管道安 全生产监测技术主要有两类。其一管道泄漏事件发生后的监测技术,这种技术主要有"管内 流体力学状态检测技术"。管内流体力学状态检测技术是实时采集管线中流体的流量、温度和 压力等信号,进行管道泄漏检测和定位，这种技术受到管道内的流体特性、输送工艺以及测试 仪器的性能等因素限制,对管道泄漏监测的灵敏度和定位精度较低,这类技术包括压力梯度 法、负压力波法、流量平衡法。其二,管道破坏事件发生前的预防监测技术,也就是管道破坏 预警技术，目前已有的该类技术主要是"声波技术监测"，该技术是利用声波沿管道传输原理， 在每隔1 km左右安装一个有源传感器,拾取管道沿线的声音信号加以分析,确定事件性质,进 而对破坏管道的事件提前发现,但是每一个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置,不仅 增加设备的投资和维护成本,且这些设施本身也容易遭到破坏,使装置不能正常运行。随着光纤传感技术的发展,长距离分布式光纤传感技术也开始应用于管道泄漏检测和通 信光缆安全监测，主要有光后散射法和光干涉法。光后散射法基于瑞利、拉曼、布里渊、偏振 原理,利用外部事件对光纤传输特性的影响,通过定位检测光纤中后散光强变化来判断局部外 力、温度变化，进而能评估管线的安全状况。对于管道来说,分布式光纤温度和应力监测技术 是利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集管道泄漏的介质对光纤的温度 影响和冲击应力来确定泄漏点的位置，这种技术受到光缆的结构和光缆与泄漏点的距离限制 而影响监测效果。光干涉法具有灵敏度高、动态范围大、响应快、传输距离长,可满足长距离、微小振动检 测要求。中国专利技术专利申请200410020046.6 、 200410040282.4 、 200610113044.0 、 200510023104. 5、 200610090594. 5等使用连续激光器，呈现低功率入射问题，当监测距离超过 20千米使用普通单模光纤时，由于受激布里渊阈值的限制，入射功率不超过2毫瓦,在中等距离 长度的监测上有优势。利用干涉原理构建长距离监测系统需要极其苛刻的条件。马赫-曾德尔 干涉仪和迈克耳逊干涉仪由于光传播在两条不同的光臂上，自相位调制、交叉相位调制引起光 偏振的独立性，干涉光场的偏振态呈现不可预知的问题,另外在长达上百km的两条光纤在安装 时就难以做到分米级的误差,这可需要比较窄线宽的激光器才能保证干涉。我们申请的中国发 明专利200710051004. 2使用一个变型萨格纳克干涉仪构成长距离管线安全监测系统，两条传 感线路，有利地启用其管线上备用光纤是可行的,但采用两支路解调抑制噪声,其成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于采用双变型光纤萨格纳克干涉仪，单路相干光脉冲比例解调构成低成 本的安全监测系统,实现长距离微小振动、冲击检测与定位。为了达到上述目的，本专利技术采用的3如下技术方案包括发射和接收光信号处理模块100，光延迟部件101，回路光纤部分102，构成 一个双变型光纤萨格纳克干涉仪；发射和接收光信号处理模块1包括计算机1、光源驱动器2、 光源3、去偏器4、探测器IO、带探测器的电路处理板11;光延迟部件2包括3X3光纤耦合 器5、短光纤6、长光纤7和2X1耦合器8;回路光纤部分102涉及两种情况的传感光纤9: 振动、冲击作用在回路中两条光纤上(如图l所示)或在回路中一条光纤上(如图2所示)。 本专利技术的工作原理如图1所示，计算机1控制光源驱动器2使光源3按一定的频率发 射光脉冲，脉宽小于10ps，脉冲光功率小于受激拉曼散射阈值。脉冲通过去偏器4输入3 X 3耦 合器5，去偏器4的作用避免光源偏振的影响,优选耦合器5功分比为l:l:l，分成三束等量的光 脉冲分别在短光纤13、长光纤14和传感光纤9逆时针方向传播,其中两束光脉冲输入耦合器 8，优选耦合器8功分比为l:l,两光脉冲縮量1/2输出到传感光纤9中按顺时针方向传播达到耦 合器5，逆时针方向传播的光脉冲输入耦合器8分量相等的光脉冲分别在长、短光纤7、 6中传 播达到耦合器5,有且只有经历最长和最短对应的两光脉冲干涉，输出二个先后顺序的相干脉冲， 它们继续传播先后被光探测器转换为电信号，再由电路处理板11转换为数字信号，由计算机5 处理、计算出传感线路上振动位置。有利地二个先后达到的相干光脉冲与下次二个先后达到的相干光脉冲不能混杂，光源7发射光脉冲的频率小于等于c:/(w^ZO,c为光在真空中速度,^v为光纤有效折射率，短光纤13长度为^km,长光纤14长度为丄2]011,￡ = ￡2-丄1;有利地探测器完整转换每个返回的光脉冲,A/D采样保持时间大于脉宽，A/D采样频率大于光源重复频率。 将这两个相干光脉冲转换的数字信号作比例解调来抑制光源波动。图1中振动点D产生的振动函数设为-(O,最短路径、最长路径顺时针和逆时针传播的光脉冲在耦合器5产生的相位差 A^,m二l,2表示为 ("L +r) + -(, + r ) —^H("『)一2W3 (1)振动点D离最远端距离设为x，式(1 )中光往返这两点之间的时间为 r，r = 2"￡//x/c ,rm = "e#A /c， f为耦合器5分束光脉沖率先达到振动点D的时刻。设0(0的付里叶变换为F(w),由付里叶变换的线性性质得F(A《)={exp + exp(Z抓m) -1 - exp(/nrr)^(w) (2)=' [exp(/crr) +式(2)中陷波点为exp(/扱、)—l-0,exp(/cr;r) + l-0，艮口< r = 2A;r —;r，(y7m - 2Att，附=1,2 (3) 上式(3)中A为自然数，特征频率为-— ，t 一 「 ，/咖"吝 r ，ffl一l" 、4J2『 4 ;v;显然,当jc > 0.25￡2时，对任何ifc才有/# 1-，w = 1，2 ,也就是说本系统有监测盲区，长度为 A 0.25￡2。与特征频率/^所对应的光纤长度;c为;c=(2"1)C (5)由于式(1)和式(2)频率空间完全相似，它们的光电信号作比例后再进行付里叶变换同 样能获得上述结果，并且能计算出振动点产生的振动函数图像。图2中振动点D产生的振动函数设为-W,最短路径、最长路径顺时针和逆时针传播的光 脉冲在耦合器5产生的相位差A^、 A^表示为△&+2 =-(, + rm —r0) — ^(/ + r。) —2;r/3，w =本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分布式光纤的安全监测方法，运用光纤萨格纳克干涉原理，分布式定位振动、冲击点，其特征在于振动、冲击点离最远端距离为ｘ，Ｔ↓［１］＝ｎ↓［ｅｆｆ］ｘ／ｃ，Ｔ↓［２］＝２ｎ↓［ｅｆｆ］ｘ／ｃ，获取的光信号频谱Ξ与振动、冲击频谱Θ之间满足： Ξ＝｛ｅｘｐ［ｉω（τ↓［１］－Ｔ↓［１］）］－ｅｘｐ（ｉ＊Ｔ↓［１］）｝Θ或者 Ξ＝［ｅｘｐ（ｉ＊τ↓［２］）－１］.［ｅｘｐ（ｉ＊Ｔ↓［２］）＋１］Θ 其中＊为振动、冲击的角频率，τ↓［１］，τ↓［２］为光波经过光纤 延迟线的时间，τ↓［１］＝２ｎ↓［ｅｆｆ］Ｌ／ｃ，τ↓［２］＝ｎ↓［ｅｆｆ］Ｌ／ｃ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张利勋，刘永智，彭增寿，代志勇，欧中华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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