專利名稱：光纖傳感預警和定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于一些重要區(qū)域的周邊或長距離的油氣管道及通信光纜安全保護的光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，屬光纖傳感器、光電信號的轉(zhuǎn)換和信號處理等技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，對一些重要的場所，比如金融機構(gòu)、機場、軍事基地等進行安全保護越來越重要。據(jù)統(tǒng)計，這些地方所受到的威脅的一半都是由于安全監(jiān)測漏洞所造成的。對這些地方的安全防范系統(tǒng)除了不受天氣、地形等自然條件的影響外，還要能夠隨著安全防范范圍的擴大，犯罪手段的現(xiàn)代化進行及時的調(diào)整。保障油氣管道的安全輸油是國家有關部門的一項重要職責，但隨著我國油氣管道的線路增多，管道傳輸距離的加長，管道泄漏的事件時有發(fā)生。油氣管道的泄漏一方面使國家財產(chǎn)蒙受了重大的損失，另一方面還有可能帶來環(huán)境污染和諸如火災等次生災害。造成油氣管道的泄漏有可能是自然原因，比如管道防腐層被破壞，管壁在土壤電化學腐蝕作用下出現(xiàn)銹點，腐蝕逐漸貫穿整個管壁的現(xiàn)象。還有當流程出錯、閥門誤動等原因可能使干線超壓造成管道泄漏。近年來，相對于油氣管道的自然泄漏，人為偷盜給管道帶來的破壞更為嚴重，已經(jīng)成為石油泄漏的最主要原因。我國通常是派巡線員沿管道來回巡查的方法來保證石油輸送的安全，現(xiàn)在的一些不法分子就是利用巡線員前腳剛走的空隙，后腳就開始大肆地打孔盜油。因此，迅速發(fā)現(xiàn)管道泄漏并準確判定泄漏點成為管線平穩(wěn)安全運行的當務
ο另外，隨著社會信息化步伐的加快，通信光纜越來越發(fā)揮著重要作用，但對如此長距離的通信光纜如何進行有效地保護始終是有關部門頭疼的一個問題。對通信光纜的破壞分為兩種一種是非故意的破壞，典型的是一些建設單位在施工時不注意對地下鋪設的光纜進行保護，用挖掘機、打樁機等一些大型機器在埋有光纜的地面上施工，造成光纜的破壞；另一種就是有些不法分子為了謀取私利，大肆偷盜通信光纜。針對上述可能出現(xiàn)的對通信光纜破壞情況，雖然有關單位在光纜附近貼出了 “下有光纜，嚴禁挖掘”、“嚴禁偷盜通信光纜”等標語，但事實證明這種方法并沒有有效地起到安全防護作用。不論是一些重要區(qū)域，還是油氣管道，或者是通信光纜，它們都密切關系著國家和人民的利益，因此對這些地方或設施進行安全防護顯得尤為重要。它們還有一個共同特點是空間距離長，所以如果采用人工巡邏的方式，必然會造成人力的極大浪費。當然也有人想出了一些方法，比如紅外對射系統(tǒng)，還有綜合了網(wǎng)絡、多媒體技術(shù)的閉路電視系統(tǒng)等，但這些方法都有一些缺點，如有的成本太高，有的是不適用于實際的應用環(huán)境等。為了解決長距離安全防范的問題，早在十多年前，國外就有人提出了基于分布式光纖傳感的方案，采用馬赫-曾德干涉儀，利用對干涉信號分析和處理的結(jié)果進行入侵事件報警和定位，并申請了專利。之后，對分布式光纖傳感應用于較大區(qū)域的周界或空間跨距大的管線的安全防范的研究愈來愈熱。國內(nèi)也有人在國外技術(shù)的基礎上提出了雙馬赫-曾德干涉儀的方案，使基于分布式光纖傳感的理論更適合于實際的工程應用。上述一些基于分布式光纖傳感器的方案都可以通過對干涉信號的分析做出準確的報警判斷，但它們在定位時均是采用對干涉信號進行處理的方法，由此帶來的一個缺點就是需要在干涉過程中把偏振態(tài)控制到一個理想的狀態(tài)，另外對環(huán)境溫度造成的相位差要進行補償，而偏振態(tài)控制和相位差補償?shù)男Ч脡闹苯佑绊懼ㄎ痪取?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用分布式光纖傳感的原理，實現(xiàn)對某些重要區(qū)域的周邊、長距離的油氣管道、通信光纜等的安全防范，使其在遭到入侵或破壞時，能發(fā)出報警并能對出事地點進行準確定位的一種光纖傳感預警和定位系統(tǒng)。其技術(shù)方案是一種光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號處理器及報警和定位裝置， 其特征在于所述A/D采集卡與數(shù)字信號處理器之間設有依次由兩路載波信號發(fā)生器、兩路混頻器、兩路低通濾波器、兩路微分器和兩路乘法器以及減法器、積分器和高波濾波器電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器；數(shù)字信號處理器中設有由兩路線性濾波器和互相關器、峰值檢測器電連接構(gòu)成的廣義互相關電路。激光器的光源采用可調(diào)諧光源。其技術(shù)效果是與以往的分布式光纖傳感器不同，本發(fā)明的一個顯著特征是，它不利用干涉信號，而是采取了先對激光源進行PGC調(diào)制，然后再利用PGC解調(diào)得到兩路具有一個固定時間差的真實擾動信號，接著在數(shù)字信號處理器中采用廣義互相關法而不是目前普遍采用的普通互相關的方法來計算出該時間差，從而找到事件發(fā)生點的位置，基本消除了由外界環(huán)境溫度引起的相位漂移和偏振態(tài)的退化所造成的定位誤差，具有更高的定位精度。實際的工程應用把傳感光纖敷設在一塊固定區(qū)域的周邊，鋪設方法為埋地，人或其它動物在距離光纜士0. 5米內(nèi)的距離處經(jīng)過時，本系統(tǒng)均能及時地發(fā)出警報且能準確地顯示出擾動點的位置。進一步的實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)在幾十甚至到一百公里的空間距離內(nèi)， 可以準確地探測到距光纜士0.5米內(nèi)的入侵事件，做到基本無誤警且定位精度能達到士50 米。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是PGC解調(diào)的原理框圖；圖3是廣義互相關的原理框圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，包括由光源0、光源驅(qū)動電路1和耦合器01構(gòu)成的激光器，兩個偏振控制器15、16，分別與兩個偏振控制器連接的耦合器13、 14，馬赫-曾德干涉儀，兩個光電檢測器21、22，兩個調(diào)理電路23、24，兩個A/D采集卡25、 26，數(shù)字信號處理器40及報警和定位裝置41。兩個A/D采集卡與數(shù)字信號處理器之間設有依次由兩路載波信號發(fā)生器51、52，兩路混頻器53、54，兩路低通濾波器61、62，兩路微分器 71,72和兩路乘法器55、56以及減法器57，積分器73和高波濾波器63電連接構(gòu)成的PGC
4解調(diào)器31、32。PGC解調(diào)器的解調(diào)過程由軟件控制。數(shù)字信號處理器中設有由兩路線性濾波器和互相關器、峰值檢測器電連接構(gòu)成的廣義互相關電路(見圖3)，通過軟件實現(xiàn)對擾動信號的準確定位。激光器的光源0采用可調(diào)諧光源，光源驅(qū)動電路1具有對光源頻率調(diào)制的功能。上述激光器中的光源0與耦合器01之間，耦合器01與兩個偏振控制器15和16 之間，兩個偏振控制器與馬赫-曾德干涉儀中的兩個耦合器11和12之間，以及馬赫-曾德干涉儀中的兩個耦合器與光電探測器21和22之間分別由單模光纖連接。馬赫-曾德干涉儀中的兩個耦合器11和12之間的兩根干涉臂由光纜連接。其它的均為電連接。作為分布式干涉?zhèn)鞲衅鞯囊粋€重要組成部分的兩根干涉臂最好置于同一根光纜中，但敷設時還需要根據(jù)具體的應用環(huán)境選擇不同的方式用于重要區(qū)域的周邊的安全防范時，需要將用作傳感臂的光纜沿此重要區(qū)域鋪設一周，系統(tǒng)的其它部分可以放在同一地方，如監(jiān)控室內(nèi)；用在油氣管道的防滲漏、防挖掘、防打孔偷盜時，可將光纜與管道同溝鋪設，且需緊貼管道外表面，以提高感應管道震動的靈敏度；用于通信光纜的防護時，傳感臂與通信光纜可共用同一根光纜。其工作原理當有擾動信號加到干涉臂上時，就會在馬赫-曾德干涉儀的兩個耦合器11和12上形成干涉信號，由于兩路干涉信號光強表達式很相似，所以僅取一路來敘述本系統(tǒng)的工作原理。設在耦合器11處形成的干涉光強
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號處理器及報警和定位裝置，其特征在于所述A/D 采集卡(25、26)與數(shù)字信號處理器00)之間設有依次由兩路載波信號發(fā)生器(51、52)、兩路混頻器(53、54)、兩路低通濾波器(61、62)、兩路微分器(71,72)和兩路乘法器(55,56) 以及減法器(57)、積分器(73)和高波濾波器(63)電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器(31、32)；數(shù)字信號處理器中設有由兩路線性濾波器(81、82)和互相關器(83)、峰值檢測器(84)電連接構(gòu)成的廣義互相關電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述激光器的光源 (0)為可調(diào)諧光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述PGC解調(diào)器 (31,32)中的兩路載波信號發(fā)生器(51、52)，分別為2倍頻載波信號發(fā)生器和3倍頻載波信號發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，其特在于所述PGC解調(diào)器(31、 32)和廣義互相關電路由軟件或DSP控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，其特征在于所述廣義互相關電路的定位算法為廣義相關法。
全文摘要
光纖傳感預警和定位系統(tǒng)，屬光纖傳感器、光電信號的轉(zhuǎn)換和信號處理等技術(shù)領域。其包括激光器，偏振控制器，馬赫-曾德干涉儀，光電檢測器，調(diào)理電路，A/D采集卡，數(shù)字信號處理器及報警和定位裝置，A/D采集卡與數(shù)字信號處理器之間設有依次由兩路載波信號發(fā)生器、兩路混頻器、兩路低通濾波器、兩路微分器和兩路乘法器以及減法器、積分器和高波濾波器電連接構(gòu)成的PGC解調(diào)器；數(shù)字信號處理器中設有由兩路線性濾波器和互相關器、峰值檢測器電連接構(gòu)成的廣義互相關電路。具有對出事地點進行準確定位和報警的功能，適用對某些重要區(qū)域的周邊或油氣管道和通信光纜的安全進行防范。
文檔編號G01D5/26GK102214382SQ201010143990
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉斌, 羅家童, 胡浩 申請人:合肥正陽光電科技有限責任公司