[发明专利]基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤和安防技术领域，具体涉及一种安全防范系统以及实现方法。

背景技术

随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出，一些重要的军事保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前越来越多种类的光纤技术应用到安防系统中，其特点是，抗干扰性强、可靠性高；隐蔽性好、防探测；易于安装和维护。单芯反馈式全白光干涉系统也成功的应用在了周界安防中。

单芯反馈式全白光干涉系统的结构如图1、2所示。系统由光源1、光纤耦合器4、光纤延迟线11、光纤耦合器5、单芯光纤L16、反馈装置7、探测器2、3构成，其中，根据信号处理的需要，耦合器4可以是3×3或2×2的。这种系统利用白光进行干涉。光路中存在一段单芯光纤16，利用反馈装置7的作用，使从光纤16传输的光经反馈装置7作用后重新进入光纤16传输，最终到达探测器2、3，实现光的干涉。对于在单芯光纤16上的扰动，由于光前后两次经过该点，因此灵敏度加倍。光信号经探测器转换成电信号，通过一定的信号处理方案，即可获得相应的扰动位置或区域信息。由于该系统采用单芯结构，不用形成环路，使得系统使用方便，特别在需长距离铺设的应用环境中，尤显其灵活性。

在使用中，以单芯反馈式白光干涉系统为基础的的周界安防系统通常采用两种实现方式：串联和并联。串联方式，如图3所示，采用一根连续的光缆连续铺设在需防范区域的周界上，即一根光缆贯穿于周界的各区域，采用一定的定位算法，计算出入侵发生的位置或区域。这种串联方法的缺点是对于完全同时发生的入侵的行为，无法实现定位；当感应光缆有一个断点，整个安防系统全部处于瘫痪状态。并联方式，是在周界的不同区域铺设各一根感应光缆，每根光缆对应于一个光路干涉系统。图4是一个分为3个区域的并联布设方案。并联方案克服了串联方案种的上述缺点，但由于每个区域都需要一套光路干涉系统，不利于在大范围、长距离周界安防上应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以克服串联或并联缺陷的，以单芯反馈式白光干涉系统为基础的周界安防系统。

本发明提出的以单芯反馈式白光干涉系统为基础的周界安防系统，采用一个共同的白光干涉光路20，该白光干涉光路20与通常的单芯反馈式白光干涉系统基本相同，由光纤耦合器4、光纤耦器5、光纤延迟线11组成，光纤耦合器4分别与光源信号1和光电探测器连接，该光纤耦合器4为2×2或3×3的光电耦合器，相应的光电探测器为1个或2个；光纤耦器5为一n路分路器，有n个输出端口(传感端口)，可记为10a、10b、10c…，分别接入n路传感(感应)光纤，对应的记为16a、16b、16c…，每个传感光纤上都串接一个在线相位调制器，对应的分别记为17a、17b、17c…；这n个相位调制器分别与调制信号发生装置19连接，而该调制信号发生装置19与信号处理装置13连接，信号处理装置13与光电探测器连接；光纤分别设有反馈装置，相应的可记为7a、7b、7c…。可见，这n路传感光纤和相应的反馈装置共用一个白光干涉光路20，而且每路传感光纤和对应的反馈装置与白光干涉光路20均构成一个独立的干涉子系统，从而使每个干涉子系统产生的干涉信号从白光干涉光路20的共同端口输出。具体见图5所示。

本发明中，n为大于2的整数，具体可根据实际需要确定，一般n最大为100即可满足实用需要。

本发明通过在全白光干涉系统中使用相位载波的调制解调技术，实现多路扰动信号复用同一白光干涉系统，从而大大降低安防周界中因分区所需的干涉系统的数量。

白光干涉系统中的两路或多路分路器5(多路分路器可以是单只器件，也可以由多个分路器组合而成)，它可以是熔融拉锥式光纤分路器，也可以式平面光波导分路器。

由于使用白光干涉，光源的相干长度只有微米量级，各传感光纤的长度差很容易超过这个值。.因此，每根传感(感应)光纤，对应的干涉子系统是相互独立的，即，这些独立子系统间的光信号不发生干涉。

为了将各子干涉系统的干涉信号分别提取出来，在每路传感(感应)光纤中都串接一个在线相位调制器(如17a、17b、17c…)，该相位调制器可以是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成，也可以是铌酸锂(LiNbO₃)调制器；每个调制器施加不同频率的相位载波(余弦信号)，对干涉光路的相位进行调制。

对于有n路传感端的复用系统，信号的交流部分P可以表示为：

P＝P₁+P₂+…+P_n