[发明专利]开关量光纤传感系统及其短时互相关定位方法

权利要求书

1.一种开关量光纤传感系统，包括1个脉冲光源（1）、1个信号处理系统（11）、1个光环行器（2）、1个光电探测器（10）、N个光开关（9、8、7、6）、N-1个1X2的光纤耦合器（3、4、5）和N段标准单模光纤（L₁、L₂…L_N），其特征在于所述脉冲光源（1）通过环行器（2）和第一段光纤（L₁）与第一个耦合器（3）的P₁端口相连，第一个耦合器（3）的P₂端口通过第二段光纤（L₂）与第二个耦合器（4）的P₁端口相连，第一个耦合器（3）的P₃端口与第一个光开关（9）相连；其它依次类推，最后一个耦合器（5）的P₂、P₃端口分别连接第N-1个光开关（7）和第N个光开关（6）；环行器（2）的另一个输出经由光电探测器（10）连接至信号处理系统（11）。

2.根据权利要求1所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述的脉冲光源（1）是内调制的，或者是外调制的；使用高斯脉冲或余弦脉冲，脉冲宽度小于等于光往返经过最短一段光纤的时间，脉冲周期大于等于光往返经过各段光纤长度总和的时间。

3.根据权利要求1所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述光开关（6、7、8、9）是一个带有反射镜的光开关，其开关控制方式是多样的；正常状态下，光开关是闭合的，其反射率较高，反射信号较强；当报警事件发生时，光开关打开，其反射率较低，反射信号明显变弱，或者相反。

4.根据权利要求1所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述的N段标准单模光纤（L₁、L₂…L_N）的长度相等，或者不相等。

5.根据权利要求1所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述的N-1个耦合器（3、4、5）的P₁端口与P₂端口是直通的，P₁端口与P₃端口是交叉耦合的。

6.根据权利要求1所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述的N-1个耦合器（3、4、5）的耦合系数是经过优化设计的：根据给定的脉冲光源（1）光功率、所用的光电探测器（10）的灵敏度，考虑各个光器件的插入损耗、光纤的传输损耗以及光纤和各个光器件的连接损耗，计算每个光脉冲到达探测器（10）的功率大小，使其大于等于光电探测器（10）的灵敏度，以使每个光开关量都可检测；同时，尽量使各个反射脉冲光功率大小一致，以便于准确定位；另外，尽量使更多的光往前传输，以便能够检测更多的光开关。

7.根据权利要求3所述的开关量光纤传感系统，其特征在于所述光开关，设定一个阈值，通过不同时间反射脉冲的光强是否小于或大于该阈值，直接确定哪一个或哪一些光开关所在位置有报警事件发生，这叫直接光脉冲测量法。

8.一种开关量光纤传感系统短时互相关定位方法，用于对权利要求1所述开关量光纤传感系统在噪声较大时对事件光开关定位，其特征在于首先由信号处理系统（11）计算前后脉冲周期时间内检测到的反射脉冲的对应短时互相关，设定一个合适的阈值，找到相关峰值小于阈值的各段短时互相关曲线，由它们的段号即可确定是哪些开关被打开了。

9.根据权利要求8所述的开关量光纤传感系统短时互相关定位方法，其特征在于所述的短时互相关运算的短时窗长与光源的脉冲宽度一致。