[发明专利]一种区域型光纤振动传感系统专用振动传感光缆

说明书

技术领域

本发明是一种区域型光纤振动传感系统专用振动传感光缆，主要应用于周界安全防卫，涉及光纤干涉传感技术，光缆技术领域。

背景技术

光纤传感技术是上世纪七八十年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的技术，它以光为通信载体，光纤为感知与通信媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤振动传感技术是光纤传感技术的一种，探测对象是作用在光纤、其附着物、或周边等的振动信号。光纤振动传感器具有测量灵敏度高、抗电磁干扰、抗辐射、耐高压、耐腐蚀、体积小、重量轻、适应恶劣环境等诸多优点，主要应用于大区域的安全防卫。

基于光纤干涉仪的区域防入侵系统，用光缆作为入侵振动检测的传感器。一般用普通的光缆在不同的防区布放很多根光缆，防区越多，光缆越多，而且要做许多接续和分支，施工复杂，并且存在事故隐患。与其他类型的光纤干涉仪相比，光纤萨格纳克干涉仪，具有对振动敏感而对布缆时产生的缓慢应变和环境变化不敏感的特点。但是，光纤萨格纳克干涉仪存在一个问题，其干涉环路的中点的感知灵明度为零，在中点附近形成了一定范围的感知盲区。直接由光缆中两根光纤连接而成的光纤萨格纳克干涉环路结构的中点位于每一个区域的尾端。在尾端形成的感知盲区，限制了光纤萨格纳克干涉仪在区域型光纤振动传感系统中的应用。

与此同时，光纤萨格纳克干涉仪的灵敏度与环路的长度有关，环路越长，其灵明度越高。当区域较短的时候，光纤萨格纳克干涉仪的灵敏度较小，需要通过一些特殊的结构来扩展光纤萨格纳克干涉环路的长度，增加振动事件感知灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除传感盲区和提高感知灵敏度的区域型光纤振动传感系统专用振动传感光缆，本发明提出的光缆内部的光纤数目和干涉结构数量可以根据区域数目灵活扩展，且安全、可靠、施工效率高。

本发明采用如下技术方案：

一种区域型光纤振动传感系统专用振动传感光缆，包括：聚乙烯外护套，在聚乙烯外护套内设有芳纶，在芳纶内设有塑料套管，在塑料套管内设有沿光缆轴向排列的n个光纤萨格纳克干涉环路，和n根连接这些光纤萨格纳克干涉环路的引导光纤，n为光纤萨格纳克干涉环路的数量，所述的光纤萨格纳克干涉环路包括1×2分路器和减振套管，1×2分路器的合路端口与引导光纤的一端连接，在1×2分路器的两个分路端口之间设有传感光纤和传输光纤，并且，传感光纤的一端与1×2分路器的一个分路端口连接，传感光纤的另一端与传输光纤的一端连接，传输光纤的另一端与1×2分路器的另一个分路端口连接，所述传输光纤呈现S形状且传输光纤位于减振套管内。

为了使干涉环路的长度达到最大，呈现S形状的传输光纤的凹点与分路器径向重叠，呈现S形状的传输光纤的凸点，与传感光纤和传输光纤之间的连接点径向重叠。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明将传感光纤、传输光纤和分路器整合在一起形成一个整体光缆。只需要一根此种光缆沿周界铺设，即可实现多区域的光纤振动传感检测。光缆内部引导光纤的芯数和光纤萨格纳克干涉环路数由所划分的区数决定，可以根据区域数目灵活扩展。

式（1-1）给出了光纤萨格纳克干涉环路的输出光功率的表达式：

Iout=12I0[1+cosφ(t)]---(1-1)]]>

式（1-1）中I₀表示光纤萨格纳克干涉环路的输入光功率，φ(t)表示光纤萨格纳克干涉环路中顺时针光和逆时针光的相位差，其可以表示为：

式（1-2）中表示外界振动引起的在光纤中传播的光波的相位变化，τ表示顺时针光和逆时针光被外界调制的时间差。对于传统的传感光纤和呈现直线状的传输光纤构成的萨格纳克干涉环路，传感光纤和传输光纤等长，两束光发生调制的时间差τ为：