[发明专利]一种超弱光纤光栅周界安防系统有效

专利信息
申请号: 201611056384.4 申请日: 2016-11-24
公开(公告)号: CN106768270B 公开(公告)日: 2019-07-02
发明(设计)人: 罗志会;陈思;王凤钧;陈小刚;潘礼庆;曾曙光 申请(专利权)人: 三峡大学
主分类号: G01H9/00 分类号: G01H9/00;G01K11/32
代理公司: 宜昌市三峡专利事务所 42103 代理人: 吴思高
地址: 443002*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 光栅 周界安防系统 周界安防 弱光纤光栅 查询单元 探测光缆 脉冲控制信号 刻写 波长变化 波长解调 定位准确 反射信号 复用问题 光缆制备 光栅阵列 局部受力 模式识别 入侵行为 同步提取 温度传感 信号处理 优化控制 灵敏度 微振动 敷设 成缆 解调 铠装 判定 光纤 兼容 光缆 铺设 响应 应用
【说明书】:

本发明公开了一种超弱光纤光栅周界安防系统及方法,其中系统包括:探测光缆,由刻写有大量超弱光栅阵列的光纤铠装成微振动光缆;查询单元,与探测光缆连接,用于分离和解调阵列中目标光栅的反射信号;控制单元,与查询单元连接,用于产生脉冲控制信号并同步提取波长解调信号,通过信号处理和模式识别,判定入侵行为并定位。本发明解决了传统周界安防中多光栅复用问题,允许光栅成缆和敷设时局部受力导致光栅的波长变化,光缆制备及铺设简单,通过优化控制,使周界安防系统具有灵敏度高、响应速度快、定位准确、兼容周界安防和温度传感等优势,在周界安防领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及光纤周界安防技术领域,尤其涉及一种超弱光纤光栅周界安防系统。

背景技术

光纤周界安防以光纤作为传感介质和信号传输通道,具有无源、抗电磁干扰、灵敏度高等优点,便于长距离布设,在重要的设施、电站、易燃易爆物资仓库、军事要地等周界安防领域具有广泛的需求,

上世纪90年代中期,发达国家已率先将光纤传感技术应用到周界安防领域。目前,全球能掌握该技术并投入使用的主要集中在欧美等少数几个国家,如英国、美国、以色列、澳大利亚等,多采用基于光学干涉原理的分布式传感技术;国内近几年在该领域也获得快速发展,主要有基于光学干涉的分布式传感和基于高反射率光栅(FBG)的应变传感两种技术。干涉式分布式传感周界安防技术虽然具备很高的灵敏度,但普遍存在定位精度差、防区长度小等问题,且由于光缆整体参与传感,难以分辨出风雨等恶劣天气的扰动和人为入侵的区别,抗环境干扰能力差。与分布式光纤传感相比,FBG应变传感技术在误报率、定位精度、耐候性等方面具有优势,也较易实现振动、温度等多参量的共网监测,具备满足用户多样化需求的潜力。但单光纤上FBG复用数量少,成缆工艺复杂,匹配的法布里-珀罗(F-P)解调技术实时性也差,性价比不高。超弱光栅是对反射率低于0.1%光栅的统称。由于超弱光栅只反射探测脉冲中极少部分能量,可以允许单光纤上同波长光栅的大规模复用。目前,我们已经实现6000个反射率0.01%左右光栅的复用,感测距离超过20km。此外,超弱光栅自动化刻写工艺已经成熟,它无需对光纤进行掺杂,省去了剥皮和再涂覆工序,生产效率高,光栅的抗拉性和可靠性好,批量制作的成本低廉,这为超弱光栅周界安防提供了理想的载体。

要准确判定周界上的入侵事件,周界安防系统必须能实时检测传感器上的动态信号。通常,当周界上有入侵事件发生时,外力作用会引起邻近的光纤上产生动态应变,除了导致光栅的波长漂移外,也会携带有明显的振动信号特征(振动频率通常在500Hz以下)。超弱光栅单光纤上可复用数千个,这有利于根据周界安防的需要密集分布在微振动光缆上,准确感测应变及振动信号,避免了传统FBG周界安防中因为光栅间距过大导致灵敏度降低的问题。但光栅间距的大幅缩小,也必然导致传感光栅数量的急剧增加,降低振动检测的实时性。如何对大量超弱光栅阵列上的振动信号进行实时监测,是超弱光栅检测技术研究的重要课题,也实现超弱光栅周界安防的关键技术。文献“Wang Y M,Gong J M,Wang D Y,etal.A large Serial time-division multiplexed fiber Bragg grating sensornetwork[J].J.Lightw.Technol.,2012,30:2751-2756.”提出了一种激光波长扫描的时域查询(WSTDM)方法,因受激光光源波长变换速度的限制,一次查询时间需要几十秒,很难检测振动等动态信号;而专利(专利号201210390000.8“超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法”)虽然提出了一种基于CCD解调的大规模超弱光栅阵列快速查询方法,但主要针对静态量的监测(如温度),没有涉及大规模光栅阵列中振动信号的动态检测,也没有考虑周界安防系统对入侵事件识别、响应时间、定位精度、多点监测等问题,很难满足光纤周界安防技术的要求。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明提供一种灵敏度和定位精度高、响应速度快、经济性好的超弱光纤光栅周界安防系统,

本发明所采用的技术方案是:

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