[发明专利]一种超弱光纤光栅周界安防系统

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：