專利名稱：?jiǎn)喂庠捶植际焦饫w微振動(dòng)傳感與定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種分布式光纖傳感與定位裝置，尤其涉及一種單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監(jiān)控領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光纖和光通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，光纖作為傳遞光這個(gè)敏感信息的媒質(zhì)，光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而分布式光纖傳感技術(shù)又是光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一，其在長(zhǎng)距離、大范圍的安全監(jiān)控等方面有很好的應(yīng)用前景。分布式光纖傳感與定位裝置是用普通的通信光纖(G. 652)作為傳感器，當(dāng)外界施加在光纖上的物理量諸如應(yīng)力等發(fā)生變化的時(shí)候，光纖中的光的各個(gè)參量，如相位、振幅、頻率等將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，背向瑞利散射光帶著這些變化的信息回到傳感系統(tǒng)的接收端。背向瑞利散射光信號(hào)非常微弱，需要解調(diào)出這些變化的信息非常困難，因此對(duì)系統(tǒng)的接收機(jī)要求很高。接收機(jī)把接收到的瑞利散射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后再進(jìn)行處理，最后送入后臺(tái)機(jī)，判定相應(yīng)物理量的變化。分布式光纖傳感與定位裝置在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用包括兩方面，定位與傳感，即判定傳感光纜受振動(dòng)的位置和振動(dòng)的模式(如切割光纜、攀爬圍欄等)。目前，分布式光纖傳感與定位裝置中振動(dòng)位置的判定需要光源發(fā)送脈沖光信號(hào)，振動(dòng)引起背向瑞利散射光強(qiáng)度發(fā)生變化，產(chǎn)生振動(dòng)脈沖，從而判定振動(dòng)的位置；而振動(dòng)模式的判定則需要光源發(fā)送連續(xù)光信號(hào)，連續(xù)光信號(hào)的背向瑞利散射光攜帶著振動(dòng)的傳感信息回到系統(tǒng)的接收端，從而進(jìn)行振動(dòng)模式的判定。因此為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)位置和振動(dòng)模式的判定，目前此類裝置主要采用兩種方案一種方案是使用兩個(gè)光源分別發(fā)送脈沖光信號(hào)和連續(xù)光信號(hào)，兩個(gè)接收機(jī)分別接收不同的光信號(hào)，在光電轉(zhuǎn)換及處理后得到振動(dòng)位置和振動(dòng)模式；另一種方案是使用單個(gè)光源發(fā)送脈沖光信號(hào)，有振動(dòng)脈沖被捕捉時(shí)，在判定振動(dòng)位置的同時(shí)切換光源輸出連續(xù)光信號(hào)，捕捉振動(dòng)的傳感信息，進(jìn)行振動(dòng)模式判定，完成后光源再繼續(xù)發(fā)送脈沖光信號(hào)。第一種方案中兩個(gè)光源同時(shí)工作，使系統(tǒng)成本及維護(hù)費(fèi)用增加，也降低了系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性；第二種方案中單個(gè)光源分時(shí)工作，切換光源輸出時(shí)會(huì)有延時(shí)，且振動(dòng)時(shí)延很短，必然造成了很大一部分振動(dòng)的傳感信息丟失，降低了系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)模式判定的準(zhǔn)確性，容易造成系統(tǒng)誤報(bào)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提出一種成本低、誤報(bào)率低的單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置。該傳感與定位裝置包括脈沖光源、光電轉(zhuǎn)換及放大電路、位置信號(hào)處理電路、傳感信號(hào)處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中脈沖光源的輸出連接光路，光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸入連接光路，光路通過(guò)傳感光纜連接光路尾端，光電轉(zhuǎn)換及放大電路的一路輸出通過(guò)位置信號(hào)處理電路產(chǎn)生位置信號(hào)，傳感信號(hào)處理電路的輸入連接光電轉(zhuǎn)換及放大電路的另一路輸出，傳感信號(hào)處理電路的一路輸出連接脈沖光源的輸入，另一路輸出產(chǎn)生傳
感信號(hào)。所述脈沖光源輸出脈沖光信號(hào)的重復(fù)頻率至少是傳感信號(hào)頻率的兩倍；所述傳感信號(hào)處理電路包括同步信號(hào)產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號(hào)放大電路，其中同步信號(hào)產(chǎn)生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號(hào)，選擇性去噪電路的輸入接進(jìn)光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸出信號(hào)，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號(hào)放大電路后產(chǎn)生傳感信號(hào)；所述選擇性去噪電路是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)。 技術(shù)效果I、與現(xiàn)有雙光源方案相比，省去了一個(gè)光源，成本大大降低，維護(hù)費(fèi)用也隨之降低，提高了長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性。2、與現(xiàn)有單光源分時(shí)工作方案相比，光源無(wú)需切換，振動(dòng)信息不會(huì)丟失，提高了振動(dòng)模式判定的準(zhǔn)確性，降低了誤報(bào)率。

圖I為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為傳感信號(hào)處理電路的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為選擇性去噪電路的電路示意圖。圖4為有振動(dòng)時(shí)位置信號(hào)處理電路的輸出波形及同步信號(hào)波形圖。圖5為有振動(dòng)時(shí)選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號(hào)波形圖。圖6為無(wú)振動(dòng)時(shí)傳感信號(hào)處理電路的輸出波形圖。圖7為有振動(dòng)時(shí)傳感信號(hào)處理電路的輸出波形圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。在分布式光纖傳感與定位裝置中，在傳感光纜受到振動(dòng)時(shí)，接收端收到振動(dòng)脈沖，能夠?qū)崿F(xiàn)定位，同時(shí)，此振動(dòng)脈沖中也攜帶有部分振動(dòng)傳感信號(hào)。根據(jù)此原理，本實(shí)用新型裝置采用單光源實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括脈沖光源、光電轉(zhuǎn)換及放大電路、位置信號(hào)處理電路、傳感信號(hào)處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中脈沖光源的輸出通過(guò)光纖連接光路，光路通過(guò)傳感光纜連接光路尾端，光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸入尾纖連接光路，光電轉(zhuǎn)換及放大電路的一路輸出通過(guò)位置信號(hào)處理電路產(chǎn)生位置信號(hào)。所述傳感信號(hào)處理電路的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括同步信號(hào)產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號(hào)放大電路，同步信號(hào)產(chǎn)生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號(hào)，選擇性去噪電路的輸入連接光電轉(zhuǎn)換及放大電路的另一路輸出，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號(hào)放大電路后產(chǎn)生傳感信號(hào)，此傳感信號(hào)即振動(dòng)傳感信號(hào)，下同。根據(jù)奈奎斯特采樣定律為了不失真地恢復(fù)模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)該不小于模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍。因此，把振動(dòng)脈沖的頻率等效于采樣頻率，振動(dòng)傳感信號(hào)等效于所需還原的模擬信號(hào)，當(dāng)振動(dòng)脈沖的頻率是捕捉的振動(dòng)傳感信號(hào)頻率的兩倍或兩倍以上時(shí)，可以完全還原振動(dòng)傳感信號(hào)，而振動(dòng)脈沖的頻率取決于光源發(fā)射脈沖光信號(hào)的重復(fù)頻率。所以在本裝置中，脈沖光源在同步信號(hào)的控制下輸出重復(fù)頻率至少為振動(dòng)傳感信號(hào)頻率兩倍的脈沖光信號(hào)，光信號(hào)進(jìn)入光路并通過(guò)傳感光纜進(jìn)入光路尾端，光電轉(zhuǎn)換及放大電路接收到光路中的背向散射光，然后將其光電轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并放大，再分別送入位置信號(hào)處理電路和傳感信號(hào)處理電路，得到位置信號(hào)和傳感信號(hào)，實(shí)現(xiàn)定位和傳感。在傳感信號(hào)處理電路中，選擇性去噪電路在同步信號(hào)的同步下對(duì)光電轉(zhuǎn)換并放大后的信號(hào)進(jìn)行選擇性去噪，提取出振動(dòng)脈沖信號(hào)，信號(hào)偏置調(diào)整電路對(duì)振動(dòng)脈沖信號(hào)的零基準(zhǔn)線進(jìn)行調(diào)整，再經(jīng)過(guò)濾波解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，得到傳感信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路放大后輸出。選擇性去噪電路如圖3所示，其是一個(gè)受同步信號(hào)控制的電子開(kāi)關(guān)，高電平時(shí)，線 路I選通，低電平時(shí)，線路2選通，電壓V的大小由光電轉(zhuǎn)換并放大后的信號(hào)的最小值確定。在同步信號(hào)發(fā)出時(shí)，光源發(fā)出脈沖光信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換及放大電路同時(shí)接收到背向散射光，光電轉(zhuǎn)換及放大電路將轉(zhuǎn)換放大后的原始信號(hào)送入電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)同步信號(hào)處于高電平時(shí)，線路I選通，輸出電壓V信號(hào)，當(dāng)同步信號(hào)處于低電平時(shí)，線路2選通，輸出原始信號(hào)，這樣就濾除了原始信號(hào)中的無(wú)關(guān)脈沖信號(hào)，保留了振動(dòng)脈沖信號(hào)，使后續(xù)傳感信號(hào)能夠被解調(diào)出來(lái)。有振動(dòng)時(shí)位置信號(hào)處理電路的輸出波形及同步信號(hào)波形如圖4所示，后臺(tái)機(jī)可根據(jù)振動(dòng)脈沖信號(hào)與前2個(gè)固定脈沖信號(hào)的時(shí)間差判定振動(dòng)的位置。所述前2個(gè)固定脈沖信號(hào)是在光路上衰減較大的位置上形成，此位置固定，可當(dāng)作參考位置來(lái)確定振動(dòng)脈沖的位置。有振動(dòng)時(shí)選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號(hào)波形如圖5所示，這里已經(jīng)濾除了振動(dòng)無(wú)關(guān)的脈沖信號(hào)，只保留了振動(dòng)脈沖信號(hào)。無(wú)振動(dòng)時(shí)傳感信號(hào)處理電路的輸出波形如圖6所不,信號(hào)波動(dòng)較小,分布式光纖傳感系統(tǒng)沒(méi)有受到振動(dòng)。有振動(dòng)時(shí)傳感信號(hào)處理電路的輸出波形如圖7所示，信號(hào)波動(dòng)明顯，分布式光纖傳感系統(tǒng)受到振動(dòng),此波形為振動(dòng)傳感信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，包括光電轉(zhuǎn)換及放大電路、位置信號(hào)處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸入連接光路，光電轉(zhuǎn)換及放大電路的一路輸出通過(guò)位置信號(hào)處理電路產(chǎn)生位置信號(hào)，光路通過(guò)傳感光纜連接光路尾端，其特征在于還包括脈沖光源和傳感信號(hào)處理電路，脈沖光源的輸出連接光路，傳感信號(hào)處理電路的輸入連接光電轉(zhuǎn)換及放大電路的另一路輸出，傳感信號(hào)處理電路的一路輸出連接脈沖光源的輸入，另一路輸出產(chǎn)生傳感信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，其特征在于所述脈沖光源輸出脈沖光信號(hào)的重復(fù)頻率至少是傳感信號(hào)頻率的兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，其特征在于所述傳感信號(hào)處理電路包括同步信號(hào)產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解 調(diào)電路和信號(hào)放大電路，其中同步信號(hào)產(chǎn)生電路分別給脈沖光源和選擇性去噪電路提供同步信號(hào)，選擇性去噪電路的輸入接進(jìn)光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸出信號(hào)，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號(hào)偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號(hào)放大電路后產(chǎn)生傳感信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，其特征在于所述選擇性去噪電路是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單光源分布式光纖微振動(dòng)傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監(jiān)控領(lǐng)域。該裝置采用單光源發(fā)射脈沖光信號(hào)，包括脈沖光源、光電轉(zhuǎn)換及放大電路、傳感信號(hào)處理電路、位置信號(hào)處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，傳感信號(hào)處理電路給脈沖光源和傳感信號(hào)解調(diào)提供同步信號(hào)，并使脈沖光源輸出特定頻率的脈沖光信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換及放大電路接收光路中的背向散射光，并將輸出的原始信號(hào)進(jìn)行位置信號(hào)處理和傳感信號(hào)處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)定位與傳感。本實(shí)用新型可同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)位置判定和低頻振動(dòng)檢測(cè)，成本低、可靠性高、判定準(zhǔn)確率高。
文檔編號(hào)G01H9/00GK202382847SQ201120550659
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孫小菡, 朱輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)