一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及安防技術領域，特別是涉及一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 分布式光纖傳感系統(tǒng)的原理是同時利用光纖作為傳感的敏感元件和信號傳輸介 質(zhì)，采用光時域反射（OTDR)技術，探測出沿著光纖不同位置的溫度、應變、相位等待測參量 的變化，實現(xiàn)真正分布式測量。作為一種新型分布式光纖傳感技術，基于相位敏感的光時域 反射計（Φ-OTDR)因可實現(xiàn)長距離分布式監(jiān)測、耐腐蝕、高靈敏度、高隱蔽性、抗電磁干擾、 實時主動監(jiān)測等優(yōu)點，在石油管道、邊界周界等需要安防監(jiān)測的領域具有廣闊的應用前景， 是當前安防領域的一個研究和應用熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及方法，能夠?qū)?現(xiàn)實時、在線、長距離的邊界安防監(jiān)測。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種分布式邊界安防監(jiān)測系 統(tǒng)，包括窄線寬激光源，所述窄線寬激光源的輸出光經(jīng)過聲光脈沖調(diào)制器調(diào)制為具有重復 頻率的脈沖光；所述聲光脈沖調(diào)制器輸出的脈沖光進入光纖放大器進行功率放大，經(jīng)第一 光纖環(huán)形器進入窄帶光纖光柵進行窄帶濾波，經(jīng)窄帶光纖光柵濾波后的反射光再經(jīng)所述第 一光纖環(huán)形器后再經(jīng)第二光纖環(huán)形器進入單模光纖；所述單模光纖用于探測擾動信號；所 述單模光纖的后向散射的信號光經(jīng)第二光纖環(huán)形器進入光電探測器，所述光電探測器的輸 出信號被信號放大器放大和并由低通濾波器濾波；所述低通濾波器的輸出模擬電壓信號由 數(shù)據(jù)采集卡采集并模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由計算機進行數(shù)據(jù)的處理，并在入侵出現(xiàn)時發(fā)出實時報警 信號。
[0005] 所述窄帶光纖光柵還設有半導體溫度控制器，所述半導體溫度控制器用于控制溫 度補償封裝的窄帶光纖光柵的溫度，以使得光纖光柵的反射波長穩(wěn)定。
[0006] 所述數(shù)據(jù)采集卡和聲光調(diào)制驅(qū)動器由同步信號控制器控制進行同步工作。
[0007] 所述的窄帶光纖光柵由熱膨脹系數(shù)為負值的材料封裝。
[0008] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：還提供一種采用上述的分布式邊界 安防監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測的方法，所述計算機采用的信號解調(diào)算法包括以下步驟：
[0009] (1)先運用累加平均子算法對采集到的原始數(shù)據(jù)進行累加；
[0010] (2)對累加平均子算法得到的中間數(shù)據(jù)運用減法子算法進行處理，即用該時刻采 集的光功率曲線減去無入侵時的參考光功率曲線；
[0011] (3)對減法子算法得到的中間數(shù)據(jù)運用取絕對值子算法進行處理；
[0012] (4)對取絕對值得到的中間數(shù)據(jù)運用累加平均子算法進行處理；
[0013] (5)對累加平均得到的中間數(shù)據(jù)運用均衡功率的子算法進行處理，以補償傳感光 纖中光功率的損耗；
[0014] (6)對均衡功率得到的中間數(shù)據(jù)運用移動平均子算法進行處理；
[0015] (7)對移動平均得到的中間數(shù)據(jù)運用小波去噪子算法進行處理；
[0016] (8)根據(jù)預先設定的閾值，判定某位置是否存在入侵，并選擇是否報警定位。
[0017] 有益效果
[0018] 由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果：
[0019] 本發(fā)明實現(xiàn)的一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及其方法，將普通單模光纖鋪設于待 測目標，即可實現(xiàn)長距離分布式的邊界/周界的入侵監(jiān)測及定位，鋪設部位和方向靈活；且 因光纖尺寸小、無污染、防電磁干擾，對測量目標本身和周圍環(huán)境的影響小。
[0020] 本發(fā)明實現(xiàn)的一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及其方法，由于使用了被精確溫度控 制的一個溫度補償封裝的窄帶光纖光柵作為在線濾波器，可有效濾除由光纖放大器引起的 自發(fā)輻射放大光等光譜成份的光，這提高了濾波的效果，并降低了信號濾波成本。且溫度補 償封裝的窄帶光纖光柵的溫度被半導體溫度控制器控制，使得光纖光柵的濾波波長穩(wěn)定， 精度高（可達〇· Ipm)。
[0021] 本發(fā)明實現(xiàn)的一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及其多點入侵信號解調(diào)算法，基于 DLL文件開發(fā)了 Labview平臺下的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，算法使用減法、累加平均、取絕對 值、均衡功率、移動平均和小波去噪等多種子算法。這種些算法的組合提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度 和信號解調(diào)的信噪比，利用本發(fā)明實現(xiàn)的解調(diào)算法，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)算法中難以實現(xiàn)的多點 入侵信號和光纖尾部信號的高精度解調(diào)。
[0022] 本發(fā)明實現(xiàn)的一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及其多點入侵信號解調(diào)算法，得益于 窄線寬的激光源，同一個光脈沖在不同空間位置的后向散射光之間有很高的相干性。當被 測目標的某處光纖受到入侵等擾動時，該位置光的相位發(fā)生變化，基于各個散射光之間極 高的相干性，使得解調(diào)功率曲線中出現(xiàn)明顯的峰值。監(jiān)測系統(tǒng)信噪比高，測量準確可靠。
[0023] 本發(fā)明實現(xiàn)的一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)及其多點入侵信號解調(diào)算法，基于后 向散射光之間的高度相干性和高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)可以測量光纖線路上 所受到的任何擾動，包括低頻的入侵事件，例如一個走動的非正常進入的人；也可以測量高 頻的振動信號，例如管道某位置的斷裂等引起的振動信號。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明的信號解調(diào)流程圖；
[0026] 圖3是在2195m處對光纖加載擾動信號的系統(tǒng)監(jiān)測定位的信號解調(diào)結果圖。其 中，（A)是用傳統(tǒng)信號解調(diào)方法得到的解調(diào)結果；(B)是用本發(fā)明的信號解調(diào)算法得到的解 調(diào)結果；
[0027] 圖4是在1000m、3000m、8250m和10500m處同時對光纖加載多個擾動信號的系統(tǒng) 監(jiān)測結果圖。其中，（A)是用傳統(tǒng)信號解調(diào)方法得到的解調(diào)和定位結果；(B)是用本發(fā)明的 信號解調(diào)算法得到的解調(diào)和定位結果。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。
[0029] 本發(fā)明的實施方式涉及一種分布式邊界安防監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括窄線寬 激光源1，所述窄線寬激光源1的輸出光經(jīng)過聲光脈沖調(diào)制器2調(diào)制為具有一定重復頻率的 脈沖光；所述聲光脈沖調(diào)制器2輸出的脈沖光進入光纖放大器3進行功率放大，經(jīng)第一光纖 環(huán)形器4進入窄帶光纖光柵5進行窄帶濾波，經(jīng)窄帶光纖光柵5濾波后的反射光再經(jīng)所述 第一光纖環(huán)形器4后再經(jīng)第二光纖環(huán)形器7進入單模光纖8 ;所述單模光纖用于探測擾動 信號；所述單模光纖8的后向散射的信號光經(jīng)第二光纖環(huán)形器7進入光電探測器10,所述 光電探測器10的輸出信號被信號放大器11放大和并由低通濾波器12濾波；所述低通濾波 器12的輸出模擬電壓信號由數(shù)據(jù)采集卡13采集并模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由計算機14進行數(shù)據(jù)的處 理，并在入侵出現(xiàn)時發(fā)出實時報警信號。
[0030] 其中，所述的窄帶光纖光柵由熱膨脹系數(shù)為負值的材料封裝，封裝后光纖光柵的 溫度-波長漂移系數(shù)低（僅為封裝前的普通光纖光柵的溫度-波長漂移系數(shù)的十分之一）。 所述窄帶光纖光柵5還設有半導體溫度控制器6,所述半導體溫度控制器6用于控制溫度補 償封裝的窄帶光纖光柵5的溫度，以使得光纖光柵5的反射波長穩(wěn)定。其中，半導體溫度控 制器6的溫度的精度為0. 1°C，這使得窄帶光纖光柵5的濾波波長穩(wěn)定，精度為0. lpm。所 述的同步信號控制器15用于控制數(shù)據(jù)采集卡13和聲光調(diào)制驅(qū)動器16同步工作。
[0031 ] Φ -OTDR系統(tǒng)中的超窄線寬連續(xù)激光通過脈沖調(diào)制器產(chǎn)生周期性短脈沖激光，經(jīng) 放大后從光環(huán)形器的一端進入鋪設在待監(jiān)測邊界的傳感光纖。光纖本身所具有的折射率不 均勻性使脈沖激光發(fā)生瑞利散射，其后向瑞利散射光經(jīng)光纖返回到光環(huán)形器，并被置于另 一端的光電探測器接收，檢測到光強P(t)，它包含兩部分能量，記為 Pl(t)和？2(