專利名稱：單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實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傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監(jiān)控領域。
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敏感信息的媒質(zhì)，光纖傳感技術(shù)的應用也越來越廣泛。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，其在長距離、大范圍的安全監(jiān)控等方面有很好的應用前景。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，當外界施加在光纖上的物理量諸如應力等發(fā)生變化的時候，光纖中的光的各個參量，如相位、振幅、頻率等將會發(fā)生相應的變化，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非常微弱，需要解調(diào)出這些變化的信息非常困難，因此對系統(tǒng)的接收機要求很高。接收機把接收到的瑞利散射光轉(zhuǎn)換為電信號后再進行處理，最后送入后臺機，判定相應物理量的變化。分布式光纖傳感與定位裝置在安防監(jiān)控領域的應用包括兩方面，定位與傳感，即判定傳感光纜受振動的位置和振動的模式(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位置的判定需要光源發(fā)送脈沖光信號，振動引起背向瑞利散射光強度發(fā)生變化，產(chǎn)生振動脈沖，從而判定振動的位置；而振動模式的判定則需要光源發(fā)送連續(xù)光信號，連續(xù)光信號的背向瑞利散射光攜帶著振動的傳感信息回到系統(tǒng)的接收端，從而進行振動模式的判定。因此為了同時實現(xiàn)振動位置和振動模式的判定，目前此類裝置主要采用兩種方案一種方案是使用兩個光源分別發(fā)送脈沖光信號和連續(xù)光信號，兩個接收機分別接收不同的光信號，在光電轉(zhuǎn)換及處理后得到振動位置和振動模式；另一種方案是使用單個光源發(fā)送脈沖光信號，有振動脈沖被捕捉時，在判定振動位置的同時切換光源輸出連續(xù)光信號，捕捉振動的傳感信息，進行振動模式判定，完成后光源再繼續(xù)發(fā)送脈沖光信號。第一種方案中兩個光源同時工作，使系統(tǒng)成本及維護費用增加，也降低了系統(tǒng)長時間工作的可靠性；第二種方案中單個光源分時工作，切換光源輸出時會有延時，且振動時延很短，必然造成了很大一部分振動的傳感信息丟失，降低了系統(tǒng)對振動模式判定的準確性，容易造成系統(tǒng)誤報。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提出一種成本低、誤報率低的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置。該傳感與定位裝置包括脈沖光源、光電轉(zhuǎn)換及放大電路、位置信號處理電路、傳感信號處理電路、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位置信號處理電路產(chǎn)生位置信號，傳感信號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。所述脈沖光源輸出脈沖光信號的重復頻率至少是傳感信號頻率的兩倍；所述傳感信號處理電路包括同步信號產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號放大電路，其中同步信號產(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，選擇性去噪電路的輸入接進光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸出信號，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號放大電路后產(chǎn)生傳感信號；所述選擇性去噪電路是一個電子開關(guān)。 技術(shù)效果I、與現(xiàn)有雙光源方案相比，省去了一個光源，成本大大降低，維護費用也隨之降低，提高了長時間工作的可靠性。2、與現(xiàn)有單光源分時工作方案相比，光源無需切換，振動信息不會丟失，提高了振動模式判定的準確性，降低了誤報率。

圖I為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為傳感信號處理電路的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為選擇性去噪電路的電路示意圖。圖4為有振動時位置信號處理電路的輸出波形及同步信號波形圖。圖5為有振動時選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號波形圖。圖6為無振動時傳感信號處理電路的輸出波形圖。圖7為有振動時傳感信號處理電路的輸出波形圖。
具體實施方式
下面對本實用新型作進一步說明。在分布式光纖傳感與定位裝置中，在傳感光纜受到振動時，接收端收到振動脈沖，能夠?qū)崿F(xiàn)定位，同時，此振動脈沖中也攜帶有部分振動傳感信號。根據(jù)此原理，本實用新型裝置采用單光源實現(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、位置信號處理電路、傳感信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，其中脈沖光源的輸出通過光纖連接光路，光路通過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位置信號處理電路產(chǎn)生位置信號。所述傳感信號處理電路的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括同步信號產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號放大電路，同步信號產(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，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偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號放大電路后產(chǎn)生傳感信號，此傳感信號即振動傳感信號，下同。根據(jù)奈奎斯特采樣定律為了不失真地恢復模擬信號，采樣頻率應該不小于模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍。因此，把振動脈沖的頻率等效于采樣頻率，振動傳感信號等效于所需還原的模擬信號，當振動脈沖的頻率是捕捉的振動傳感信號頻率的兩倍或兩倍以上時，可以完全還原振動傳感信號，而振動脈沖的頻率取決于光源發(fā)射脈沖光信號的重復頻率。所以在本裝置中，脈沖光源在同步信號的控制下輸出重復頻率至少為振動傳感信號頻率兩倍的脈沖光信號，光信號進入光路并通過傳感光纜進入光路尾端，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)換為電信號并放大，再分別送入位置信號處理電路和傳感信號處理電路，得到位置信號和傳感信號，實現(xiàn)定位和傳感。在傳感信號處理電路中，選擇性去噪電路在同步信號的同步下對光電轉(zhuǎn)換并放大后的信號進行選擇性去噪，提取出振動脈沖信號，信號偏置調(diào)整電路對振動脈沖信號的零基準線進行調(diào)整，再經(jīng)過濾波解調(diào)電路進行解調(diào)，得到傳感信號，最后經(jīng)過信號放大電路放大后輸出。選擇性去噪電路如圖3所示，其是一個受同步信號控制的電子開關(guān)，高電平時，線 路I選通，低電平時，線路2選通，電壓V的大小由光電轉(zhuǎn)換并放大后的信號的最小值確定。在同步信號發(fā)出時，光源發(fā)出脈沖光信號，光電轉(zhuǎn)換及放大電路同時接收到背向散射光，光電轉(zhuǎn)換及放大電路將轉(zhuǎn)換放大后的原始信號送入電子開關(guān)，當同步信號處于高電平時，線路I選通，輸出電壓V信號，當同步信號處于低電平時，線路2選通，輸出原始信號，這樣就濾除了原始信號中的無關(guān)脈沖信號，保留了振動脈沖信號，使后續(xù)傳感信號能夠被解調(diào)出來。有振動時位置信號處理電路的輸出波形及同步信號波形如圖4所示，后臺機可根據(jù)振動脈沖信號與前2個固定脈沖信號的時間差判定振動的位置。所述前2個固定脈沖信號是在光路上衰減較大的位置上形成，此位置固定，可當作參考位置來確定振動脈沖的位置。有振動時選擇性去噪電路的輸出波形及同步信號波形如圖5所示，這里已經(jīng)濾除了振動無關(guān)的脈沖信號，只保留了振動脈沖信號。無振動時傳感信號處理電路的輸出波形如圖6所不,信號波動較小,分布式光纖傳感系統(tǒng)沒有受到振動。有振動時傳感信號處理電路的輸出波形如圖7所示，信號波動明顯，分布式光纖傳感系統(tǒng)受到振動,此波形為振動傳感信號。
權(quán)利要求1.一種單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，包括光電轉(zhuǎn)換及放大電路、位置信號處理電路、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位置信號處理電路產(chǎn)生位置信號，光路通過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處理電路，脈沖光源的輸出連接光路，傳感信號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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述脈沖光源輸出脈沖光信號的重復頻率至少是傳感信號頻率的兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述傳感信號處理電路包括同步信號產(chǎn)生電路、選擇性去噪電路、信號偏置調(diào)整電路、濾波解 調(diào)電路和信號放大電路，其中同步信號產(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，選擇性去噪電路的輸入接進光電轉(zhuǎn)換及放大電路的輸出信號，選擇性去噪電路的輸出依次串接信號偏置調(diào)整電路、濾波解調(diào)電路和信號放大電路后產(chǎn)生傳感信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，其特征在于所述選擇性去噪電路是一個電子開關(guān)。
專利摘要本實用新型公開了一種單光源分布式光纖微振動傳感與定位裝置，屬于光纖傳感及安防監(jiān)控領域。該裝置采用單光源發(fā)射脈沖光信號，包括脈沖光源、光電轉(zhuǎn)換及放大電路、傳感信號處理電路、位置信號處理電路、光路、傳感光纜和光路尾端，傳感信號處理電路給脈沖光源和傳感信號解調(diào)提供同步信號，并使脈沖光源輸出特定頻率的脈沖光信號，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進行位置信號處理和傳感信號處理，同時實現(xiàn)振動定位與傳感。本實用新型可同時實現(xiàn)振動位置判定和低頻振動檢測，成本低、可靠性高、判定準確率高。
文檔編號G01H9/00GK202382847SQ201120550659
公開日2012年8月15日 申請日期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 申請人:東南大學