專利名稱：有源探測型光纖光柵電纜隧道安防監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于有源探測型光纖光柵傳感技術(shù)的電纜隧道綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)，屬于安防監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電纜隧道的使用，是滿足中心城區(qū)高負(fù)荷密度和電纜化的供電要求，有效保障電力通道的輸送容量和提高通道資源利用率的重要措施。伴隨著城市電力電纜隧道的飛速發(fā)展，電纜隧道內(nèi)昂貴的設(shè)備和長距離的空間需要更加靈敏，全面和智能的安防系統(tǒng)來保障電纜隧道的安全及防范危險事故的發(fā)生。中國專利CN201110423977.0公開了一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，其可以大規(guī)模組網(wǎng)和精確判斷振動信號的模式和位置，但是無源型光纖光柵的分辨率難以對微弱信號進(jìn)行探測，例如聲音和地震波。中國專利CN101566497A公開一種基于相位檢測和光時域反射的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，作為干涉型傳感系統(tǒng)，其靈敏度高，但是其定位精度差，信號分析復(fù)雜，容易受干擾。中國專利CN101793570A公開一種多波長光纖布拉格光柵激光器作為傳感器的系統(tǒng)，通過拍頻信息對應(yīng)力和溫度等物理量進(jìn)行高精度測量。本專利的發(fā)明思想為，米用多個單一波長的有源光纖光柵傳感器，包括對聲音敏感同時能避免碰撞干擾的水聽器和僅僅探測入侵碰撞的振動傳感器，并可結(jié)合視頻監(jiān)測構(gòu)建一個長距離，全方位，高靈敏度的安防監(jiān)控系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于有源探測型光纖光柵傳感技術(shù)的電纜隧道綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)針對電纜隧道的特殊場合，提供一種靈敏度高，監(jiān)測范圍廣的有源光纖光柵安防監(jiān)控系統(tǒng)，可以同時監(jiān)聽聲音和入侵人物產(chǎn)生的振動，保障電纜隧道和財物的安全。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明由泵浦光源、第一耦合器、水聽器、低頻振動傳感器、光隔離器、第二耦合器、非平衡馬赫澤德干涉儀、波長選擇器、光電探測器、PZT驅(qū)動器、數(shù)字采集器、PGC相位解調(diào)器和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)組成；所述泵浦光源的輸出端通過光纜接第一耦合器的輸入端，所述第一耦合器的相應(yīng)輸出端接光纜，所述光纜上安裝有發(fā)出反射波長各不相同的水聽器和2個以上低頻振動傳感器；所述第一耦合器的另一輸出端接光隔離器的輸入端，所述光隔離器的輸出端接第二耦合器的輸入端，所述第二耦合器的兩路輸出端分別與非平衡馬赫澤德干涉儀的相應(yīng)輸入端雙向連接，所述第二耦合器的另一輸出端接波長選擇器的輸入端，所述波長選擇器的相應(yīng)輸出端分別接各光電探測器的輸入端，所述各光電探測器的輸出端分別與數(shù)字采集器的相應(yīng)輸入端相連接，所述數(shù)字采集器的輸出端接PGC相位解調(diào)器的輸入端，所述PGC相位解調(diào)器的2個輸出端分別接PZT驅(qū)動器和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)的相應(yīng)輸入端；所述各光電探測器的接收波長不同；所述PZT驅(qū)動器的2個輸出端分別接非平衡馬赫澤德干涉儀和數(shù)字采集器的相應(yīng)輸入端 本發(fā)明的積極效果如下:
本發(fā)明不僅具有光纖光柵傳感技術(shù)抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、安全性好，壽命長，易于組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離分布式測量等優(yōu)點，而且擁有干涉式解調(diào)系統(tǒng)的高靈敏度，可同時監(jiān)聽電纜隧道內(nèi)外的聲音和人物入侵所產(chǎn)生的振動，降低了安防系統(tǒng)的誤報率并提高了對報警事件的辨識度；提高了電力系統(tǒng)的運行安全監(jiān)管水平，為輸電系統(tǒng)提供了更為安全有效的
管理模式。將兩種不同靈敏度的水聽器和低頻振動傳感器集于一個系統(tǒng)中，用同一種干涉法即PGC相位解調(diào)器對其信號進(jìn)行處理。在保證安防系統(tǒng)高定位精度，長距離探測范圍的同時，提聞系統(tǒng)的靈敏度。通過將聲音信息錄播給值班人員，可降低環(huán)境干擾，提高對報警事件的辨別度，便于進(jìn)行市場推廣和工程應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I泵浦光源、2耦合器、3水聽器、4振動傳感器、5光隔離器、6耦合器、7光纖延遲線、8法拉第旋轉(zhuǎn)鏡、9波長選擇器、10光電探測器、11 PZT驅(qū)動器、12數(shù)字采集器、13PGC相位解調(diào)器、14設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)、15非平衡馬赫澤德干涉儀。
具體實施例方式實施例1 (參見圖1):
本實施例由泵浦光源1、第一耦合器2、水聽器3、低頻振動傳感器4、光隔離器5、第二耦合器6、非平衡馬赫澤德干涉儀15、波長選擇器9、光電探測器10、PZT驅(qū)動器11、數(shù)字采集器12、PGC相位解調(diào)器13和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)14組成；所述泵浦光源I發(fā)出980nm的泵浦激光，通過探測光纜進(jìn)入第一耦合器2，所述第一耦合器2的相應(yīng)輸出端接安裝有水聽器3和2個以上低頻振動傳感器4的光纜，所述水聽器3和2個以上低頻振動傳感器4波長各不相同，且等距分布；
所述系統(tǒng)中第一耦合器2右端連接探測光纜，其首先連接一個由聲敏材料填充的水聽器3，所述水聽器3主要監(jiān)測中高頻范圍，可實時監(jiān)聽電纜隧道附近的施工狀況和隧道內(nèi)部產(chǎn)生的聲音，水聽器3后連接2個以上不同波長的低頻振動探測器4，水聽器3和各低頻振動探測器4的反射光波長間隔為2nm，按從小到大的順序進(jìn)行排列，便于信號解調(diào)和定位，可探測到水聽器3和各低頻振動探測器4本身產(chǎn)生的振動，進(jìn)而對人物入侵產(chǎn)生報警。所述第一耦合器2的另一輸出端接光隔離器5的輸入端，所述光隔離器5的輸出端接第二耦合器6的輸入端，所述第二耦合器6的2路輸出端分別與非平衡馬赫澤德干涉儀的相應(yīng)輸入端雙向連接，所述第二耦合器6的另一輸出端接波長選擇器9的輸入端，所述波長選擇器9的相應(yīng)輸出端分別接不同波長的各光電探測器10的輸入端，所述各光電探測器10的輸出端分別與數(shù)字采集器12的相應(yīng)輸入端相連接，所述數(shù)字采集器12的輸出端接PGC相位解調(diào)器13的輸入端，所述PGC相位解調(diào)器13的2個輸出端分別接PZT驅(qū)動器11和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)14的相應(yīng)輸入端；所述各光電探測器10的接收波長不同；所述PZT驅(qū)動器11的2個輸出端分別接非平衡馬赫澤德干涉儀15和數(shù)字采集器12的相應(yīng)輸入端
所述非平衡馬赫澤德干涉儀15由兩段帶有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8不同長度的光纖延遲線7組成。所述系統(tǒng)在安裝有水聽器3和2個以上低頻振動傳感器4的光纜上可選擇性安裝擴(kuò)展設(shè)備，所述擴(kuò)展設(shè)備還包括攝像機(jī)，硬盤錄像機(jī)，所述硬盤錄像機(jī)通過繼電器輸出板與設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)14相連。所述泵浦光源I的型號為DFB-980X ；
所述第一耦合器2和第二耦合器6的型號為LIGHTCOMM WBC ；
所述水聽器3的型號為HYDRAPH0NE-1001 ；
所述低頻振動傳感器4的型號為GDC-4001 ；
所述光隔離器5的型號為LIGHTC0MM，P-O1-1310-A ；
所述波長選擇器9的型號為JYT-CWDM ；
所述光電探測器10的型號為⑶3553Y ；
所述PZT驅(qū)動器11的型號為JZ-3;
所述數(shù)字采集器12的型號為安捷倫34970A ；
所述PGC相位解調(diào)器13的型號0PD4000 ；
所述非平衡馬赫澤德干涉儀15的型號是MZ1-13-1000。本發(fā)明的工作原理:
泵浦光源I發(fā)出980nm的泵浦激光，通過探測光纜進(jìn)入第一耦合器2，所述水聽器3和各個低頻振動探測器4的共同特點為均由兩個匹配的光柵和摻稀有源光纖構(gòu)成一個法布里珀羅諧振腔，而光柵帶寬，諧振腔長度和摻稀有源光纖的輻射譜共同決定了探測器發(fā)出激光的波長。其不同點是水聽器3是將兩個光柵中間的光纖精密纏繞在聲敏材料上，并且通過外部封裝隔絕傳感器本身振動的影響；而低頻振動傳感器4是將構(gòu)成諧振腔的雙光柵和摻稀有源光纖整體粘貼在單自由度懸臂梁上，懸臂梁只對傳感器本身的機(jī)械振動敏感，從而隔絕聲音的影響。為了使后端PGC相位解調(diào)器能夠區(qū)分是水聽器3或是哪個低頻振動傳感器4的信號，故水聽器3和各低頻振動傳感器4的波長應(yīng)該保證是不同的。所以通過事先分布的水聽器3和各個低頻振動傳感器4的位置定位，分布距離可按具體需求來定，一般是等間距的。所述水聽器3和各個低頻振動傳感器4返回的光經(jīng)第一耦合器2進(jìn)入非平衡馬赫澤德干涉儀15，中間經(jīng)過光隔離器5，光隔離器的作用是屏蔽返回光的影響。非平衡馬赫澤德干涉儀15由兩段帶有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8的不同長度的光纖延遲線7構(gòu)成，其中較長的一段光纖延遲線7為干涉臂；較短的一段光纖延遲線7為參考臂，通過PZT驅(qū)動器11給參考臂加載一個已知頻率的正弦信號；非平衡馬赫澤德干涉儀15通過兩束光的干涉將波長信息的變化轉(zhuǎn)化為相位的變化，進(jìn)而大大提高傳感系統(tǒng)的靈敏度。通過非平衡馬赫澤德干涉儀15返回的光先 經(jīng)過波長選擇器9，被分到不同的波長通道，將水聽器3和各個低頻振動傳感器4的位置和波長對應(yīng)起來，即可高精度定位。波長選擇器9后的每一通道均連接一個光電探測器10，數(shù)字采集器12將光強(qiáng)信息送入PGC解調(diào)器13，得到所述水聽器3和各個低頻振動傳感器4的相位值變化和頻率，可還原現(xiàn)場聲音信號和振動強(qiáng)度與頻率，設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)14可結(jié)合水聽器3和各個低頻振動傳感器4的信息進(jìn)行報警判斷，并輸出現(xiàn)場聲音和報警信息，如果結(jié)合視頻監(jiān)控，還可將報警處的視頻畫面顯示出來，達(dá)到振動，聲音，畫面三位一體的全方位安防系統(tǒng)。所述光電探測器10的個數(shù)大于或等于水聽器3和低頻振動傳感器4的個數(shù)之和。數(shù)字采集器12右側(cè)多余的接口可做備用。
權(quán)利要求
1.一種有源探測型光纖光柵電纜隧道安防監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于它由泵浦光源(I)、第一耦合器(2)、水聽器(3)、低頻振動傳感器(4)、光隔離器(5)、第二耦合器(6)、非平衡馬赫澤德干涉儀(15)、波長選擇器(9)、光電探測器(10)、PZT驅(qū)動器(11)、數(shù)字采集器(12)、PGC相位解調(diào)器(13)和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)(14)組成；所述泵浦光源(I)的輸出端通過光纜接第一耦合器(2)的輸入端，所述第一耦合器(2)的相應(yīng)輸出端接光纜，所述光纜上安裝有發(fā)出反射波長各不相同的水聽器(3)和2個以上低頻振動傳感器(4);所述第一耦合器(2)的另一輸出端接光隔離器(5)的輸入端，所述光隔離器(5)的輸出端接第二耦合器(6)的輸入端，所述第二耦合器(6)的兩路輸出端分別與非平衡馬赫澤德干涉儀(15)的相應(yīng)輸入端雙向連接,所述第二I禹合器(6)的另一輸出端接波長選擇器(9)的輸入端，所述波長選擇器(9)的相應(yīng)輸出端分別接各光電探測器(10)的輸入端，所述各光電探測器(10)的輸出端分別與數(shù)字采集器(12)的相應(yīng)輸入端相連接，所述數(shù)字采集器(12)的輸出端接PGC相位解調(diào)器(13)的輸入端，所述PGC相位解調(diào)器(13)的2個輸出端分別接PZT驅(qū)動器(11)和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)(14)的相應(yīng)輸入端；所述各光電探測器(10)的接收波長不同；所述PZT驅(qū)動器(11)的2個輸出端分別接非平衡馬赫澤德干涉儀(15)和數(shù)字采集器(12)的相應(yīng)輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有源探測型光纖光柵電纜隧道安防監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明由泵浦光源、第一耦合器、水聽器、低頻振動傳感器、光隔離器、第二耦合器、非平衡馬赫澤德干涉儀、波長選擇器、光電探測器、PZT驅(qū)動器、數(shù)字采集器、PGC相位解調(diào)器和設(shè)有報警信息管理平臺的計算機(jī)組成。本發(fā)明的優(yōu)點是不僅具有光纖光柵傳感技術(shù)抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、安全性好，壽命長，易于組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離分布式測量等優(yōu)點，而且擁有干涉式解調(diào)系統(tǒng)的高靈敏度，可同時監(jiān)聽電纜隧道內(nèi)外的聲音和人物入侵所產(chǎn)生的振動，降低了安防系統(tǒng)的誤報率并提高了對報警事件的辨識度；提高了電力系統(tǒng)的運行安全監(jiān)管水平，為輸電系統(tǒng)提供了更為安全有效的管理模式。
文檔編號G08B13/00GK103208161SQ20131008691
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者王慧明, 趙立剛, 劉國平, 趙平, 曾軍, 吳仁虎, 邢昆, 徐亞兵, 郭濤, 武彥明 申請人:石家莊供電公司, 河北省電力公司, 國家電網(wǎng)公司