[發明專利]一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統及實現方法

在審

• 申請號: 202210239148.5
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114593812A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 范鑫燁;楊立山;房文敬;牛慧娟;張霞;孫偉斌
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G08B13/186
• 代理公司: 深圳叁眾知識產權代理事務所(普通合伙) 44434
• 代理人: 董紅娟

一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統及實現方法，涉及電子信息科學與技術領域，特別是屬于一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統及實現方法。包括監控室內的激光源、光纖探測器、數據采集單元、信號處理單元、顯示單元以及防區的干涉儀以及鋪設在防區待測物體處的光纖，激光源通過光纖與干涉儀連接，干涉儀一方面通過光纖與防區的待測物體連接，干涉儀另一方便又通過光纖與光電探測器連接，所述的光電探測器通過信號線連接數據采集單元、信號處理單元后，通過信號線與顯示單元相連接。本發明的應用，能夠有效提高防區監控系統的探測靈敏度。

技術領域

本發明涉及電子信息科學與技術領域，特別是屬于一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統及實現方法。

背景技術

光纖傳感技術以光纖作為傳感媒介，具有抗電磁干擾能力強、安全、鋪設方便、隱蔽性好以及可以在惡劣情況下使用的優點，已被廣泛應用于工業、市政交通、航空航天以及軍事等諸多領域。其中，分布式光纖傳感因其定位精確、靈敏度高、實時性強、傳感距離長等特點，在周界安防、能源輸送管道等應用中能夠有效檢測防區的非法入侵。通過探測傳感光纖周圍因第三方入侵所產生的振動信號，來精確定位入侵事件，同時產生報警信號，防患于未然。然而，現有的傳感系統感知入侵信號不靈敏，亟需進一步的改進和提升。

發明內容

本發明的目的即在于提供一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統及實現方法，以達到能夠有效提高防區監控系統的探測靈敏度的目的。

本發明所提供的一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統，其特征在于，包括監控室內的激光源、光纖探測器、數據采集單元、信號處理單元、顯示單元以及防區的干涉儀以及鋪設在防區待測物體處的光纖，激光源通過光纖與干涉儀連接，干涉儀一方面通過光纖與防區的待測物體連接，干涉儀另一方便又通過光纖與光電探測器連接，所述的光電探測器通過信號線連接數據采集單元、信號處理單元后，通過信號線與顯示單元相連接。

進一步的，數據采集單元對光電探測器的電信號進行采集；信號處理單元對采集的電信號進行跨阻放大，跨阻放大的信號經低通濾波器輸出后進行差分放大，差分放大后的信號進行模數轉換，與系統預設的振動位置參數進行匹配并確認待測物體的振動位置；顯示單元用于將防區待測物體發生振動的位置的直觀顯示。

進一步的，所述的數據采集單元、信號處理單元為基于STM32單片機的信號高速采集和處理模塊；所述的顯示單元為監控室內的主機。

進一步的，激光源由激光器及激光器的驅動單元構成，為光纖提供初始光信號，所述的光纖采用單模光纖。

進一步的，光電探測器選用工作波長為1000-1650nm的PIN型光電探測器；選用2×2單模光纖耦合器構成的干涉儀。

本發明所提供的一種基于分布式光纖振動傳感的監控系統的實現方法，其特征在于，包括以下過程：

激光源為光纖提供光源，光通過光纖傳輸至干涉儀中，當有聲音或者物體振動產生的壓力值施加于光纖時，光纖感受到振動信號后，光纖內部傳輸的光的相位發生變化，通過干涉測量將相位的變化轉換為光強的變化，干涉后的光信號進入光電探測器，完成光電轉換并輸出光電流，通過前置放大電路進行放大，并轉換成與進入光功率成正比的電信號輸出，輸出的電信號由數據采集單元采集，經信號處理單元對采集的電信號進行跨阻放大，跨阻放大的信號經低通濾波器輸出后進行差分放大，差分放大后的信號進行模數轉換，與系統預設的振動位置參數進行匹配并確認待測物體的振動位置，將振動的位置顯示在主機的屏幕上。

進一步的，光電探測器輸出電流的變化取決于干涉儀的兩相干光束的初始相位和相位變化。