[发明专利]基于光纤光弹效应的大区域声音监听系统

说明书

技术领域

本发明属于安全监控技术领域，具体涉及一种无源、隐蔽、反侦测、高灵敏度的大区域声音监听系统。可应用于军事、公安、安防、安全生产、灾害防控等领域。

背景技术

长期以来，摄像头作为一种广泛应用的视频监测工具，在军事、公安、安防、安全生产、灾害防控等领域得到了广泛应用，取得了良好的效果。尤其是在最近的“天网”工程建设中发挥了重要作用，为城市的安全保障提供了重要手段。

但是，在以摄像头为代表的图像、视频类监测工具的应用中，也出现了一些不足：背景光线的多变性和光线的可遮挡性使视频技术受到了极大的限制，为了减少观察盲区，不得不增加更多的摄像机；摄像头是一种需要电源供应能量，容易被电磁干扰的电子类器件，同时也可被电磁类反侦测工具探查到。

而与图像、视频能够形成互补关系的是声音信号，声波在媒介中可以绕过障碍物而进行大范围的传播。音频和视频，作为基本的感知手段，具有高度互补性，缺一不可，音频探测技术对视频技术有着天然的辅助作用。而利用先进的光纤传感技术可以实现无源、非电磁、反侦测、反干扰的音频监测设备，能够和现有的视频类设备一起实现大范围的安全监控。

发明内容

针对摄像头类图像、视频监测方法与工具的不足，本发明的目的是提供一种与其互补的基于光纤光弹效应的大区域声音监听系统。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于光纤光弹效应的大区域声音监听系统，由解调终端、传输光缆和全光纤传感终端组成；解调终端位于远离现场的监控中心，全光纤传感终端位于待测区域，传输光缆连接解调终端和全光纤传感终端；所述全光纤传感终端全部由不需要电力供应的光纤无源器件构成，全光纤传感终端内包含传感光纤，具有接收待测区域内声音信号调制的作用，即利用光纤的光弹效应，实现对周围环境中声音信号的采集；所述解调终端，根据全光纤传感终端中对光信号的具体调制类型的不同，而采用不同的解调方法和结构，通常由光源模块、光电转换模块、数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、软件模块等组成，其中，光源模块实现光信号的发射功能，光电转换模块实现光信号的接收并将其转换为电信号的功能，数据采集模块实现电信号的采集并进行模数转换的功能，数据处理模块实现传感信号的解调和对数据的计算、分析、处理等功能，数据显示模块实现人机交互、显示、报警等功能，软件模块实现算法、控制程序、交互界面等功能；所述传输光缆，根据野外铺设的现场情况，可选择相应的通信用光缆组成，具有连接解调终端和多个全光纤传感终端，在两者之间相互传递光信号的作用。

本发明的工作机理是：

首先由解调终端中的光源模块发出初始光信号，经过传输光缆后到达位于待测区域的全光纤传感终端，由全光纤传感终端内包含的传感光纤作为传感声音信号的敏感元件，利用光纤光弹效应，实现声音信号对传感光纤内初始光信号的调制作用。被调制后的光信号再经过传输光缆回传到解调终端，根据被调制的方式进行相应的解调和分析处理。传输光缆可以延伸至数十公里，在传输光缆的沿线可以根据需要布设大量的全光纤传感终端，实现大区域范围内的声音监听。

光弹效应，也称为“弹光效应”，是指介质由于受到外力作用而产生弹性形变，从而引起几何形状和折射率的变化。如图1所示，将传感光纤置于声波环境中，当声源发出的声波在介质中传播时，遇到传感光纤，引起传感光纤微小的弹性形变，包括长度方向上的伸缩，和横截面上的形状变化。由于光弹效应的影响，这一段光纤的折射率将会发生改变，导致光信号通过时，受到了声波信号的调制。当受到调制的光信号回到解调终端后，根据受到调制光信号的不同类型，解调终端采取相应的解调措施，即可实现对声波信号的还原。

本发明中，所述的传感光纤，是为了满足高灵敏度要求而去掉多余保护层的光纤，由纤芯、包层、涂覆层组成，亦包括在不影响其灵敏度的前提下而增加的其他保护结构。

本发明中，所述的声音传播介质，包括空气、水、墙壁等，是指根据传感光纤的布设方式和周围环境，通过这些传播介质，能够将环境中的各种声音信息传递到布设在空气中、放置于水下、或者附着在墙壁上的传感光纤。