[发明专利]一种噪声自补偿分布式光纤防入侵传感阵列系统及方法

权利要求书

1.一种噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于，包括：

脉冲光源，用于发出脉冲光；

光纤反射传感器阵列，用于实时获取入侵导致的光纤振动或变形；

非等臂光纤干涉单元，用于将所述脉冲光源发出的脉冲光分两路具有一定时延差的脉冲光输出到所述光纤反射传感器阵列，以及将经所述光纤反射传感器阵列反射回的两路脉冲光分别再次分为两路形成四路脉冲光输出；输出的四路脉冲光包括无延迟的一路脉冲光，经过一次延迟的两路重叠脉冲光和经过两次延迟的一路脉冲光；经过一次延迟的两路重叠脉冲光形成干涉；

光电探测器，用于将所述非等臂光纤干涉单元输出的两路重叠脉冲光信号、无延迟的一路脉冲光信号和经过两次延迟的一路脉冲光信号分别转化为电信号；

数据采集单元，将所述光电探测器转化的电信号转化为数字信号；

强度参考补偿单元，用于通过对光纤反射传感器阵列某个反射点所形成无延迟的一路脉冲的数字信号与两路重叠干涉脉冲的数字信号进行除法比例运算，补偿光源或系统不稳定所引起噪声抖动偏差；

脉冲差分定位单元，用于对接收到光纤反射传感器阵列中相邻两反射点形成的两个补偿后的信号进行差分运算，一方面消除累加相位噪声，另一方面实现入侵定位；

相位分析单元，用于对不同时间所获得脉冲差分定位单元的差分结果进行相应频谱解析，得到入侵振动信号频谱特征；

振动识别单元，用于将入侵振动频谱特征与各类已知不同入侵行为振动频谱进行相似性对比分析，实现对入侵事件真伪及入侵种类的判断；

无延迟的一路脉冲数字信号为kI₁，两路重叠干涉脉冲数字信号为kI₂cos(φ)；其中，I₁为无延迟的一路脉冲数字信号的强度；k为光源抖动或传感光纤损耗所引起反射光强度起伏噪声因子；I₂为两路重叠干涉脉冲数字信号的强度；cos(φ)为振动因子；

接收到光纤反射传感器阵列中相邻两反射点形成的两个补偿后的信号分别为C*[cos(φ₁)+cos(Δφ)]和C*[cos(φ₂)+cos(φ₁)+cos(Δφ)]，式中，C*cos(φ₁)为第一个反射点处的振动信号，C*cos(φ₂)为第二个反射点处的振动信号，C＝I₂/I₁，cos(Δφ)为累加相位噪声；两信号差分运算消除了累加相位噪声cos(Δφ)，得到第二个反射点处的振动信号C*cos(φ₂)。

2.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：所述非等臂光纤干涉单元包括光纤分束器、光纤合束器以及延迟器；所述光纤分束器的一个输出端与光纤合束器的一个输入端直接相连，所述光纤分束器的另一个输出端经过延迟器与光纤合束器的另一个输入端相连。

3.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：脉冲光源为发光二极管脉冲光源。

4.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：在振动识别单元后端还连接有用于显示分析结果并发出相应告警的显示与预警单元。

5.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：光纤反射传感器阵列为一系列点式分布的F-P谐振反射腔或光纤光栅串构成的高反射率反射阵列，每个F-P谐振反射腔或光纤光栅均具有不同波长。

6.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：对差分结果进行频谱解析的方法包括傅里叶变换、相关性分析或希尔伯特-黄变换。

7.根据权利要求1所述的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统，其特征在于：所述入侵振动信号频谱特征包括频率分布、强度及功率谱密度。

8.一种基于权利要求1-6任一所述噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统的噪声自补偿分布式光纤防入侵传感方法，其特征在于，方法为：

发出一路脉冲监测光信号；

将一路脉冲监测光信号变为具有延时差的两路脉冲光信号；

将两路脉冲光信号输入到光纤反射传感器阵列，并由光纤反射传感器阵列反射输出；

将反射具有延时差的两路脉冲光信号变为四路脉冲光，输出的四路脉冲光包括无延迟的一路脉冲光，经过一次延迟的两路重叠脉冲光和经过两次延迟的一路脉冲光；经过一次延迟的两路重叠脉冲光形成干涉；

通过对无延迟的一路脉冲的数字信号与两路重叠脉冲的数字信号进行除法比例运算，补偿并消除光源或系统不稳定所引起噪声抖动偏差；

对相邻反射点反射的经除法比例运算后的信号进行差分运算，消除累加相位噪声和实现入侵定位；

对差分运算的结果进行相应解析，得到入侵振动频谱特征。