[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

说明书

本发明公开了一种噪声自补偿分布式光纤防入侵传感系统及方法，传感系统包括脉冲光源、光纤反射传感器阵列、非等臂光纤干涉单元、光电探测器、数据采集单元、强度参考补偿单元、脉冲差分定位单元、相位分析单元以及振动识别单元。本发明利用低成本低相干LDE脉冲光源结合双路光纤延时传输结构，采用光纤分布式反射传感阵列，相邻反射点之间的光纤形成干涉传感区域，且同一个反射点所形成的不同脉冲之间既可形成部分干涉用于传感，亦可用于噪声补偿，且不同反射点干涉信号能够通过差分处理形成串扰补偿与入侵振动定位，有效提高信噪比与探测范围，降低光源抖动、传输损耗所引起偏差及累加相位噪声，并实现不同反射点信号间的振动串扰补偿。

技术领域

本发明涉及一种低成本化噪声自补偿分布式光纤防入侵传感阵列技术及系统，用于各类设施与工程结构防破坏、防入侵及周界安防，亦可用于各类结构振动、变形、声波的长期在线监测。可实现各类敏感设施、关键区域、重要结构的周界入侵、振动及破坏实时监测、预警、解析与定位。

背景技术

防入侵及安防系统主要应用于安全防护要求级别高的场所，能够实现实时安全报警，及时发现和识别非法闯入或试图非法侵入安防场所的事件或破坏行为，在提高安防场所的安全防护能力，避免重大经济损失与恶劣社会影响方面具有重要作用。防入侵监测系统种类较多，其中分布式光纤防入侵技术与系统以其分布能力强、抗干扰、抗辐射、耐久耐候性好、无电、易安装等一系列优点，得到快速发展与应用。现有光纤防入侵技术主要分为光纤激光干涉仪、后向瑞利散射分布式振动/声传感、光纤白光干涉仪以及弱光栅阵列技术。对于光纤激光干涉仪、后向瑞利散射分布式振动/声传感以及弱光栅阵列技术，其主要采用高相干激光干涉及相位解调技术，且部分方案需采用环路结构，因而器件参数要求高，系统复杂昂贵，灵敏度相对较低、抗串扰能力差，光纤布设方案繁琐。而光纤白光干涉仪虽然灵敏度相对较高，但由于其信号弱、噪声大，导致可监测范围有限，定位效果差，且解调系统需要复杂相位调谐扫描技术。对于入侵扰动而言，其存在监测区域广、突发性与随机性强，信号复杂，扰动大、噪声高等一系列特点，因而对光纤入侵振动监测性能如信噪比、灵敏度、定位功能及系统成本提出极大挑战，而现有技术系统由于其自身缺陷和不足，在实际应用推广中受到极大限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本化噪声自补偿分布式光纤防入侵传感阵列系统及方法，能够对系统噪声与偏差有效自补偿，同时消除不同反射点间信号间的相互串扰及累加相位噪声，系统灵敏度与信噪比高，传感距离长，稳定性与耐久性好，可长期实时在线监测。

本发明的技术解决方案如下：

一种低成本化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，用于通过对某个反射点所形成无延迟的一路脉冲的数字信号(强度为kI₁，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)与两路重叠干涉脉冲的数字信号(强度为为干涉因子)进行除法比例运算，即可得到以有效消除噪声因子k，补偿光源或系统不稳定所引起噪声抖动偏差，其中I₂/I₁为常数，可简化为C，主要由非等臂光纤干涉单元不同路径间的传输连接损耗决定；