专利名称：基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统，涉
及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。
背景技术：
区域的安全防范一直以来都是一个重要的问题，诸如军事基地、机场、军械库、油
库、油气管道场站和住宅小区等，对这些区域的有效防护至关重要。
目前主要的区域入侵防范技术有基于电的和基于光的两大类； 基于电的技术主要有高压电网技术、泄漏电缆技术等。在某些重要区域边界上设 置了高压电网，能在一定程度上对入侵者形成威慑，但高压电网存在安全性差、不具备联动 报警功能；使用辐射电磁场的泄漏电缆进行入侵探测时，容易受到雷电等强电磁环境干扰 而增加系统误报。 基于光的技术主要有红外线对射报警技术、摄像头监视技术、光纤成像入侵探测 技术和光纤传感的入侵探测技术等。其中红外对射报警技术中红外激光束难以准确对准受 光器的微小靶心，尤其在雨天和雾霾天气时，会因雨水、雾霾的折射使激光束传播方向产生 偏差，晴朗天气时如有落叶、小动物等障碍物阻挡对射途径时就会引发系统报警，而且因不 具备一定的隐蔽性使得入侵者极易绕开对射路径，造成报警器失效；对布设方式的要求也 较高， 一般仅适用于短距离的平坦区域。 摄像头监视技术是目前采用的较多的一种入侵监测模式，摄像头监视由于具有较
窄的视野特别是在摄像头侧后面的盲区常常被攀越，而且摄像头监视也常常受到天气的影
响而失效。光纤成像入侵探测技术是基于光波在多模光纤中由于不同传输模式之间的干涉
形成散斑，散斑图像随外界扰动发生变化，该方式容易受到环境影响形成误报。 光纤传感的入侵探测技术有测量光纤的微弯损耗的，该方法灵敏度低，不适合于
动态事件的检测。 光纤传感的入侵探测技术中也有一部分是基于干涉检测原理的，如，中国石油天 然气集团公司和中国石油天然气管道局的"光纤安全预警装置"(ZL200620124262.X)实用 新型专利。目前的干涉技术方案均为单一干涉仪和单一防线，这些方案同样容易受到环境 影响，把环境导致的一些假入侵信号误认为入侵而产生虚警，特别是防入侵系统的出入口， 就会产生很大的虚警率。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种受环境影响小、虚警率低的基于光纤干涉仪区域防 入侵系统降低出入口虚警率的系统。 鉴于上述几类安防技术存在的虚警率高、易受环境因素影响等问题，基于光纤干
涉技术的区域防入侵系统结合扰动事件的时间、空间特征有针对性的进行了克服。 提高光纤振动传感灵敏度的区域防入侵系统的改进是通过增加干涉仪两传感臂的空间距离提高干涉仪对振动信号的感应灵敏度。 区域防入侵系统通过将保护区域边界细分为多个防区实现了入侵事件的准确定 位，同时在保护区域边界设置多道防线，根据不同纵深防线探测到的信号情况，能够准确区 分入侵事件和随机扰动事件，有效降低非入侵事件导致的系统虚警。 区域防入侵系统结构上可分为主机设备、传输光路、光路适配器和干涉仪光路。当 干涉仪光路探测到有扰动信号出现时，触发系统进入警戒状态，如果继续有扰动信号出现 并且其特征符合入侵行为特征模式，系统产生报警。 基于光纤干涉仪的区域防入侵系统光纤干涉仪的构成如图11所示，按常规的办 法，在保护区域的外围设置多个防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围，多个防区经 过串联或者并联同样构成对保护区域的一个完整包围；在每一个防区内，都有平行于边界 的防线，该防线在纵深上有间隔隔开，防线由一路光纤干涉仪组成；本实用新型是在出入口 再单独配置防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围；在防区内，有平行于边界或围于 出入口门上的防线，平行于边界防线在纵深上有间隔隔开，防线由一路光纤干涉仪组成；接 光源�？�(15)的传输光路I(16)接首端的光路适配器(17)，光路适配器(17)分束后分成 n路，分别对应于n个防区及出入口防区防线的光纤干涉仪传感臂I (4)、光纤干涉仪的传感 臂11(5);各防线围绕保护区域一周后经过传输光路I1(18)再次进入适配器(17)，经过传 输光路I(16)后转换为电信号进行处理。 系统的光源�？�15发出的光经过传输光路I 16到达光路适配器17，经过光路适 配器17分束后分成n路，分别对应于n个防区；各防区内防线光路为光纤干涉仪，光信号经 过各防区内光纤干涉仪后传回，前面防区内形成的信号光在经过后续的防区时仅为传输， 围绕保护区域一周后经过传输光路II 18再次进入适配器17，经过传输光路I 16后转换为 电信号进行处理。 本实用新型为降低区域出入口正常出入导致的系统虚警而对区域出入口单独配 置的防区，是给正常出入的授权人员配备�？仄�(见图io)，方便授权人员出入保护区域时 暂时关闭出入口防区的入侵报警功能；配备遥控开关是在大门的每扇门边上围光纤传感器 11后由光缆10接区域防入侵系统8，再由区域防入侵系统8经信号线9接�？匦藕沤邮兆� 置7，再配以�？仄�6。 其中的光纤干涉仪为迈克尔逊干涉仪或者马赫曾德干涉仪或者迈克尔逊干涉仪
和马赫曾德干涉仪的混合使用方式或塞格纳克干涉仪。 光纤干涉仪的具体结构是 出入口单独配置的防区内的每个光纤干涉仪的结构一道或多道干涉仪光路布设 时传感子缆可以是全段敏感的结构(见图l)，从母缆1中分出光纤干涉仪2，而后进入母缆 1由传输光纤3传回；也可以是在传输子缆内经过一定距离传输后再开始设置干涉仪；多道 光纤干涉仪布设时可以将一道光纤干涉仪设置在传输母缆内，从母缆1中分出光纤干涉仪 2，而后进入母缆1经传输光纤3传回(见图2);也可以每道防线均对应于一根传感子缆； 从母缆1中分出光纤干涉仪2设置，而后进入母缆1经传输光纤3传回。 每个光纤干涉仪的结构是光纤干涉仪的传感臂I 4、光纤干涉仪的传感臂II 5设 置在一根光缆内的相同或者不同的束管内；或将光纤干涉仪的传感臂I 4、光纤干涉仪的 传感臂II 5设置在不同的光缆内；这两根传感臂分别所在的光缆在空间上为相邻或者交叉或者分隔开；相邻是并排形式(见图4)或者双绞线形式(见图5);交叉是两根光缆交织 构成渔网状的结构形式(见图6);分隔开是指两根光缆并行安装，两根光缆之间存在有间 隔的安装方式(见图7)。
每个光纤干涉仪的光路结构是直线型或弧线型安装，或者是S型曲线安装，或者
螺旋线型曲线安装，或者上述的几种情况的混和形式。
其中 直线型和弧线型安装是指光纤干涉仪根据区域边界特征设置成直线或者弧线； S型曲线(见图8)是指光纤干涉仪按照绕S型曲线的形式安装； 螺旋线型曲线(见图9)是指光纤干涉仪沿着螺旋线型曲线安装的一种方式，该螺 旋线是平面曲线或者空间立体曲线； 其中S型和螺旋线型曲线安装受振动影响的传感臂长度更长，产生的相位差也更 大，因此也具有更高的振动探测灵敏度； 多道防线的结构是在边界纵深方向上，分别设置多道光纤干涉仪；多道光纤干 涉仪分别设置在边界的两侧和边界上；在边界的内侧设置在地面下或者直接裸露在地面 上，在边界的外侧设置在地面下；在边界上视边界的类型和特征而定，对于出入口而言，无 非是电动折叠门和常规的一扇或两扇转门；对电动折叠门，光纤干涉仪安装在折叠门的整 体外边缘上，当然安装在门上下两边的光纤干涉仪也能随之一同折叠；对常规的一扇或两 扇转门，光纤干涉仪安装在转门的四边框即可。 按照出入口单独配置防区的大小和对入侵报警位置信息精度要求不同，区域防入 侵系统将需保护的区域边界细分为最少一个或多个防区，在该防区内都按照上述的光路设 置方式进行光纤干涉仪的设置，当光纤干涉仪探测到疑似入侵信号时系统产生警戒状态， 并在时间上设定一定长度的警戒状态延续时间，在警戒时间内出现综合特征符合入侵行为 特征时产生报警。这种结合时间和空间的综合判断能够有效判断出对保护区域的入侵行 为，降低系统虚警率，此外对保护区域的边界进行细分可以准确得出入侵发生区域的地理 位置，易于实现和其他系统的联动。 出入口单独配置的区域防入侵系统基于对振动的传感实现入侵事件探测，由于地
质情况复杂多变，不同地质对振动的吸收衰减差异很大，为了增加系统对不同地质条件的
适应性，本实用新型提出了一种不同空间距离间隔布设光纤干涉仪两个传感臂及对出入口
单独设置防区的系统，该系统会形成不同的振动信号探测灵敏度，光纤干涉仪两臂空间间
隔越大，所形成的振动信号探测灵敏度越高；并防止了防区出入口误报问题。 从上述系统的技术方案和工作原理可以看出，本实用新型提出的一种基于光纤干
涉技术的出入口单独配置区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统，不但能实现入侵事件
的准确定位，也因在出入口保护区域边界设置多道防线，根据不同纵深防线探测到的信号
情况，能够准确区分入侵事件和随机扰动事件，有效降低非入侵事件导致的系统虚警；同时
采用了降低出入口虚警率的系统，使整个系统具有灵敏度高、不受温度、天气等因素影响，
抗环境干扰能力强，虚警率低的优点，具有广泛的应用前景。
图1子缆全段敏感示意图[0032]
图2 —道光纤干涉仪设置在母缆示意图 图3在子缆内传输一定距离后开始设置光纤干涉仪示意图 图4并排布设方式示意图 图5双绞线布设方式示意图 图6渔网状网眼布设方式示意图 图7并行布设方式示意图 图8S型线光纤干涉仪布设方式示意图 图9螺旋线光纤干涉仪布设方式示意图 图10�？乜厍虺鋈肟诜狼疽馔� 图11区域防入侵系统原理框图 其中1-母缆
3_传输光纤
5-光纤干涉仪的传感臂11 7-遥控信号接收装置
9-信号线 11-光纤传感器 13-密码输入键盘 15-光源�？� 17-光路适配器 19-保护区域 21-探测器阵列 23-报警单元
2_光纤干涉仪 4-光纤干涉仪的传感臂I 6-�？仄� 8-区域防入侵系统 10-光缆 12-围墙
14- 密码键盘信号线 16-传输光路I
15- 传输光路II 20-传感光路 22-信号处理器
具体实施方式结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明，但不应以此限制本实用新型的 保护范围。 实施例.本例的总体系统的构成如图11所示，包括主机设备、传输光路、光路适 配器和传感光路。主机设备部分包括光源�？�15、探测器阵列21、信号处理器22、报警单 元23。传感光路为光纤干涉仪。 光源模块15由传输光路I 16连接光路适配器17，光路适配器17输出由传输光路
II 18连接传感光路的各个防区，传感光路围绕保护区域一周后再次经过传输光路n 18
接回到光路适配器17，光路适配器17由传输光路I 16接探测器阵列21光输入端，探测器
阵列21输出端接信号处理器22输入端，信号处理器22输出接报警单元23。 首先根据要保护的区域特征和用户要求进行防区数量、防线数量设计，保护的区
域，设置5个防区、二道防线，在每一个防区内，都有平行于边界的两道防线，这两道防线在
纵深上间隔开，每道防线由一路马赫曾德干涉仪组成，光缆采用普通通信光缆，安装方式为
在同一根光缆内设置传感臂和参考臂，布设方式取为直线型；系统光源�？�15发出的光经
过传输光路I 16到达光路适配器17，经过光路适配器17形成不同的分束后分别传给不
同的防区、防线，防区内防线光路设计为干涉型光路，每路光信号都仅仅进入一次干涉仪光路，干涉仪光路外的部分均为传输，光信号围绕保护区域一周后，最后经过传输光路II 18
再次进入光路适配器17，然后再经传输光路I 16传输到探测器阵列21，转换为电信号后传
输到信号处理器22进行处理，当探测到的信号特征具备有入侵事件特征时报警单元23产
生报警。
其中 光路适配器17选1 Xn分束器； 光源15选DFB激光器； 光电探测器阵列21选0PC380 ; 信号处理器22选TMS320C6713 ; 报警单元23选YBT59-225扬声器。 而降低区域出入口正常出入导致的系统虚警率是对区域出入口单独配置防区，并 给正常出入的授权人员配备�？仄�(见图10)的系统，授权人员出入保护区域时暂时关闭 出入口防区的入侵报警功能；该防区的构成是在大门的每扇门边上围光纤传感器11后由 光缆10接区域防入侵系统8，由区域防入侵系统8经信号线9接�？匦藕沤邮兆爸�7，再配 以遥控器6 ;在区域防入侵主机设备上连接�？匦藕沤邮兆爸�7，接收到�？仄餍藕藕蠊乇� 或打开出入口防区的报警功能。 本例经多次试验，在传感光路区域内，若存在入侵扰动时，会引起两传感臂之间的 相位差发生变化，进而形成干涉信号，通过信号处理器对干涉信号进行分析，对保护区域边 界可疑扰动事件特征进行判别，如果信号特征符合入侵行为特征模式时系统产生报警，如 果信号特征和入侵行为特征模式不相符时，系统不予报警，以此系统不仅实现对区域入侵 事件的探测而且有效降低了虚警率。在区域出入口人员的正常出入则因单独设置了防区并 有出入许可，就不会产生虚警，排除了产生虚警的可能，大大降低了系统的虚警率。
权利要求一种基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统，包括在保护区域的外围设置多个防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围，多个防区经过串联或者并联同样构成对保护区域的一个完整包围；在每一个防区内，都有平行于边界的防线，该防线在纵深上有间隔隔开，防线由一路光纤干涉仪组成；其特征是在出入口再单独配置防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围；在防区内，有平行于边界或围于出入口门上的防线，平行于边界防线在纵深上有间隔隔开，防线由一路光纤干涉仪组成；接光源�？�(15)的传输光路I(16)接首端的光路适配器(17)，光路适配器(17)分束后分成n路，分别对应于n个防区及出入口防区防线的光纤干涉仪传感臂I(4)、光纤干涉仪的传感臂II(5)；各防线围绕保护区域一周后经过传输光路II(18)再次进入适配器(17)，经过传输光路I(16)后转换为电信号进行处理；光源�？�(15)发出的光经过传输光路I(16)到达光路适配器(17)，经过光路适配器(17)分束后分成n路，分别对应于n个防区的光纤干涉仪，光信号经过各防区内光纤干涉仪后传回，前面防区内形成的信号光在经过后续的防区时仅为传输，围绕保护区域一周后经过传输光路II(18)再次进入适配器(17)，经过传输光路I(16)后转换为电信号进行处理。
2. 根据权利要求1所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统， 其特征是所述光纤干涉仪为迈克尔逊干涉仪或者马赫曾德干涉仪或者迈克尔逊干涉仪和 马赫曾德干涉仪的混合使用方式或塞格纳克干涉仪。
3. 根据权利要求1或2所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系 统，其特征是所述光纤干涉仪的传感臂1(4)、光纤干涉仪的传感臂11(5)设置在一根光缆 内的相同或者不同的束管内；或将干涉仪两臂设置在不同的光缆内；这两根光缆在空间上 为相邻或者交叉或者有一定程度的分离；相邻是并排形式或者双绞线形式；交叉是两根光 缆交织构成渔网状的网眼的结构形式；有一定程度分离是指两根光缆并行设置，两根光缆 之间存在有一个距离间隔的设置。
4. 根据权利要求3所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统， 其特征是所述光纤干涉仪光路是直线型或弧线型布设或者是S型曲线布设或者螺旋线型 曲线布设或者几种的混和形式。
5. 根据权利要求1所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统， 其特征是所述出入口防区设置的多道防线的结构是在边界纵深方向上，分别设置一道或 多道光纤干涉仪；多道光纤干涉仪分别设置在边界的两侧和边界上；所述边界为电动折叠 门，光纤干涉仪安装在折叠门的整体外边缘上，安装在门上下两边的光纤干涉仪也能随之 一同折叠；所述边界为常规的一扇或两扇转门，光纤干涉仪安装在转门的四边框。
6. 根据权利要求5所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统， 其特征是在出入口防区多道光纤干涉仪布设时传感子缆是全段敏感的结构，从母缆(1)中 分出光纤干涉仪(2)设置，而后进入母缆(1)经传输光纤(3)传回；或是在传感子缆内经过 一定距离传输后再开始设置光纤干涉仪；多道光纤干涉仪布设时可以将一道光纤干涉仪设 置在传输母缆内，从母缆(1)中分出光纤干涉仪(2)，而后进入母缆(1)经传输光纤(3)传 回；或每道防线均对应于一根传感子缆，从母缆(1)中分出光纤干涉仪(2)，而后进入母缆 (1)经传输光纤(3)传回。
7. 根据权利要求1所述的基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统，其特征是所述出入口单独配置的防区是在出入口大门的每扇门边上布设光纤传感器(11) 后由光缆(10)接区域防入侵系统(8)，再由区域防入侵系统(8)经信号线(9)接�？匦藕� 接收装置(7)，再配以�？仄�(6);在区域防入侵主机设备上连接遥控信号接收装置(7)。
专利摘要本实用新型是一种基于光纤干涉仪区域防入侵系统降低出入口虚警率的系统。它是在出入口再单独配置防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围；在防区内，有平行于边界或围于出入口门上的防线，平行于边界防线在纵深上有间隔隔开，防线由一路光纤干涉仪组成；接光源�？�(15)的传输光路I(16)接首端的光路适配器(17)，光路适配器(17)分束后分成n路，分别对应于n个防区及出入口防区防线的光纤干涉仪传感臂I(4)、光纤干涉仪的传感臂II(5)；各防线围绕保护区域一周后经过传输光路II(18)再次进入适配器(17)，经过传输光路I(16)后转换为电信号进行处理。
文档编号G01D5/26GK201535937SQ20092015670
公开日2010年7月28日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者刘素杰, 张 浩, 张金权, 方德学, 李楷, 杨文明, 焦书浩, 王小军, 王赢, 王飞, 郭戈, 霍峰 申请人:中国石油天然气管道局
专业数控铣床产品供应商
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