专利名称：一种降低基于光纤干涉仪区域防入侵系统虚警率的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种降低基于光纤干涉仪区域防入侵系统虚警率的系统，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。

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、灵敏度高的降低基于光纤干涉仪区 域防入侵系统虚警率的系统。 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。[0012] 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。 本实用新型的构成如图12所示，按照保护区域大小和对入侵报警位置信息精度 要求不同，由光纤干涉仪在保护区域19的边界布设一个或多个防区，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；光 源15经过传输光路I 16接光路适配器17，由光路适配器17分束后分成多路，分别对应于 多个防区；各防区之间的传感光路20由光路适配器串联，最后一防区的传感光路20由传输 光路II 18接回光路适配器17 ;在每一个防区内布设由光纤干涉仪构成的传感光路20且 在纵深上间隔开的平行于边界的多道防线；检测每个防区光纤干涉仪两传感臂内传输的光 信号相位差值，对保护区域边界可疑扰动事件特征进行判别，信号特征符合入侵行为特征 模式时系统判定振动信号的位置并产生报警。 按照保护区域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，在每个防区内都按照上述的光路设置方式进行 光纤干涉仪2的布设，当光纤干涉仪2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。
其中 光源15，给干涉仪光路提供一个平稳功率的光载波信号； 传输光路I 16、传输光路I1 18，完成光信号的传输； 光路适配器17，完成光信号的分束和耦合； 传感光路20，即光纤干涉仪，完成振动信号的拾取和发送。 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；以防区I为例，分束后的光经过传输光路II 18 后根据防区I内防线数量的多少再次进行分束，然后进入防区I内每道防线，防区I内传感 光路设计为光纤干涉仪，光信号经过防区I内光纤干涉仪后传回，即防区I内的信号光在随 后的防区II、 III以至防区n都是传输，而不是再次进入光纤干涉仪，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，然后经过传输光路I 16传输到探测器阵列21，经 过探测器阵列21转换为电信号后传输到信号处理器22进行处理，根据处理结果决定是否 发送信号至报警单元23产生报警。 光纤干涉仪2的构成是在保护区域的外围设置多个防区，每个防区设置一个以 上的光纤干涉仪2，防区之间的光纤干涉仪2由光路适配器串联或并联，首端的光纤干涉仪 接自光路适配器17，末端的光纤干涉仪再接回光路适配器17。 其中的光纤干涉仪2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2的具体结构是 每个防区内的每个光纤干涉仪的结构在每个防区内，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2 ;多道光 纤干涉仪2布设时可以将一道光纤干涉仪2设置在传输母缆1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2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，如边界为栅栏，则沿 着栅栏的横带板布设并固定；如边界为铁丝网，则固定在铁丝网上，在铁丝网两侧则埋设在 铁丝网下方地面下；如边界由围墙组成时，在围墙的内外两侧和围墙墙体上，分别设置一道 或多道光纤干涉仪，其中围墙内外光路埋设在地面下或者直接裸露在地面上，墙体上的光 纤干涉仪是在墙体刻槽埋设在墙体内，或在建筑墙时埋设在墙体内，或采用线卡钉直接钉 在墙体表面，或采用捆扎的方式将光纤干涉仪捆扎在铁丝网上，或混合采用上述几种固定 结构。 为降低区域出入口正常出入导致的系统虚警，本区域防入侵系统采用对区域出入 口单独配置防区，并给正常出入的授权人员配备遥控器(见图io)，或在出入口配备密码开 关(见图ll)，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干涉仪ll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接遥控信号接收装置7，再配以遥控器6 ;密码开关是在大门的 每扇门边上围光纤干涉仪后由光缆接区域防入侵系统8，再由区域防入侵系统8经信号线 接密码输入键盘13。对于前者，在区域防入侵主机设备上连接遥控信号接收装置7，接收到遥控器信号后关闭或打开出入口防区的报警功能；对于后者，在出入口安装密码输入键盘 13，并用信号线连接到区域防入侵系统8，输入密码可暂时解除出入口防区的报警功能，授 权人员通过后恢复放入侵系统的报警功能。 该系统抗环境干扰能力强，具有明显的性能优势和广泛的应用前景。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的结构，该结构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。 从上述系统的技术方案和工作原理可以看出，本实用新型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，有效降低了非入侵
事件导致的系统虚警，同时采用的光纤干涉技术具有灵敏度高、不受温度、天气等因素影
响，抗环境干扰能力强的优点，具有广泛的应用前景。


5-7-9-11 13 15 17 19 21 23
1子缆全段敏感示意图 2 —道光纤干涉仪设置在母缆示意图 3在子缆内传输一定距离后开始设置光纤干涉仪示意图 4并排布设方式示意图 5双绞线布设方式示意图 6渔网状网眼布设方式示意图 7并行布设方式示意图 8S型线光纤干涉仪布设方式示意图 9螺旋线光纤干涉仪布设方式示意图 10遥控开关区域出入口防区示意图 11密码开关区域出入口防区示意图 12区域防入侵系统原理框图 中l-母缆 2-光纤干涉仪
3_传输光纤 4-光纤干涉仪的传感臂I 光纤干涉仪的传感臂II 6-遥控器
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
信号线 -光纤传感器 -密码输入键盘 -光源
-光路适配器 -保护区域 -探测器阵列 -报警单元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，如图12所示保护的区域，设置五个防区、三道防线，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，安装方式取为直线型；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1118再次进入光路适配器17，然后再经传输光路I 16传输到主机设备进行处 理，当探测到的信号特征具备有入侵事件特征时产生报警。
其中 光路适配器17选1 X 5分束器； 光源15选DFB激光器。 为降低区域出入口正常出入导致的系统虚警，本例采用一种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遥控器(见图10)的方法，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；其构成是在大门的每扇门边上围光纤干涉仪 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接遥控信号接收装 置7，再配以遥控器6 ;在区域防入侵主机设备上连接遥控信号接收装置7，接收到遥控器信 号后关闭或打开出入口防区的报警功能。 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。 本例经多次试验，通过在保护区域的边界上布设的振动敏感光纤干涉仪能够实现 对边界任何扰动行为的探测，加上在时间和空间上综合判断所拾取的扰动行为是否具有入 侵特征，极大程度上降低了偶发事件导致的系统虚警率，如果具有入侵特征则系统产生报 警，同时给出入侵事件发生的防区位置信息，如果和其它设备联动时提供驱动信号，完成对 其它设备的信号传输。
权利要求一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统，其特征是按照保护区域大小和对入侵报警位置信息精度要求不同，由光纤干涉仪(2)在保护区域(19)的边界布设一个或多个防区，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；光源(15)经过传输光路I(16)接光路适配器(17)，由光路适配器(17)分束后分成多路，分别对应于多个防区；各防区之间的传感光路(20)由光路适配器串联，最后一防区的传感光路(20)由传输光路II(18)接回光路适配器(17)；在每一个防区内布设由光纤干涉仪构成的传感光路(20)且在纵深上间隔开的平行于边界的多道防线。
2. 根据权利要求1所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述光纤干涉仪(2)的结构是在每个防区内，多道干涉仪光路布设时传感子缆是 全段敏感的结构，从母缆(1)中分出光纤干涉仪(2)，而后进入母缆(1)由传输光纤(3)传 回；或是在传输子缆内经过一定距离传输后再开始设置干涉仪(2);多道光纤干涉仪(2) 布设时可以将一道光纤干涉仪(2)设置在传输母缆(1)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；或是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。
3. 根据权利要求1或2所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系 统，其特征是所述光纤干涉仪(2)的光纤干涉仪传感臂I (4)、光纤干涉仪传感臂II (5)设置 在一根光缆内的相同或者不同的束管内；或将干涉仪两臂设置在不同的光缆内。
4. 根据权利要求3所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述光纤干涉仪(2)的两臂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。
5. 根据权利要求4所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述光纤干涉仪(2)两臂的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。
6. 根据权利要求1所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述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(2);多道 光纤干涉仪(2)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。
7. 根据权利要求6所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述边界为栅栏，多道防线的结构是沿着栅栏的横带板布设并固定。
8. 根据权利要求6所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述边界为铁丝网，多道防线的结构是固定在铁丝网上，在铁丝网两侧则埋设在 铁丝网下方地面下。
9. 根据权利要求6所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系统， 其特征是所述边界为围墙组成，多道防线的结构是在围墙的内外两侧和围墙墙体上，分别 设置一道或多道光纤干涉仪(2)，其中围墙内外光纤干涉仪(2)埋设在地面下或者直接裸 露在地面上，墙体上的光纤干涉仪(2)是在墙体刻槽埋设在墙体内，或在建筑墙时埋设在 墙体内，或采用线卡钉直接钉在墙体表面，或采用捆扎的方式将光纤干涉仪(2)捆扎在铁丝网上，或混合采用上述几种固定结构。
10. 根据权利要求1所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系 统，其特征是对区域出入口单独配置防区，该防区是在大门的每扇门边上设置光纤传感器 (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)接遥控信 号接收装置(7)，再配以遥控器(6)。
11. 根据权利要求1所述的一种降低基于光纤干涉仪的区域防入侵系统虚警率的系 统，其特征是对区域出入口单独配置防区，在出入口配备密码开关；该防区是在大门的每扇 门边上围光纤传感器(11)后由光缆接区域防入侵系统(8)，再由区域防入侵系统(8)经信 号线接密码输入键盘(13);在出入口安装的密码输入键盘(13)。
专利摘要本实用新型是一种降低基于光纤干涉仪区域防入侵系统虚警率的系统，涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。它由光纤干涉仪在保护区域(19)的边界布设一个或多个防区，并对保护区域形成至少一个完整的包围；光源模块(15)经过传输光路I(16)接光路适配器(17)，由光路适配器(17)分束后分成多路，分别对应于多个防区；各防区之间的传感光路(20)由光路适配器串联，最后一防区的传感光路(20)由传输光路II(18)接回光路适配器(17)；在每一个防区内布设传感光路(20)且在纵深上间隔开的平行于边界的多道防线。
文档编号G01D5/26GK201498076SQ20092015670
公开日2010年6月2日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者于永泉, 关冀平, 厉宇, 张金权, 曾科宏, 李 东, 李金祥, 杨依光, 焦书浩, 王小军, 王飞, 郭戈 申请人:中国石油天然气管道局