一種形變式光纖圍欄系統(tǒng)及其探測(cè)入侵活動(dòng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體是一種形變式光纖圍欄系統(tǒng)及其探測(cè)入侵活動(dòng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在安防系統(tǒng)中，當(dāng)前的光纖圍欄通過探測(cè)光纜振動(dòng)為機(jī)理來探測(cè)入侵活動(dòng)，具有電磁兼容性好、工作距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于機(jī)場(chǎng)、高速公路、高鐵線路、石油及天然氣管道、邊防線、油庫(kù)等場(chǎng)合的應(yīng)用。
[0003]而正是因?yàn)楫?dāng)前的光纖圍欄是通過探測(cè)光纜振動(dòng)來探測(cè)入侵活動(dòng)，使得其具有一些固有的缺點(diǎn):
a)較難消除大風(fēng)和大雨的干擾影響。雖然當(dāng)前的光纖圍欄中采用自適應(yīng)閾值等方法可以一定程度降低誤報(bào)率，但同時(shí)因?yàn)殚撝档奶岣撸彩沟迷诖箫L(fēng)、大雨環(huán)境下漏報(bào)率提高。
[0004]b)較難消除小動(dòng)物的干擾影響。像貓這類大小的動(dòng)物，如果在光纖圍欄上爬行或穿行，很容易產(chǎn)生誤告警。即使是更小的動(dòng)物，像老鼠、蛇，在圍欄上爬行或穿行時(shí)，也容易產(chǎn)生誤告警。即便采用模式識(shí)別的手段，但是由于模式數(shù)量的限制，小動(dòng)物的干擾，對(duì)振動(dòng)類安防系統(tǒng)的影響很難消除。
[0005]c)較難消除背景振動(dòng)的干擾影響。在一些情況下，背景振動(dòng)在光纖圍欄上產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)可能大于入侵活動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，而且這些背景振動(dòng)信號(hào)和入侵活動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)非常相似，即使采用模式識(shí)別的手段，也難以區(qū)分。例如:管道附近的正常施工活動(dòng)，廠區(qū)大門開啟對(duì)圍欄的影響。
[0006]d)對(duì)于帶定位功能的分布式光纖圍欄，定位精度差，誤差值在50~100m。在長(zhǎng)距離圍欄系統(tǒng)中，50~100m的誤差尚可接受，但在廠區(qū)式光纖圍欄中應(yīng)用時(shí)，誤差就會(huì)顯得大了。
[0007]為了克服當(dāng)前振動(dòng)式光纖圍欄的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種新型的光纖圍欄一形變式光纖圍欄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種形變式光纖圍欄系統(tǒng)及其探測(cè)入侵活動(dòng)的方法，通過探測(cè)傳感光纜發(fā)生形變(例如:光纜曲率半徑從0.15m變到0.2m以上或者從0.15m變到0.1m以下)來實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)入侵活動(dòng)，并能夠探測(cè)入侵活動(dòng)發(fā)生的位置。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
一種形變式光纖圍欄系統(tǒng)，包括一個(gè)P-OTDR模塊和一根傳感光纜；P-0TDR模塊由依次相連的一個(gè)光脈沖發(fā)生器、一個(gè)光方向耦合器、一個(gè)檢偏器、一個(gè)光接收機(jī)、一個(gè)控制計(jì)算單元組成；P_0TDR模塊的端口連接到多芯傳感光纜的其中一根光纖，傳感光纜固定于圍欄欄桿上；光脈沖發(fā)生器輸出的光信號(hào)經(jīng)光方向耦合器輸出到傳感光纜的一根光纖中；從傳感光纖中返回的瑞利散射信號(hào)經(jīng)光方向耦合器被輸出到檢偏器中，被檢偏后的信號(hào)被送到光接收機(jī)，經(jīng)光接收機(jī)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后傳輸至控制計(jì)算單元，控制計(jì)算單元將信號(hào)處理得到最終結(jié)果。
[0010]所述光脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的光脈沖信號(hào)為偏振光，時(shí)間寬度為40ns~600ns，周期為0.0lms ~ 1ms ;光脈沖峰值功率大于10mW，小于IW ;光源類型為F-P LD或DFB LD。
[0011]所述光方向耦合器為光環(huán)形器或光分路器。
[0012]所述光接收機(jī)使用APD或PIN光電探測(cè)器。
[0013]P-OTDR模塊可以測(cè)量傳感光纖線路上各點(diǎn)偏振態(tài)的變化。當(dāng)傳感光纖線路上某一點(diǎn)的彎曲狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該點(diǎn)的偏振態(tài)將會(huì)發(fā)生變化。通過比較光纖線路上各點(diǎn)被彎曲前后的后向散射信號(hào)的強(qiáng)度，可以獲得光纖線路上各點(diǎn)彎曲狀態(tài)發(fā)生變化的信息，從而感知光纖圍欄上的入侵活動(dòng)及入侵位置。
[0014]應(yīng)用上述的形變式光纖圍欄系統(tǒng)探測(cè)入侵活動(dòng)的方法，包括如下步驟:
(1)P-OTDR模塊每隔I秒~3秒獲取一組光纖后向散射信號(hào)曲線數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)起來，存儲(chǔ)器中連續(xù)存儲(chǔ)60~180條光纖后向散射曲線數(shù)據(jù)；
(2)P-OTDR每次獲取光纖后向散射信號(hào)曲線數(shù)據(jù)后，分別與6秒、30秒、60秒、90秒、120秒、150秒、180秒前獲取的光纖后向散射信號(hào)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行相減運(yùn)算，得到7組傳感光纖線路各點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)；為方便計(jì)算，以傳感光纖線路起點(diǎn)位置的信號(hào)強(qiáng)度變化值為基準(zhǔn)值，并將X軸坐標(biāo)由傳感光纖光學(xué)長(zhǎng)度坐標(biāo)換算為傳感光纜長(zhǎng)度坐標(biāo)，得到7組曲線數(shù)據(jù)，這7組曲線數(shù)據(jù)分別包含有此時(shí)刻與6秒、30秒、60秒、90秒、120秒、150秒、180秒之前時(shí)刻相比，傳感光纜形狀是否發(fā)生變化的信息及形狀發(fā)生變化的位置信息；
(3)在7組傳感光纖線路各點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)中，計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度變化信號(hào)的絕對(duì)值是否大于給定的閾值；如果是，則判定傳感光纜形變超過設(shè)定的門限，給出入侵告警信號(hào)；否則判定無告警；閾值范圍在0.1dB-1dB ;
(4)如果存在入侵告警，在(3)中獲得的信號(hào)強(qiáng)度變化的絕對(duì)值超過閾值之點(diǎn)，定義為A點(diǎn)；計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度變化曲線在A點(diǎn)的斜率值，從A點(diǎn)開始，向傳感光纖線路起點(diǎn)方向推進(jìn)，逐點(diǎn)計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度變化曲線的斜率值，找到第一個(gè)斜率值變?yōu)榱愕狞c(diǎn)，或者斜率值的符號(hào)與A點(diǎn)斜率值的符號(hào)相反的點(diǎn)，定義為B點(diǎn)；則B點(diǎn)對(duì)應(yīng)傳感光纜形變發(fā)生位置；
(5)將實(shí)際圍欄位置與傳感光纜長(zhǎng)度進(jìn)行映射換算，得出入侵活動(dòng)在圍欄上的對(duì)應(yīng)位置；
(6)根據(jù)給定傳感光纜原始長(zhǎng)度，在7組傳感光纖線路各點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度變化信號(hào)曲線中，標(biāo)定出傳感光纜末?而點(diǎn)，定乂為C點(diǎn)；
(7)從傳感光纖線路起點(diǎn)開始，到C點(diǎn)結(jié)束，逐點(diǎn)計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度變化信號(hào)曲線各點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)值的絕對(duì)值是否大于給定的斷纖閾值；如果是，則判定傳感光纜被破壞，給出傳感光纜被破壞告警信號(hào)，且記下第一個(gè)Y軸坐標(biāo)值的絕對(duì)值大于給定的斷纖閾值的點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)傳感光纜被破壞發(fā)生位置；斷纖閾值范圍在5dB~15dB ；
(8)將實(shí)際圍欄位置與傳感光纜長(zhǎng)度進(jìn)行映射換算，得到傳感光纜被破壞在圍欄上的對(duì)應(yīng)位置。
[0015]采用本發(fā)明方法，如果入侵者直接將光纜破壞，例如:剪斷，從光纖后向散射信號(hào)曲線數(shù)據(jù)中可以計(jì)算出光纜斷點(diǎn)位置，并給出告警。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:與當(dāng)前振動(dòng)式光纖圍欄相比，本發(fā)明提供的形變式光纖圍欄系統(tǒng)具有電磁兼容性好、作用距離長(zhǎng)和全分布式的優(yōu)點(diǎn)以外，對(duì)于大風(fēng)大雨干擾、小動(dòng)物干擾、強(qiáng)背景振動(dòng)干擾，具有更好的抗干擾性能，對(duì)于入侵活動(dòng)位置的定位，在精度上也優(yōu)于當(dāng)前的振動(dòng)式光纖圍欄。
【附圖說明】
[0017]圖1為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的闡述，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的形變式光纖圍欄系統(tǒng)，包括P-OTDR模塊和一根傳感光纜，P-OTDR模塊的端口連接到多芯傳感光纜的其中一根光纖。傳感光纜采用普通的單模通信光纜。傳感光纜被固定于圍欄欄桿上，光纜的安裝形狀使得入侵者試圖穿越或翻越圍欄時(shí)傳感光纜會(huì)發(fā)生形變。例如，光纜安裝時(shí)，光纜圍成的孔的直徑為30cm，當(dāng)入侵者試圖穿越圍欄，必須將光纜圍成的孔擴(kuò)大到直徑為40cm以上；或者是當(dāng)入侵者試圖翻越圍欄時(shí)，其自身重量或所用工具重量使光纜被壓變形，光纜的曲率直徑從30cm變到小于20cm或者是大于40cm。通過P-OTDR模塊可以測(cè)量傳感光纖線路上各點(diǎn)偏振態(tài)的變化，當(dāng)傳感光纖線路上某一點(diǎn)的彎曲狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該點(diǎn)的偏振態(tài)將會(huì)發(fā)生變化。通過比較光纖線路上各點(diǎn)被彎曲前后的后向散射信號(hào)的強(qiáng)度，可以獲得光纖線路上各點(diǎn)彎曲狀態(tài)發(fā)生變化的信息，從而感知光纖圍欄上的入侵活動(dòng)及入侵位置。如果入侵者將傳感光纜破壞，如:剪斷光纜，P-OTDR模塊也可以檢測(cè)出傳感光纜被破壞及被破壞的位置。
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