CN115683310A - 一种基于分布式光纤的振动监测方法及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于分布式光纤的振动监测方法及系统，包括如下步骤：向振动光纤中发射激光；从反射回的激光信号解调出振动信号数据；实时接收气象监测模块监测的气象信息；判断振动强度是否超过预设值；若未超过，则判断周界安防处于正常状态；若超过，则进一步判断气象信息是否超过预设阈值；若气象信息超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于气象原因导致；若气象信息未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。排除大风、下雨等气象原因对光纤振动监测的干扰，提升基于分布式光纤的振动探测系统对周界安防检测的准确率。
Description
技术领域
本公开属于光纤探测技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤的振动探测方法及探测系统。
背景技术
机场、铁路、边境线等区域的周界安防监测越来越重要，但受到地形、地势等各方面条件的制约，防范难度更大，防范要求更高。
光纤传感具有不受电磁干扰、传输距离远、易于组成分布式传感网络等一系列独特优点，可以不受地形地势的限制，近年来在周界安防、地震波监测等领域的应用也越来越多。
但是，在对周界安防监测过程中，大风或者大雨等天气会对光纤振动监测产生干扰，容易产生误判。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于分布式光纤的振动监测方法及系统。
第一方面，提供一种基于分布式光纤的振动监测方法，包括如下步骤：
向振动光纤中发射激光；
实时接收反射回的激光信号，并解调出振动信号数据；所述振动信号数据包括振动强度和光纤位置；
实时接收气象监测模块监测的气象信息；所述气象信息包括风力和雨量；
判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
根据本申请实施例提供的技术方案，初步判断对应光纤位置振动是由于大雨或者大雨导致后，则进行远程复检；复检发现异常，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
根据本申请实施例提供的技术方案，采用窄线宽激光器发射窄线宽激光；
将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光；
将脉冲光注入振动光纤中；
采集从振动光纤返回的后向瑞利散射信号，与参考光相干处理后，进行信号解调。
根据本申请实施例提供的技术方案，将脉冲光放大；将放大后的脉冲光注入振动光纤中。
第二方面，提供一种基于分布式光纤的振动监测系统，包括：
振动光纤，沿监测区域的边界环绕敷设；
振动检测模块，包括：窄线宽激光器，与振动光纤连接，用于向振动光纤中发射激光；信号采集器，与振动光纤连接，用于接收返回的激光信号；
气象监测模块，包括气象传感器，用于监测气象信息；
数据处理模块，包括：数据接收单元，分别与气象传感器和信号采集器连接，用于接收气象信息和激光信号，并从激光信号解调出振动信号数据；振动光信号数据包括振动强度和光纤位置，气象信息包括风力和雨量；数据分析单元，与数据接收单元连接，用于判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述振动检测模块还包括：声光调制器，与窄线宽激光器连接，用于将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述振动检测模块还包括：光纤放大器，一端与声光调制器连接，另一端与振动光纤连接，用于将脉冲光放大；所述信号采集器用于从振动光纤返回的后向瑞利散射信号；所述数据接收单元还用于将后向瑞利散射信号与参考光相干处理后进行信号解调。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述振动光纤为铠装光纤。
本发明的有益效果是：
分布式光纤的振动探测系统可以对光纤周边振动情况进行实时、在线、连续监测，并且结合气象信息排除大风、下雨对光纤振动监测的干扰，提升基于分布式光纤的振动探测系统对周界安防检测的准确率，可有效应用于周界安防，监测机场、铁道、边境线等重要区域的周界安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请所述的振动监测系统结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
一种基于分布式光纤的振动监测方法，包括如下步骤：
向振动光纤中发射激光；
实时接收反射回的激光信号，并解调出振动信号数据；所述振动信号数据包括振动强度和光纤位置；
实时接收气象监测模块监测的气象信息；所述气象信息包括风力和雨量；
判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
具体地，采用振动光纤作为振动探测传感器，振动光纤敷设和布置相对容易，受到地形和地势环境影响比较小，可以自由敷设在机场、铁道和边境线上，振动光纤除了铺设简单之外，还作为光传播的载体，检测点位置是分布式的，这样对光纤周边振动的检测是实时、在线、连续的,同时支持多点监测，监测点之间互不干扰。
具体地，记录激光发出和接收的强度差，可以得到振动强度；记录激光发出的时间与接收返回激光信号之间的时间差，由光在光纤中的传播速度，就可以计算出光纤位置。
本申请所述的分布式光纤的振动探测方法可以对光纤周边振动情况进行实时、在线、连续监测，并且结合气象信息排除大风、下雨对光纤振动监测的干扰，比如当大风、下雨等极端天气造成的振动光纤的振动强度超过预设值，就会发出误判警报；而本申请同时设置了气象监测模块对气象信息进行监测，当判断振动强度超过预设值后，进一步判断气象信息情况，比如风力和雨量是否超过预设阈值，若超过预设阈值，则可以认为是气象原因导致的误判，这样就提升基于分布式光纤的振动探测系统对周界安防检测的准确率，可有效应用于周界安防，监测机场、铁道、边境线等重要区域的周界安全。
在本申请一实施方式中，初步判断对应光纤位置振动是由于大雨或者大雨导致后，则进行远程复检；复检发现异常，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
具体地，对气象信息进行同时监测，减少由于天气原因导致的误判；但是同时，监测到对应光纤位置振动是由于大雨或者大雨导致后，还需要远程复检，以避免错误入侵。远程复检的方式可以是其他方式，比如远程监控。
在本申请一实施方式中，采用窄线宽激光器发射窄线宽激光；
将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光；
将脉冲光注入振动光纤中；
采集从振动光纤返回的后向瑞利散射信号，与参考光相干处理后，进行信号解调。
具体地，窄线宽激光相位噪声比较低；脉冲光注入振动光纤中主要用于监测测试，参考光用于参考并与返回的后向瑞利散射信号相干处理后，解调出振动信号数据。
由于本申请采用高相干的脉冲光源，脉冲宽度区域内瑞利散射信号之间会发生干涉，当外界振动导致相位发生变化时会使得该点的相干瑞利散射信号强度发生变化，通过监测振动前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可实现振动事件的探测，并精确定位。
在本申请一实施方式中，将脉冲光放大；
将放大后的脉冲光注入振动光纤中。
具体地，脉冲光光强进行放大后在振动光纤内进行传输，脉冲光放大后可增加监测距离。
实施例二
一种基于分布式光纤的振动监测系统，包括：
振动光纤，沿监测区域的边界环绕敷设；
振动检测模块，包括：窄线宽激光器，与振动光纤连接，用于向振动光纤中发射激光；信号采集器，与振动光纤连接，用于接收返回的激光信号；
气象监测模块，包括气象传感器，用于监测气象信息；
数据处理模块，包括：数据接收单元，分别与气象传感器和信号采集器连接，用于接收气象信息和激光信号，并从激光信号解调出振动信号数据；振动光信号数据包括振动强度和光纤位置，气象信息包括风力和雨量；数据分析单元，与数据接收单元连接，用于判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
请具体参考附图1所示，本申请所述的分布式光纤的振动探测系统设置了振动光纤，可以对光纤周边振动情况进行实时、在线、连续监测，并且设置了气象监测模块可以结合气象信息排除大风、下雨对光纤振动监测的干扰，比如当大风、下雨等极端天气造成的振动光纤的振动强度超过预设值，就会发出误判警报；而本申请同时对振动和气象信息进行监测，当判断振动强度超过预设值后，进一步判断气象信息情况，比如风力和雨量是否超过预设阈值，若超过预设阈值，则可以认为是气象原因导致的误判，这样就提升基于分布式光纤的振动探测系统对周界安防检测的准确率，可有效应用于周界安防，监测机场、铁道、边境线等重要区域的周界安全。
其中，所述气象监测模块包括气象监测器，所述气象监测器的型号可以是FT-CQX6，直接监测到风力和雨量信息并发送给数据接收单元。
其中，所述数据处理模块可以是一个上位机，通过USB接口与测振模块连接，通过RJ45接口与气象监测模块连接，接收激光信号并同步接收气象信息，呈现周界安防信息。
在本申请一实施方式中，所述振动检测模块还包括：
声光调制器，与窄线宽激光器连接，用于将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光。
具体地，将激光调制成脉冲光和参考光，利用参考光和返回后续瑞利散射信号相干，测得信号更精准，因此能够实现更高精度的测量。
在本申请一实施方式中，所述振动检测模块还包括：
光纤放大器，一端与声光调制器连接，另一端与振动光纤连接，用于将脉冲光放大；
所述信号采集器用于从振动光纤返回的后向瑞利散射信号；
所述数据接收单元还用于将后向瑞利散射信号与参考光相干处理后进行信号解调。
具体地，设置光纤放大器可以将脉冲光光强进行放大，脉冲光光强进行放大后在振动光纤内进行传输，脉冲光放大后可增加监测距离。
在本申请一实施方式中，所述振动光纤为铠装光纤。
具体地，所述振动光纤采用铠装单模光纤，支持长距离的传输，光缆结构层次分明，光纤裸纤被保护在一根钢管内部，处于自由状态，对周边的振动感应比较敏感，同时铠装光纤具有较高的耐用性、防腐蚀能力强，适合在多种环境下工作，使用寿命可以达到30年。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种基于分布式光纤的振动监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
向振动光纤中发射激光；
实时接收反射回的激光信号，并解调出振动信号数据；所述振动信号数据包括振动强度和光纤位置；
实时接收气象监测模块监测的气象信息；所述气象信息包括风力和雨量；
判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的振动监测方法，其特征在于，初步判断对应光纤位置振动是由于大雨或者大雨导致后，则进行远程复检；复检发现异常，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的振动监测方法，其特征在于，
采用窄线宽激光器发射窄线宽激光；
将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光；
将脉冲光注入振动光纤中；
采集从振动光纤返回的后向瑞利散射信号，与参考光相干处理后，进行信号解调。
4.根据权利要求3所述的一种基于分布式光纤的振动监测方法，其特征在于，
将脉冲光放大；
将放大后的脉冲光注入振动光纤中。
5.一种基于分布式光纤的振动监测系统，其特征在于，包括：
振动光纤，沿监测区域的边界环绕敷设；
振动检测模块，包括：窄线宽激光器，与振动光纤连接，用于向振动光纤中发射激光；信号采集器，与振动光纤连接，用于接收返回的激光信号；
气象监测模块，包括气象传感器，用于监测气象信息；
数据处理模块，包括：数据接收单元，分别与气象传感器和信号采集器连接，用于接收气象信息和激光信号，并从激光信号解调出振动信号数据；振动光信号数据包括振动强度和光纤位置，气象信息包括风力和雨量；数据分析单元，与数据接收单元连接，用于判断振动强度是否超过预设值；
若未超过，则判断周界安防处于正常状态；
若超过，则进一步判断风力或雨量是否超过预设阈值；
若风力超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大风导致；
若雨量超过预设阈值，则初步判断对应光纤位置振动是由于大雨导致；
若风力和雨量均超过预设阈值，则判断对应光纤位置振动是由于大风和大雨导致；
若风力和雨量均未超过预设阈值，则判断对应光纤位置有入侵，并发出警报。
6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤的振动监测系统，其特征在于，所述振动检测模块还包括：
声光调制器，与窄线宽激光器连接，用于将窄线宽激光调制成脉冲光和参考光。
7.根据权利要求6所述的一种基于分布式光纤的振动监测系统，其特征在于，所述振动检测模块还包括：
光纤放大器，一端与声光调制器连接，另一端与振动光纤连接，用于将脉冲光放大；
所述信号采集器用于从振动光纤返回的后向瑞利散射信号；
所述数据接收单元还用于将后向瑞利散射信号与参考光相干处理后进行信号解调。
8.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤的振动监测系统，其特征在于，所述振动光纤为铠装光纤。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211322449.0A CN115683310A (zh) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | 一种基于分布式光纤的振动监测方法及监测系统 |
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|---|---|---|---|
| CN202211322449.0A CN115683310A (zh) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | 一种基于分布式光纤的振动监测方法及监测系统 |
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| CN115683310A true CN115683310A (zh) | 2023-02-03 |
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| CN202211322449.0A Pending CN115683310A (zh) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | 一种基于分布式光纤的振动监测方法及监测系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN115683310A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118687672A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-09-24 | 国网青海省电力公司电力科学研究院 | 一种均压环共振断裂远程监测方法、装置及设备 |
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2022
- 2022-10-27 CN CN202211322449.0A patent/CN115683310A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118687672A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-09-24 | 国网青海省电力公司电力科学研究院 | 一种均压环共振断裂远程监测方法、装置及设备 |
| CN118687672B (zh) * | 2024-06-12 | 2025-01-24 | 国网青海省电力公司电力科学研究院 | 一种均压环共振断裂远程监测方法、装置及设备 |
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