环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统

摘要

本发明涉及一种环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统，其包括宽域全光纤传感围栏型监控装置，宽域全光纤传感围栏型监控装置包括后台机；还包括环境传感装置，环境传感装置与后台机相连，后台机根据环境传感装置输入的外界环境信号，对宽域全光纤传感围栏型监控装置检测得到的入侵信号进行补偿比对分析，确定检测得到入侵信号的类型，并调整后台机内预设报警设置。本发明使整个监控系统能够感知外界环境，根据外界环境即时调节相关参数，并对扰动信号进行有针对性的补偿，能够减少系统的误报，增加扰动模式判定的准确性，提高了宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统的环境适应能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种防卫监控系统，尤其是一种环境补偿式宽域全光纤扰动传 感围栏型安全防卫监控系统，属于全光纤监控系统的技术领域。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，人们对工厂、住宅以及具有重大价值的设 施的安全防护的需求越来越大。目前用于建筑物周界安防的技术主要有主动红 外对射、高压脉冲电子围栏以及光纤传感等技术。

主动红外对射技术一直在周界安防系统中占据最大的市场份额，技术发展 得比较成熟，产品价格也相对低廉，因而使得许多用户尤其民用市场都比较乐 意接受，但是该类技术容易受到地形、围墙、气候等外界因素的影响导致误报， 且较难克服。

高压脉冲电子围栏兼具威慑、阻挡和报警三大功能，具有很强的威慑力， 环境适应性强，不受温度气候变化的影响，也不受地形高低和曲折程度的限制， 但也有明显的缺点：若不慎触及，有可能因直接有强烈的触电感而造成失足摔 落等间接的伤害；若小孩误触到围栏，也有可能产生更严重后果；有时候会产生 电火花，不宜在有可燃气体的环境下使用，与电力线路也需要保持足够的距离。

进入21世纪以来，伴随着光纤传感技术的发展，一种全新的安防技术：光 纤监控技术，在全球得到关注，迅速得到推广应用，陆续有光纤入侵振动探测、 光纤语音监听、光纤线路安全监控和光纤管道安全监控等系列产品面市。该类 技术具备很多突出的优点：光纤具有无中继传输距离长的优点，对能源依赖小； 光纤本身是非金属的无源器件，没有能量耗散，适用于易燃易爆场所；光纤语 音监听不受各种电磁干扰，不会产生电子窃听设备常有的电流以及电信号杂音， 能够高保真无时延的同步还原监听现场的响动，且不易被探测到；光纤监控技 术与现有的视频、红外等各套系统互不冲突，可实现兼容并用。宽域全光纤扰 动传感围栏型安全防卫监控系统是基于光纤入侵振动探测技术的周界安防产 品，具备上述的优点，有很好的应用前景，但是光缆敷设于围栏上，不可避免 的受到风雨等外界环境影响产生扰动，引起系统误报，增加扰动模式判定的难 度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种环境补偿式宽域全 光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统，其能提高监控系统的可靠性，降低误 报率，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型 安全防卫监控系统，包括用于检测入侵信号的宽域全光纤传感围栏型监控装置， 所述宽域全光纤传感围栏型监控装置包括用于对信号分析处理的后台机；还包 括用于检测围栏环境的环境传感装置，所述环境传感装置与后台机相连，后台 机根据环境传感装置输入的外界环境信号，对宽域全光纤传感围栏型监控装置 检测得到的入侵信号进行补偿比对分析，确定检测得到入侵信号的类型，并调 整后台机内预设报警设置。

所述环境传感装置与后台机通过无线或有线方式将检测的外界环境信号输 入后台机内。

所述环境传感装置通过无线节点及无线接收模块与后台机相连。所述宽域 全光纤传感围栏型监控装置包括第一光源，所述第一光源通过第一光源驱动模 块驱动后产生第一光信号；第一光源通过光纤与第一光干涉模块相连，所述第 一光干涉模块与第一传感光路相连，第一传感光路与第一尾端相连；进入第一 传感光路内的光信号在第一尾端处理后产生反射，所述发射光信号在第一光干 涉模块内产生干涉光信号，所述第一光干涉模块产生的干涉光信号被第一光接 收模块接收，第一光接收模块通过信号处理模块及模数转换模块与后台机相连， 第一光接收模块对接收的干涉光信号进行光电转换及放大后送入信号处理模块 内，模数转换模块将信号处理模块处理后的信号转换后输入后台机内。

所述宽域全光纤传感围栏型监控装置包括第二光源及第三光源，所述第二 光源通过第二光源驱动模块驱动后产生第二光信号，第三光源通过第三光源驱 动模块驱动后产生第三光信号，所述第二光信号与第三光信号的波长不同；第 二光源产生的第二光信号与第三光源产生的第三光信号通过复用器合波后进入 第二光干涉模块，所述第二光干涉模块的输出光路分别与第二传感光路及环境 传感支路相连，所述第二传感光路通过第一解复用器分别与第一衰减光纤及第 二尾端相连，环境传感支路通过第二解复用器分别与第二衰减光纤及第三尾端 相连；第二光干涉模块产生的光干涉信号通过第三解复用器分别与第二光接收 模块及第三光接收模块相连，所述第二光接收模块及第三光接收模块与信号处 理器的输入端相连，信号处理器的输出端通过模数转换模块与后台机相连。

所述环境传感装置包括雨量计、温度计及风力传感器。所述环境传感支路 为密集螺旋敷设于底部镂空的倒圆锥筒内壁的传感光缆。

所述第一传感光路为采用传感光纤形成围栏型周界入侵检测的检测光纤。

本发明的优点：在现有宽域全光纤传感围栏型监控装置上增加由环境传感 装置构成的环境感知部分，使整个监控系统能够感知外界环境，根据外界环境 即时调节相关参数，并对扰动信号进行有针对性的补偿，能够减少系统的误报， 增加扰动模式判定的准确性，提高了宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控 系统的环境适应能力。

附图说明

图1为本发明环境传感装置与后台机无线连接的结构框图。

图2为本发明环境传感装置与后台机有线连接的结构框图。

图3为本发明环境传感支路的结构示意图。

图4为暴雨入侵下的入侵信号。

图5为图4中通过外界环境信号补偿后的入侵信号。

附图标记说明：101-后台机、102-模数转换模块、103-信号处理模块、201- 第一光源驱动模块、202-第一光源、203-第一光干涉模块、204-第一传感光路、 205-第一尾端、206-第一光接收模块、301-无线接收模块、302-无线节点、303- 环境传感器、401-第二光源驱动模块、402-第二光源、402-第二光源驱动模块、 404-第二光源、405-复用器、406-第二光干涉模块、407-第二传感光路、408-第 一解复用器、409-第二尾端、410-第一衰减光纤、411-环境传感支路、412-第二 解复用器、413-第二衰减光纤、414-第二尾端、415-第三解复用器、416-第二光 接收模块及417-第三光接收模块。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

宽域全光纤传感围栏型监控装置是采用传感光纤构成围栏型入侵检测装 置，通过传感光纤能够对围栏型周界进行入侵检测。传感光纤进行入侵检测时， 当有外部振动入侵时，传感光纤沿线某处产生振动，造成光纤内部折射率的微 观不均匀，使得传感光纤内传播的光波相位发生变化，再由干涉测量技术把相 位变化转为光强变化，从而检测出外界振动。由于敷设于围栏上的传感光纤裸 露于外界环境中，外界环境会受到风、雨等外界扰动，传感光纤受到外界环境 扰动后，其相应的入侵检测结果会改变，从而影响宽域全光纤传感围栏型监控 装置的监控结果，会引起误报警等操作。

为了能够提高宽域全光纤传感围栏型监控装置入侵检测的稳定性及可靠 性，降低误报警率，本发明在与传感光纤相同的检测环境中还设置环境传感装 置，所述环境传感装置同步检测外界环境，从而宽域全光纤传感围栏型监控装 置能够根据环境传感装置检测的外界环境信号，来对传感光纤检测的入侵信号 进行补偿比对检测，宽域全光纤传感围栏型监控装置根据补偿后的入侵信号来 进行判断检测结果，从而能够降低误报警的概率，提高监控系统的稳定性及可 靠性。所述环境传感装置包括雨量计、温度计、风力传感器，且环境传感装置 还可以是采用传感光纤形成围栏型周界入侵检测的检测光纤。环境传感装置将 检测的外界环境信号通过有线或无线的方式输入到宽域全光纤传感围栏型监控 装置内。

如图1所示：为环境传感装置采用无线方式与宽域全光纤传感围栏型监控 装置的结构框图。所述宽域全光纤传感围栏型监控装置包括第一光源202，所述 第一光源202通过第一光源驱动模块201驱动后产生第一光信号；第一光源202 通过光纤与第一光干涉模块203相连，所述第一光干涉模块203与第一传感光 路204相连，第一光信号经过第一光干涉模块203后耦合进入第一传感光路204 内，所述第一传感光路204为敷设于围栏上的传感光纤。第一传感光路204与 第一尾端205相连；进入第一传感光路204内的光信号在第一尾端205处理后 产生反射，所述发射光信号在第一光干涉模块203内产生干涉光信号，所述第 一光干涉模块203产生的干涉光信号被第一光接收模块206接收，第一光接收 模块206通过信号处理模块103及模数转换模块102与后台机101相连，第一 光接收模块206对接收的干涉光信号进行光电转换及放大后送入信号处理模块 103内，模数转换模块102将信号处理模块103处理后的信号转换后输入后台机 101内。环境传感器303检测第一传感光路204所处环境的外界环境信号，环境 传感器303通过无线节点302及无线接收模块301与后台机101相连，环境传 感器303可以采用雨量计、温度计或风力传感器。当有入侵进入监控系统时， 外部入侵会引起第一传感光路204的扰动，使得第一传感光路204输出入侵信 号的改变；信号处理器103能对入侵信号进行过滤、放大等处理。为了能够确 认第一传感光路204检测的入侵信号是否收到外界情况干扰，后台机101通过 环境传感器303输入的外界信号对入侵信号进行补偿比对分析，当比对分析后， 第一传感光路204确实检测到有外部入侵时，后台机101能够进行报警，当比 对分析后，第一传感光路204的入侵是由于外部环境变化引起时，后台机101 就不进行报警，且后台机101能够调整预设报警设置，降低由于外部环境变化 而引起的误报警，提高监控系统的稳定性及可靠性。

如图2所示：为本发明环境传感装置与宽域全光纤扰动传感围栏型监控装 置通过有线方式连接的结构框图。所述宽域全光纤传感围栏型监控装置包括第 二光源402及第三光源404，所述第二光源402通过第二光源驱动模块401驱动 后产生第二光信号，第三光源404通过第三光源驱动模块403驱动后产生第三 光信号，所述第二光信号与第三光信号的波长不同；第二光源402产生的第二 光信号与第三光源404产生的第三光信号通过复用器405合波后进入第二光干 涉模块406，所述第二光干涉模块406的输出光路分别与第二传感光路407及环 境传感支路411相连，所述第二传感光路407通过第一解复用器408分别与第 一衰减光纤410及第二尾端409相连，环境传感支路411通过第二解复用器412 分别与第二衰减光纤413及第三尾端414相连；第二光干涉模块406产生的光 干涉信号通过第三解复用器415分别与第二光接收模块416及第三光接收模块 417相连，所述第二光接收模块416及第三光接收模块417与信号处理器103的 输入端相连，信号处理器103的输出端通过模数转换模块102与后台机101相 连。

第二光源驱动模块401驱动第二光源402发出波长为λ₁的第二光信号，进 入复用器405，第三光源驱动403驱动第三光源404发出波长为λ₂的第三光信号， 进入复用器405，第二光信号及第三光信号经复用器405合波后经过第二光干涉 模块406再分路，一路进入第二传感光路407。进入第二传感光路407内的光信 号经过第一解复用器408后，波长为λ₁的光信号进入第二尾端409处理后反射， 波长为λ₂的光信号则进入第一衰减光纤410衰减掉；另一路进入环境传感支路 411，经过第二解复用器412后，波长为λ₁的光信号进入第二衰减光纤413衰减 掉，波长为λ₂的光信号则进入第三尾端414处理后反射，反射光在第二光干涉 模块406产生干涉，然后进入第三解复用器415，波长为λ₁的第二光信号进入第 二光接收416，波长为λ₂的第三光信号进入第三光接收417，进行光电转换和放 大后送入信号处理103，进过处理后在模数转换102中转换为数字信号，送入后 台机101中。第二传感光路407为敷设于围栏上的传感光纤，环境传感光路411 为采用传感光纤形成围栏型周界入侵检测的检测光纤。

此系统中，波长为λ₁的第二光信号实现对入侵的传感与定位，波长为λ₂的第 三光信号实现对外界环境的感知。环境传感支路411同样由传感光缆组成，传 感光缆密集螺旋敷设于底部镂空的倒圆锥筒内壁，置于第二传感光路407相同 的外界环境中，能够受到风雨等影响，但不会受到有害的侵入或扰动。因此根 据波长为λ₂的第三光信号携带的信息可识别出外界环境，并调整系统报警阈值 及相关参数，减少误报；且入侵的传感信号和外界环境信号为同类信号，可直 接对扰动的传感信号和外界环境信号进行差分滤波，滤除环境信号，提取纯净 的扰动传感信号，降低误报率，提高模式判定的准确率。

无线环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统中使用的无 线雨量传感器，在此系统中对报警阈值及相关参数的调整采用分级制，根据降 雨量大小，系统内部分为4级，如表1所示。此分级在实验中，很好的避免雨 点撞击传感光缆引起的系统误报，保证系统在大雨环境下的正常工作。

表1雨量分级

  雨量级别   小雨   中雨   大雨   暴雨   降雨量   0～5mm/h   5～15mm/h   15～30mm/h   30mm/h以上   报警阈值   -1V   0V   1V   2V

图3所示为有线环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统中 的环境传感支路示意图，环境传感支路11为密集螺旋敷设于底部镂空的倒圆锥 筒内壁，此结构能够使传感光缆很好的感知风雨等外界环境，且体积较小，安 装方便。

图4是宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统暴雨下入侵的传感信 号，信号噪声很大，入侵的传感信号被湮没于降雨的环境信号，无法判定是否 有入侵。

图5是在使用图3结构的有线环境补偿式宽域全光纤扰动传感围栏型安全防 卫监控系统中，经过环境补偿后得到的入侵的传感信号，入侵的传感信号清晰， 很容易判定系统被入侵，对后续扰动模式的判定也有很大的帮助。

如图1～图5所示：将传感光纤敷设于围栏上，将相应的光源及光源驱动模块 与传感光纤对应配合。在传感光纤及围栏的环境中设置环境传感装置，所述环 境传感装置与前述描述相同。环境传感装置通过无线或有线连接方式与后台机 101相连，后台机101实现整个监控系统的分析判断，后台机101可以采用常规 的个人计算机。工作时，传感光纤在收到外部扰动时，会产生振动信号，所述 振动信号经过光接收模块及信号处理模块103处理后形成入侵信号，同时后台 机101根据环境传感装置输入的外界信号对入侵信号进行补偿分析比较，当补 偿分析比较后，相应入侵信号与后台机101内的报警设置相匹配时，后台机101 产生报警信息；当相应入侵信号与后台机101内的报警设置不匹配时，后台机 101不进行报警，继续进行整个监控。

本发明在现有宽域全光纤传感围栏型监控装置上增加由环境传感装置构成 的环境感知部分，使整个监控系统能够感知外界环境，根据外界环境即时调节 相关参数，并对扰动信号进行有针对性的补偿，能够减少系统的误报，增加扰 动模式判定的准确性，提高了宽域全光纤扰动传感围栏型安全防卫监控系统的 环境适应能力。