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专利名称：新型压力传感系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种光纤振动入侵探测系统，具体地说是一种能测压力的定位性
光纤振动入侵探测系统。
背景技术：
光纤振动传感技术应用范围十分广泛，在国防领域，该光纤传感器可布设于环境 恶劣的边境，对边境安全进行无人值守的实时监控，利用虚拟仪器等高科技技术，可对人 类、动物以及车辆等活动进行有效分辨。在公共安全领域，光纤传感器可铺设在机场、体育 场以及其它重要活动场所周围，对人员入侵等突发情况进行有效监测。在能源领域，石油管 道的安全至关重要，盗油事件时常发生，分布式光纤传感器能够对人为破坏进行预警，有效 保证了能源安全； 本实用新型使用脉冲激光器作为1550nm脉冲激光光源，由感应光纤，光�？椋�光 电探头，信号放大器，数据采集器和计算机组成。其工作原理为激光器连续不断地发射激 光脉冲经光�？榻�入传感光缆当中，激光脉冲经由反射镜反射回光�？楹蟠�输给光电探头 转化为电信号，在进过信号放大器，数据采集器进入计算机进行信号处理后输出报警信号。

发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能测压力的定位性光纤振动入侵探
测系统。另外，本实用新型应用光纤曲率半径的变化来实现对压力强度信息的监控，同时使
用OTDR技术来对时间发生的地点进行定位。
光纤的衰减随弯曲半径的变化可以描述为下式
， ,2『3及
「000612orc =-，，， /_ ，-*exp(--^~)
e,『"2V^X一 (『)、(『) 3々2 a (丄) 式中，C7 = X"2"，『=V, _*2"22" ，F = V" 。其中&为纤芯的折射
率，n2为包层的折射率，A:=,为自由空间的波数，R为光纤的弯曲半径，n为纤芯半径，P
义
是传播常数，Y为模式的阶数，对于基模ey = 2，对于高阶模ey = 1。在光纤中，由于高阶 模的损耗远大于低阶模的损耗，因此我们主要考虑LPQ1和LPn的弯曲损耗。由上式分析弯 曲损耗随弯曲半径的变化关系图如附图2所示。 由附图2可见，光纤的弯曲损耗随着弯曲半径的增大而减小，在弯曲半径近似为
100mm时，弯曲损耗很�。�近似为0，在实际设计时，尽量满足弯曲半径为30mm的条件来减小
不必要的弯曲损耗，由图还可以看出，当弯曲半径在小于30mm之后光纤的弯曲损耗会随着
半径的变化而有很明显的变化，检测部分光纤因外界压力改变而使得弯曲半径变化，从而
改变了光纤的中传输光强信号，通过检测这些光强信号的变化来对压力进行检测。 实用新型使用OTDR技术来进行定位。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射的一种技术。激光器发出的光经过脉冲发生器调制后， 产生所需宽度的光脉冲(通常为10ns-400ns)，经耦合器后入射到待测光纤，光纤中的后向 散射光和菲涅耳反射光经耦合器后进入光电探测器，光电探测器把接收到的光信号转换成 电信号，进入电脑或示波器进行数据处理。 (2)式和(3)式就是在OTDR中计算光纤中衰减沿长度分布的基本理论公式。采用 OTDR技术，一根光纤中的连接点、耦合点以及断点的位置很容易被测量到，而且如果光纤有 一段弯曲过大或者被过重外部物体压制等情况也可以被测量到。 脉冲激光器输出的脉冲光波，传输至事件点D，经瑞利散射后，背向散射光在激光 器脉冲输出t后被探测器接收，令事件点D至探测器的距离为Z，则
^ 1 1 C Z"-"".— 其中v为光在光纤中传输速度，n为光纤有效折射率，C为真空中的光速。 设光脉冲持续时间为At，则在t时亥lJ，检测到的后向散射光为[z， z+(u At)/2]
这段光纤后向散射的总能量。所以，OTDR的空间分辨率为 这样，不同时间测量的反射光强度就对应着整个传感光纤不同位置的散射。因此， 可以通过测量后向散射的时间函数来获取不同距离的后向散射信息。 在不同折射率两传输介质的边界，如连接器、机械接续、断裂或光纤终结处，会发
生菲涅耳反射。此现象被OTDR用于准确确定沿光纤长度上不连续点的位置。反射的大小
依赖于边界表面的平整度及折射率差，利用折射率匹配液可减小菲涅耳反射。 新型压力传感系统，主要包括脉冲激光器，激光器你姐耦合器，耦合器一输出端连
接光电探测器，光电探测器把光信号转变成电信号经放大器放大后传给数据采集器，数据
采集器将处理传给计算机，最终在计算机上显示探测。 作为本实用新型的一种优选方案，所述耦合器的另一端口连接感应�？椋� 作为本实用新型的一种优选方案，所述感应�？楸蝗瞥苫仿菪�状，且螺旋的环的
半径递减(或递增)； 其主要功能实施是脉冲激光器发出脉冲信号进入光耦合器当中，由耦合器进入传 感光纤当中，传感光纤当中特定的感应部位被绕成的环直径略小于光纤翘曲度，光信号在 传感光纤当中发生散射，而散射信号经过传感光纤当中的这些环时会有一些损耗，当外界 施对这些环施加压力使得环弯曲时，环的损耗进一步增加，而不同地域反射回的光信号到 达光电探测器的时间不同以此来确定是哪个部位照成的损耗，信号由光电探测器进行转换 后由光信号变为电信号，在依次经过光电放大器，数据采集器输入计算机进行运算，最后显 示的不但是定位的图形，若有入侵发生还能把该部分压力值显示出来。 本实用新型的有益效果在于相对于传统的压力检测设备而言，此产品的灵敏度 高，可以进行多点测量，在安装过程当中即可以将光缆依需要绕成环状对于对全范围进行 压力检测，也可以根据需要将固定部分绕成环状对于固定地点进行定点检测。
图1为本实用新型系统的组成示意图。
图2为本实用新型方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。 请参阅图l，本实用新型揭示了一种定位型光纤振动入侵探测系统，其包括脉冲激 光器1、耦合器2、光电探测器3、放大器4、数据采集器5、计算机6与感应�？�7。 所述感应�？�7包括若干个感应单元。 如图1所示的一种光纤测压传感系统，主要包括分布式光纤传感装置感应部分。
系统中光纤激光器接入光耦合器当中，光耦合器另一端连接传感光纤，传感光纤中的感应
部位被绕成螺旋状，且换的半径递减或递增；耦合器与激光器同一端连接光探测器，探测器
连接光电放大电路，光电放大电路连接数据采集器，数据采集器再连接计算机 其主要功能实施是脉冲激光器发出脉冲信号进入光耦合器当中，由耦合器进入传
感光纤当中，传感光纤当中特定的感应部位被绕成的环直径略小于光纤翘曲度，光信号在
传感光纤当中发生散射，而散射信号经过传感光纤当中的这些环时会有一些损耗，当外界
施对这些环施加压力使得环弯曲时，环的损耗进一步增加，而不同地域反射回的光信号到
达光电探测器的时间不同以此来确定是哪个部位照成的损耗，信号由光电探测器进行转换
后由光信号变为电信号，在依次经过光电放大器，数据采集器输入计算机进行运算，的到不
同部位的压力值显示。 这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上 述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人 员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱 离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例， 以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这 里所披露的实施例进行其他变形和改变。
权利要求新型压力传感系统，其包括脉冲激光器(1)，激光器连接耦合器(2)，耦合器(2)一输出端连接光电探测器(3)，光电探测器(3)把光信号转变成电信号经放大器(4)放大后传给数据采集器(5)，数据采集器(5)将处理传给计算机(6)，最终在计算机上显示探测，其特征在于，所述耦合器(2)的另一端连接感应�？椋�感应�？橛扇舾筛龈杏Φピ�组成，每个感应单元按需要铺设在检测现场。
2. 根据权利要求1所述的新型压力传感系统，其特征在于所述感应单元为螺旋型且 每个环的半径依次递增或递减。
专利摘要本实用新型压力传感系统，其包括脉冲激光器1，激光器连接耦合器2，耦合器2一输出端连接光电探测器3，光电探测器3把光信号转变成电信号经放大器4放大后传给数据采集器5，数据采集器5将处理传给计算机6，最终在计算机上显示探测。本实用新型的有益效果在于相对于传统的压力检测设备而言，此产品的灵敏度高，可以进行多点测量，也可以根据需要将固定部分绕成环状对于固定地点进行定点检测。
文档编号G01L1/24GK201540180SQ20092007278
公开日2010年8月4日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者仝芳轩, 周正仙, 席刚, 皋魏, 陈宇飞, 齐龙舟 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司