Способ определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов и устройство для его реализации Российский патент 2019 года по МПК G08B13/186 

Изобретение относится к области оптической интерферометрии, и может быть использовано, в аппаратуре, позволяющей обнаруживать проникновение в охраняемый периметер, например, для предупреждения о преодолении заграждающих барьеров промышленных предприятий.

Известен способ определения степени возмущения оптического волокна, установленного по периметру охраняемого контура за счет микровибраций, возникающих при преодолевании защитного барьера и устройство для его реализации. Волоконно-оптическая система ТСО "СОВА", О.В. Горбачев, Информост - радиоэлектроника и телекоммуникации №1 (43) 2006. В качестве чувствительного элемента используется многомодовое волокно, при возмущении которого микровибрациями и микроизгибами в любом месте контура происходит изменение спекл-структуры света на выходе волокна. Регистрация этого изменения позволяет судить о проникновении через охраняемый контур. Устройство содержит последовательно установленные лазер, многомодовый оптический кабель, блок приема излучения и блок обработки. Вследствие возмущения кабеля микро-вибрациями спекл-структура излучения на входе блока приема излучения претепевает изменения, что регистрируется блоком обработки.

Основным недостатком описанного выше способа, является низкая чувствительность при определении степени возмущения волокна, а также невозможность определения места возмущения охраняемого контура.

Известен также способ определения степени и места возмущения охраняемого контура в волоконно-оптических системах и устройство для его реализации (Распределенные волоконно-оптические системы для охраны периметра: перспективные технологии, П. Иванченко, В. Красовский, Алгоритм безопасности, №4, 2003.)

Импульсное излучение когерентного света направляют в чувствительный кабель, содержащий ряд последовательно установленных волоконных интерферометров Физо, образованных рядом частично-отражающих плоскостей в одномодовом световоде, выполненных в виде решеток Брэгга, которые разбивают периметр на зоны, причем расстояние между ними одинаково, а длина когерентности лазерного излучения меньше этого расстояния. Излучение, отраженное от этих плоскостей пропускают через дополнительный волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера, в одном плече которого расположен фазовый модулятор, а в другом волоконная линия задержки, причем длина этого волокна в два раза больше величины расстояния между частично отражающими плоскостями. Таким образом на выходе интерферометра Маха-Цендера присутствует импульсный интерференционный сигнал, соответствующий интерференции лучей отраженных от соседних плоскостей. Временное положение импульсов соответствует разным зонам. Зоны соответствуют разным участкам кабеля заключенным между соседними отражающими плоскостями. Анализ модулированного по фазе сигнала позволяет судить о степени возмущения каждой зоны периметра.

Устройство для реализации этого способа содержат последовательно установленные лазерный источник излучения, волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера и волоконно-оптический кабель, в котором последовательно на одинаковом расстоянии инициирован ряд частично отражающих плоскостей, выполненных в виде решеток Брэгга. В одном плече интерферометра Маха-Цендера установлен электро-механический модулятор фазы излучения, в другом волоконная линия задержки. Причем ветвитель, установленный на входе интерферометр Маха-Цендера, выполнен по Х-образной схеме, т.е. имеет два входа. Ко второму входу этого ветвителя подключен вход блока регистрации и обработки сигналов. К лазерному источнику света и блоку регистрации и обработки сигналов подключены выходы импульсного генератора, который инициирует их работу в импульсном режиме.

Недостатком указанных способа и устройства для его реализации является наличие дополнительных, паразитных отражений в чувствительном кабеле, которые по времени совпадают с основными, но характеризуют другие зоны. Эти перекрестные помехи уменьшают вероятность обнаружения при одновременном проникновении в двух и более местах в охраняемый периметр. В самом деле, импульсное излучение, отразившееся, например, от стыка третьей и четвертой зоны, совпадает по временному положению с излучением, последовательно отразившемуся от границы второй и третьей зоны, затем в обратном ходе от стыка первой и второй зоны и снова от границы второй и третьей зоны.

При увеличении количества зон растет и количество паразитных отражений, что в конечном итоге ограничивает общее количество зон.

Наиболее близким по технической сущности и принятый автором за прототип является заявка на изобретение №2007122828/28 от 18.06.2007. автор Хопов В.В., Способ определения степени и места возмущения волоконно-оптической системы при охране объекта и устройство для его реализации.

В способе прототипе излучение когерентного света, частоту которого изменяют по пилообразному закону, делят на два луча, первый из которых направляют с одного направления в первый ветвитель волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера, а второй через дополнительный ветвитель с противоположного направления во второй ветвитель того же интерферометра. За счет установки в одном плече в непосредственной близости к первому ветвителю интерферометра волоконной катушки, он имеет разную длину плеч, причем их разность меньше длины когерентности лазерного излучения. Благодаря этому, а также изменению по линейному закону частоты света на вторых входах первого ветвителя интерферометра и дополнительного ветвителя регистрируют синусоидальные сигналы, частоты которых равны. Поскольку возмущение периметра достигает фотоприемников в разные моменты, то по этой задержке судят о места возмущения охраняемого контура. Для определения степени возмущения периметра формируют опорный невозмущенный синусоидальный сигнал путем создания дополнительного волоконного интерферометра Маха-Цендера. Для этого перед и после волоконной катушкой при помощи дополнительных ветвителей ответвляют по ходу второго луча два дополнительных луча, совмещают их при помощи третьего дополнительного ветвителя и регистрируют на его выходе опорный синусоидальный сигнал. Сравнивая фазы опорного и сигнала со второго выхода первого ветвителя интерферометра судят о степени возмущения периметра.

Устройство для реализации способа прототипа содержит последовательно установленные и соединенные лазер с волоконно-оптическим выходом и волоконно-оптический ветвитель, один из выходов которого соединен со входом первого волоконно-оптического ветвителя интерферометра Маха-Цендера, а другой выход этого ветвителя подключен ко входу дополнительного двунаправленного ветвителя, в свою очередь выход которого соединен со входом второго волоконно-оптического ветвителя интерферометра Маха-Цендера. К вторым входам первого и дополнительных ветвителей подключены блоки регистрации интерференционных сигналов. Для увеличения точности определения места возмущения периметра в одно из плеч интерферометра установлена волоконная катушка, при этом разность хода интерферирующих лучей меньше длины когерентности света. Благодаря изменению частоты излучения лазерного света по пилообразному закону и наличию, упомянутой выше, разности хода интерференционный сигнал представляет собой синусоиду. Это позволяет с хорошей точностью регистрировать задержку возмущения пучков, распространяющихся в интерферометре Маха-Цендера в противоположных направлениях при возмущении периметра. А эта задержка однозначно связана с местом возмущения периметра.

Для регистрации степени возмущения периметра используется дополнительный интерферометр Мах-Цендера, который образован дополнительным первым ветвителем, установленным перед волоконной катушкой, дополнительными вторым и третьим ветвителями. Третий установлен после катушки, а второй совмещает пучки ответвленные первым и третьим ветвителями. Таким образом на выходе второго ветвителя регистрируется дополнительный интерференционный сигнал, той же частоты, что и первых два сигнала, но с невозмущенной фазой. Сравнение дополнительного невозмущенного сигнала с возмущенным при помощи синхронного детектора позволяет судить о степени возмущения периметра.

Недостатком указанных способа и устройства для его реализации является зависимость точности определения места проникновения в охраняемый периметр от величины возмущения волоконного кабеля. Поэтому использование такой системы путем прокладки чувствительного кабеля в грунте ограничено.

Задача, на решение которой направлено создаваемое изобретение заключается в создании способа определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов и устройство для его реализации, которые позволяют решить поставленную задачу в любых условиях эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов интерферометр чувствительного кабеля выполняют в виде последовательного ряда интерферометров Майкельсона, причем число зон равно количеству этих интерферометров, разность длины путей интерферирующих пучков в которых меньше длины когерентности света, при этом эта разность для всех интерферометров чувствительного кабеля неодинакова, излучение на вход всех интерферометров чувствительного кабеля направляется при помощи двунаправленных ветвителей, соединенных последовательно при помощи отрезков одномодового волокна, причем длина этих отрезков больше длины когерентности используемого света, регистрируют на втором входе объектного двунаправленного ветвителя, как результат интерференции во всех интерферометрах чувствительного кабеля, сумму синусоидальных сигналов с разными частотами, соответствующими разным значениям разности плеч интерферометров Майкельсона, из синусоидального сигнала дополнительного интерферометра формируют сетку опорных частот путем умножения его частоты на коэффициенты равные отношению разности хода в плечах интерферометров Майкельсона и дополнительного интерферометра и добавления постоянной величины, при помощи ряда смесителей, на один из входов которых направляют синусоидальные сигналы, соответствующие одной из частот сформированной сетки, а на вторые входы интерференционный сигнал, который регистрируют на втором входе объектного двунаправленного ветвителя, выделяют ряд сигналов промежуточной частоты, соответствующие постоянной добавке при формировании сетки частот, по фазе этих сигналов судят о возмущении зон, а по номеру смесителя о месте возмущения.

Поставленная задача в устройстве определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов решается тем, что за выходом объектного ветвителя последовательно установлен ряд ветвителей чувствительного кабеля, каждый из которых соответствует одной зоне, причем вход первого соединен с выходом объектного ветвителя, а каждые входа последующих ветвителей подключены к выходам предыдущих ветвителей посредством волоконного отрезка, длина которого больше длины когерентности лазерного света, за вторым выходом каждого ветвителя чувствительного кабеля установлен волоконно-оптический интерферометр Майкельсона, содержащий ветвитель, два отрезка волокна разной длины, с нанесенными зеркальными покрытиями на одном конце, причем к выходу каждого ветвителя чувствительного кабеля подключен вход соответствующего ветвителя интерферометра Майкельсона, а к его выходам подсоединены вторые концы отрезков волокна, разница длин которых меньше длины когерентности света лазера и неодинакова для всех интерферометров Майкельсона, второй выход первого ветвителя подключен ко входу первого дополнительного ветвителя, а выход волоконной катушки соединен со вторым входом второго дополнительного ветвителя, блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра содержит последовательно установленные за выходом второго дополнительного ветвителя один поляризатор с возможностью вращения его ориентации вокруг оси, совпадающей с выходом второго дополнительного ветвителя, один фотоприемник, выход которого является выходом этого блока, блок регистрации интерференционного сигнала имеет три выхода, которые являются выходами фотоприемников, блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра подключен к первым входам формирователей сетки опорных частот, количество которых равно числу интерферометров Майкельсона в чувствительном кабеле, ко вторым входам упомянутого формирователя подключен выход генератора промежуточной частоты, а частота на выходе каждого формирователя определяется выражением

Fn = Fref * Ln / Lref + Fprom, где

Fref - частота интерференционного сигнала дополнительного интерферометра,

Ln - разность длин плеч n-ого интерферометра Майкельсона чувствительного кабеля,

Lref - разность длин плеч дополнительного интерферометра,

Fprom - промежуточная частота,

выход каждого формирователя сетки опорных частот подключен к первым входам группы из трех смесителей, число групп смесителей равно количеству опорных частот, а ко вторым входам смесителей каждой группы подключены соответственно три выхода блока регистрации интерференционного сигнала, выходы смесителей каждой группы соединены с блоком сумматора сигналов, содержащего три квадратора, сумматор и схему деления частоты сигнала на два, причем вход каждого квадратора является входом блока, выходы квадраторов подключены ко входам сумматора, в свою очередь выход сумматора соединен со входом схемы деления частоты сигнала на два, выход которой является выходом блока сумматора, каждый из которых соединен с первым входом блоков определения возмущения зон, выполненных в виде синхронных детекторов, второй вход которых подключен к генератору промежуточной частоты.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображена схема устройства.

Для того, чтобы исключить зависимость точности определения места возмущения от степени возмущения необходимо разбить периметр на зоны. В то же время необходимо определять возмущения в зонах одновременно, несмотря на то, что они объединены единственным волокном, подводящим к ним излучение. Один из путей для реализации этого подхода это частотное уплотнение. Т.е. зонам должен соответствовать сигналы с разной частотой.

В схеме прототипа интерференционный сигнал представляет собой синусоиду, благодаря двум факторам, первый - это изменение по пилообразному закону частоты излучения лазера, а второй - разность хода в плечах интерферометра. В самом деле в этом случае частоты интерферирующих лучей, благодаря задержки друг относительно друга смещены, а результат их интерференции есть синусоида с частотой равной величине этого смещения. Следовательно, если сделать разность плеч всех интерферометров чувствительного кабеля разной, то и сигналы соответствующие разным зонам будут характеризоваться разной частотой, т.е. реализуется принцип частотного уплотнения. Блок регистрации интерференционного сигнала регистрирует интерференцию лучей во всех интерферометрах чувствительного кабеля, причем относительная ориентация поляризации этих лучей может принимать любое значение от 0 до 90 градусов, т.е. сигнал может изменяться от нуля до максимального значения. Для устранения этого недостатка, апертуру света на выходе объектного ветвителя делят на три зоны, в каждой из которых установлен поляризатор, причем ориентации у них различны. 120 градусов - оптимальная величина для взаимной ориентации поляризаторов. За каждым из поляризаторов установлен фотоприемник, фаза сигналов с фотоприемников может отличаться на 180 градусов, поэтому их суммируют только после фильтрации и возведении в квадрат.

При возмущении чувствительного кабеля происходит модуляция фазы интерференционных сигналов. Для того, чтобы ее определить, необходим сигнал с той же частотой, но невозмущенной фазой. Для этого создается сетка опорных частот. Поскольку частота сигналов пропорциональна разности плеч интерферометров, то сигнал той же частоты, что и в интерферометрах чувствительного кабеля возможно получить умножением невозмущенной частоты сигнала дополнительного интерферометра на коэффициенты равные отношению разности хода в плечах интерферометров Майкельсона и дополнительного интерферометра.

Заявляемый способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого представлена на фиг. 1. На рисунке показаны лазер с волоконно-оптическим выходом 1, включающий схему перестройки частоты излучения по пилообразному закону, первый ветвитель 2, объектный ветвитель 3, блок регистрации интерференционного сигнала 4, первый дополнительный ветвитель 5, второй дополнительный ветвитель 6, волоконная катушка 7, блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра 8, ветвители чувствительного кабеля 9, волоконные отрезки 10, ветвители волоконно-оптических интерферометров Майкельсона 11, отрезки волокна с зеркальным покрытием 12, формирователей сетки опорных частот 13, Генератор промежуточной частоты 14, группы смесителей 15, блоки сумматоров сигнала 16, блоки определения возмущения зон 17.

Выход лазера 1 подключен ко входу волоконно-оптического ветвителя 2, выход которого соединен с входом объектного ветвителя 3, к другому входу ветвителя 3 подключен блок регистрации интерференционного сигнала 4, второй выход первого ветвителя 2 соединен со входом первого дополнительного ветвителя 5, первый выход которого подключен к первому входу второго дополнительного ветвителя 6, второй выход первого дополнительного ветвителя 5 соединен со входом волоконной катушки 7, выход которой подключен ко второму входу второго дополнительного ветвителя 6, к выходу ветвителя 6 подключен блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра 8, к выходу объектного ветвителя 3 последовательно подключены ветвители 9 чувствительного кабеля при помощи волоконных отрезков 10, ко вторым выходам ветвителей 9 подсоединены входы ветвителей волоконно-оптических интерферометров Майкельсона 11, к выходам ветвителей 11 подключены отрезки волокна с зеркальным покрытием 12, с выходом блока регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра 8 соединены первые входы формирователей сетки опорных частот 13, выход генератора промежуточной частоты 14 подключен к его вторым входам, выходы каждого формирователя сетки опорных частот 13 подключены к первым входам групп смесителей 15, объединяющих три смесителя, ко второму входу каждого из группы смесителей подсоединен один из трех выходов блока регистрации интерференционного сигнала 4, к выходам каждого из группы смесителей 15 подключен один из трех входов блока сумматоров сигнала 16, к выходам сумматоров сигнала подключены первые входы блоков определения возмущения зон 17, а ко вторым его входам подсоединен выход генератора промежуточной частоты 14.

Устройство определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объекта работает следующим образом. Когерентное излучение с выхода лазера 1, частота которого изменяется по пилообразному закону путем изменения тока, при помощи одномодового волокна поступает на вход ветвителя 2. Поскольку устройство в целом является интерферометрическим, все волоконно-оптические компоненты являются одномодовыми. Часть излучения ветвитель 2 направляет на вход двунаправленного ветвителя 3, который с одной стороны направляет дальше излучение в чувствительный кабель, а с другой стороны в обратном ходе служит для регистрации интерференции пар лучей в интерферометрах чувствительного кабеля. Для этого к его второму выходу (входу) подключен блок регистрации интерференционного сигнала 4.

Уменьшение вплоть до нуля интерференционного сигнала вследствие неоптимальной ориентации поляризации интерферирующих лучей можно исключить, если за выходом ветвителя 3 расположить три различно ориентированных поляризаторов, не перекрывающих друг друга, установленных в одной плоскости, сумма площадей которых равна выходной апертуре световода, за каждым из которых установлены фотоприемники. Поскольку фазы сигналов на выходе фотоприемников могут отличаться на 180 градусов, их можно складывать, во-первых, предварительно отфильтровав, а во-вторых, например, после возведения в квадрат. Поэтому блок 4 имеет три выхода, каждый из которых является выходом фотоприемника.

Другую часть излучения ветвитель 2 направляет в дополнительный интерферометр, состоящий из ветвителей 5, 6 и в одном из плеч которого установлена волоконная катушка 7, длина которой меньше длины когерентности лазера. Этот оптоволоконный интерферометр Маха-Цендера служит для получения опорного сигнала с невозмущенной фазой. Для регистрации интерференционного сигнала в блоке 8 также установлен поляризатор, но поскольку сигнал представляет собой единственную синусоиду, вращая ориентацию этого поляризатора добиваются максимальной амплитуды сигнала.

Посредством ветвителя 3 излучение лазера направляется в чувствительный кабель, который представляет собой сумму последовательно соединенных волоконно-оптических интерферометров Майкельсона. Кабель разбивается на зоны посредством муфт, в которых установлены компоненты этих интерферометров, кроме того длина этих зон должна быть больше длины когерентности лазерного излучения для того, чтобы свет отраженный от зеркал разных интерферометров не интерферировал между собой. В муфтах находятся ветвители 9, которые предназначены для ответвления излучения лазера в интерферометры. Они связаны волоконными отрезками 10. Причем чем ближе к началу кабеля располагается ветвитель, тем меньшую света часть он ответвляет в интерферометр. Например, если имеется четыре зоны, первый ветвитель имеет отношение 1 к 3, второй 1 к 2 и третий 1 к 1. При таких параметрах амплитуды интерференционных сигналов будут равны. В тех же муфтах располагается ветвители интерферометров Майкельсона 11. Его входы подключены к выходам ветвителей 9, ответвляющих меньшую часть света. К выходам ветвителей 10 подсоединены отрезки волокна с нанесенными зеркалами на концах, они не равны и их разность длин неодинакова для всех зон. Именно это позволяет реализовать принцип частотного уплотнения. Концы отрезков 12 с нанесенными покрытиями располагаются в муфте следующей зоны или в отдельной муфте, если это последняя зона. Также возможен вариант кабеля, когда для увеличения чувствительности отрезки располагаются в последующей и предыдущих муфтах относительно той, в которых находятся ветвители 9 и 11. В этом варианте количество муфт удваивается.

Сигнал с выхода блока 8 поступает на первый вход формирователей сетки опорных частот 13. На второй вход поступает синусоидальный сигнал промежуточной частоты с генератора 14. Отношение разности хода в плечах интерферометров Майкельсона и дополнительного интерферометра можно представить дробью, например, с точностью до третьего знака после запятой. В этом случае знаменатель будет 1000, а числитель в несколько раз больше или меньше. Это зависит от упомянутого выше отношения. Т.е. если умножить исходную частоту на число, стоящее в числителе, а затем поделить на 1000, то реализуется процедура умножения исходной частоты на дробь. Для умножения в блоке 13 используется система с фазовой автоподстройкой частоты, т.е петля обратной связи: управляемый генератор-делитель частоты - фазовый детектор-фильтр низкой частоты - управляемый генератор. Причем второй вход фазового детектора является первым входом блока 13, т.е. на него поступает сигнал, который необходимо умножить. Число, на которое необходимо умножить является параметром делителя частоты, находящегося в цепи обратной связи. Деление на число знаменателя 1000 осуществляется сходным делителем частоты. В этом же блоке происходит смещение, умноженной на коэффициент исходной частоты, на постоянную величину, равную промежуточной частоте. Это осуществляется при помощи классического смесителя, состоящего из умножителя двух сигналов и фильтра. Сигнал промежуточной частоты поступает на второй вход блока 13 с генератора промежуточной частоты 14.

В смесителях 15 происходит вычитание из невозмущенной и сдвинутой частоты из блоков 13 и потенциально возмущенных частот сигналов с блока 4. Поскольку этих сигналов три, то и смесителей три, т.е. смесители 15 разбиты на группы. Эти группы соответствуют зонам. На этом этапе и происходит разделение суммарного сигнала, соответствующего кабелю, на отдельные сигналы соответствующие зонам. Это достигается тем, что на каждую группу поступает своя частота гетеродина с блоков 13.

Три сигнала каждой группы смесителей поступает на входы сумматора 16. Эти сигналы имеют одну и туже частоту, но могут отличаться по фазе на 180 градусов. Прежде чем сложить, их в блоке 16 возводят в квадрат при помощи квадратора напряжения. Сложение происходит при помощи классического сумматора, выполненного при помощи операционного усилителя, постоянная составляющая убирается переходным конденсатором. В результате операции возведения в квадрат частота сигнала удвоилась. В блоке 16 частоту сигнала делят на два при помощи, последовательно установленных компаратора и одноразрядного счетчика.

С выхода блоков 16 цифровой сигнал промежуточной частоты подается на первые входа блоков определения возмущения зон 17, на вторые входа этих блоков подается сигнал с генератора 14. Блоки 17 представляют собой синхронные детекторы. Сравниваются потенциально возмущенный сигнал с блоков 16 и невозмущенный сигнал той же частоты с блока 14. Сигнал с выхода синхронного детектора имеет произвольную начальную фазу, поэтому блок 17 снабжен фильтром высокой частоты для фильтрации постоянной составляющей. Таким образом на выходе этого фильтра напряжение отражает мгновенное значение возмущения зоны чувствительного кабеля, а номер блока соответствует месту возмущения.

В настоящее время промышленность выпускает лазерные диоды с распределенной обратной связью, их параметры в наибольшей степени подходят для созданиия разницы частот лучей. Например модель FF-1530-1610-40-DFB-BTF-B. (FRANKFURT LASER) Длина волны 1.55 мкм. Эта модель имеет встроенный изолятор. Длина когерентности этих лазеров достигает 50 м, что меньше длины типичной зоны (100-200 м) и в тоже время больше разности хода в плечах интерферометров (1-10 м). Перестройка осуществляется изменением температуры диода. Удобнее изменять температуру лазера, путем изменения его тока. При упомянутых значениях разности плеч интерферометров частоты сигналов лежат в диапазоне 10-100 КГц. Этого вполне достаточна для регистрации процессов с полосой частот не более 5 КГц. Частотный спектр возмущения световодов человеком, ветром и т.д. не превышает эту величину.

В качестве одномодовых ветвителей можно использовать продукцию компании LASER2000 С-NS-A-C-50-H-22-1550-FC/FC с коэфициентом деления 50%.

Фотоприемники в блоках 4 и 8 выполнены по классической схеме фотодиод -преобразователь ток-напряжение, использующий операционный усилитель. Например, фотодиоды - продукция Hamamatsu G 8370-01, а операционный усилитель AD 8055 компании Analog Device.

Процедура возведения в квадрат в блоках 16 может быть выполнена при помощи аналогового умножителя AD633 компании Analog Device, а сумматор напряжения при помощи операционного усилителя TL081.

Синхронный детектор в блоке 17 также может быть выполнен при помощи аналогового умножителя AD633 и фильтрующей RC цепочки.

Таким образом, предлагаемое изобретение за счет совокупности признаков позволит за счет устранения зависимости определения точности места проникновения от степени возмущения чувствительного кабеля, более надежно защитить промышленные объекты.

Изобретение относится к области волоконно-оптической интерферометрии и может быть использовано в аппаратуре, позволяющей обнаруживать проникновение в охраняемый периметр, например, для предупреждения о преодолении заграждающих барьеров промышленных предприятий. Технический результат в способе и устройстве для его реализации - повышение точности определения места возмущения при слабом возмущении охраняемого периметра. Для реализации данного результата в способе - чувствительный кабель разбивается на зоны, каждая из которых представляет волоконно-оптический интерферометр Майкельсона. Для реализации принципа частотного уплотнения разница оптических путей в интерферометрах разная, а лазер выполнен с возможностью перестройки частоты излучения по пилообразному закону. Интерференционный сигнал представляет собой сумму сигналов с различными частотами, соответствующих разным зонам. Для разделения сигналов используют ряд смесителей и сетку опорных частот. О проникновении в охраняемый периметр судят по сигналам на выходе синхронных детекторов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов, заключающийся в том, что часть излучения источника света с модулированной по пилообразному закону частотой при помощи первого входа объектного двунаправленного ветвителя направляют в чувствительный кабель, содержащий волоконно-оптический интерферометр с разной длиной пути интерферирующих пучков, причем эта разность меньше длины когерентности источника излучения, регистрируют интерференцию лучей интерферометра в виде синусоидального сигнала, частота которого соответствует разности длины путей интерферирующих пучков, другую часть излучения источника света направляют в дополнительный волоконно-оптический интерферометр с разной длиной плеч, причем разность этих плеч также меньше длины когерентности источника излучения, регистрируют интерференцию лучей света в дополнительном интерферометре в виде синусоидального сигнала, частота которого соответствует разности плеч дополнительного интерферометра, сравнивая фазы невозмущенного интерференционного сигнала дополнительного интерферометра и интерференционного сигнала интерферометра в чувствительном кабеле судят о степени возмущения охранной системы, а по месту установки чувствительного кабеля - о зоне проникновения в охраняемый периметр, отличающийся тем, что интерферометр чувствительного кабеля выполняют в виде последовательного ряда интерферометров Майкельсона, причем число зон равно количеству этих интерферометров, разность длины путей интерферирующих пучков в которых меньше длины когерентности света, при этом эта разность для всех интерферометров чувствительного кабеля неодинакова, излучение на вход всех интерферометров чувствительного кабеля направляется при помощи двунаправленных ветвителей, соединенных последовательно при помощи отрезков одномодового волокна, причем длина этих отрезков больше длины когерентности используемого света, регистрируют на втором входе объектного двунаправленного ветвителя как результат интерференции во всех интерферометрах чувствительного кабеля сумму синусоидальных сигналов с разными частотами, соответствующими разным значениям разности плеч интерферометров Майкельсона, из синусоидального сигнала дополнительного интерферометра формируют сетку опорных частот путем умножения его частоты на коэффициенты, равные отношению разности хода в плечах интерферометров Майкельсона и дополнительного интерферометра и добавления постоянной величины, при помощи ряда смесителей, на один из входов которых направляют синусоидальные сигналы, соответствующие одной из частот сформированной сетки, а на вторые входы интерференционный сигнал, который регистрируют на втором входе объектного двунаправленного ветвителя, выделяют ряд сигналов промежуточной частоты, соответствующие постоянной добавке при формировании сетки частот, по фазе этих сигналов судят о возмущении зон, а по номеру смесителя - о месте возмущения.

2. Устройство определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов для реализации способа по п.1, содержащее последовательно установленные блок лазера с волоконно-оптическим выходом с возможностью перестройки частоты излучения по пилообразному закону, первый ветвитель, объектный ветвитель, чувствительный кабель, причем выход лазера соединен со входом первого ветвителя, первый выход которого подключен к первому входу объектного ветвителя, ко второму входу объектного ветвителя подключен блок регистрации интерференционного сигнала, содержащий три поляризатора, три фотоприемника, причем поляризаторы установлены в одной плоскости, а ориентация их осей поляризации различна, а сумма площадей равна выходной апертуре интерферирующих лучей, за каждым из поляризаторов установлен фотоприемник, компоненты дополнительного волоконно-оптического интерферометра, а именно первый дополнительный ветвитель, волоконная катушка, длина которой меньше длины когерентности лазерного света, второй дополнительный ветвитель, причем первый выход первого дополнительного ветвителя подключен к первому входу второго дополнительного ветвителя, второй выход первого дополнительного ветвителя соединен со входом волоконной катушки, к выходу второго дополнительного ветвителя подключен блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра, отличающееся тем, что за выходом объектного ветвителя последовательно установлен ряд ветвителей чувствительного кабеля, каждый из которых соответствует одной зоне, причем вход первого соединен с выходом объектного ветвителя, а каждые входы последующих ветвителей подключены к выходам предыдущих ветвителей посредством волоконного отрезка, длина которого больше длины когерентности лазерного света, за вторым выходом каждого ветвителя чувствительного кабеля установлен волоконно-оптический интерферометр Майкельсона, содержащий ветвитель, два отрезка волокна разной длины, с нанесенными зеркальными покрытиями на одном конце, причем к выходу каждого ветвителя чувствительного кабеля подключен вход соответствующего ветвителя интерферометра Майкельсона, а к его выходам подсоединены вторые концы отрезков волокна, разница длин которых меньше длины когерентности света лазера и неодинакова для всех интерферометров Майкельсона, второй выход первого ветвителя подключен ко входу первого дополнительного ветвителя, а выход волоконной катушки соединен со вторым входом второго дополнительного ветвителя, блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра содержит последовательно установленные за выходом второго дополнительного ветвителя один поляризатор с возможностью вращения его ориентации вокруг оси, совпадающей с выходом второго дополнительного ветвителя, один фотоприемник, выход которого является выходом этого блока, блок регистрации интерференционного сигнала имеет три выхода, которые являются выходами фотоприемников, блок регистрации интерференционного сигнала дополнительного интерферометра подключен к первым входам формирователей сетки опорных частот, количество которых равно числу интерферометров Майкельсона в чувствительном кабеле, ко вторым входам упомянутого формирователя подключен выход генератора промежуточной частоты, а частота на выходе каждого формирователя определяется выражением

Fn=Fref*Ln/Lref+Fprom, где

Fref - частота интерференционного сигнала дополнительного интерферометра,

Ln - разность длин плеч n-ого интерферометра Майкельсона чувствительного кабеля,

Lref - разность длин плеч дополнительного интерферометра,

Fprom - промежуточная частота,

выход каждого формирователя сетки опорных частот подключен к первым входам группы из трех смесителей, число групп смесителей равно количеству опорных частот, а ко вторым входам смесителей каждой группы подключены соответственно три выхода блока регистрации интерференционного сигнала, выходы смесителей каждой группы соединены с блоком сумматора сигналов, содержащего три квадратора, сумматор и схему деления частоты сигнала на два, причем вход каждого квадратора является входом блока, выходы квадраторов подключены ко входам сумматора, в свою очередь выход сумматора соединен со входом схемы деления частоты сигнала на два, выход которой является выходом блока сумматора, каждый из которых соединен с первым входом блоков определения возмущения зон, выполненных в виде синхронных детекторов, второй вход которых подключен к генератору промежуточной частоты.