ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ РЭЛЕЕВСКОГО РАССЕЯНИЯ

Полезная модель относится к оптико-волоконным устройствам, предназначенным для охраны объектов с большой территорией.
Общеизвестные охранные оптоволоконные устройства (см., например, патенты на изобретение №2128858, 1999 г., или №2311687, 2004 г.) в основном предназначены для охраны объектов с небольшим периметром. Ввод светового импульса, осуществляется в начале оптического кабеля, а вывод на его конце, который обычно находятся на пульте контроля. При этом, сам оптический кабель, обычно, охватывает периметр охраняемой территории, например, охранная система «Сова» (7.html). В устройстве имеется блок приема оптического излучения (БПи), и блок обработки (БО), позволяющие определить вибрацию кабеля и приблизительно локализовать участок механического воздействия вдоль кабеля, путем обработки полученной блоком БПи информации.
Известны также, волоконно-оптические устройства охранной сигнализации (см., например, патент на изобретение №95108004, 1997 г.), работающие на основе анализа отраженного светового сигнала в многомодовом волоконно-оптическом кабеле. Однако размеры охраняемых объектов с помощью таких устройств ограничены сотнями метров (до 1 км), а участок локализации воздействия не может быть менее 100 м.
Техническим результатом заявляемой полезной модели «Волоконно-оптическое охранное устройство на основе рэлеевского рассеяния», является увеличение дальности обнаружения механического воздействия на оптоволоконный кабель (почти на два порядка, до 100 км), и увеличение точности локализации этого воздействия (со 100 до 3-х метров, за счет технического решения).
Технический результат достигается тем, что в заявляемой полезной моделе. используется одномодовый оптоволоконный кабель, а механическая вибрация, воздействующая на кабель, вследствие рэлеевского рассеяния света в одномодовом оптоволокне, приводит к его линейной поляризации. Устройство содержит блок для формирования оптического зондирующего сигнала, и его направленного ввода в акустически чувствительное волокно 5 (АЧВ) волоконно-оптического кабеля (фиг.1). Эту функцию выполняет генератор лазерного излучения 1 (ГЛИ), работающий в непрерывном режиме на длине волны в инфракрасном спектре, с узкой линией и высокой мощностью. В устройстве имеется блок приема и предварительной обработки сигналов, отраженных от хаотически расположенных в 5 (АЧВ) центров рэлеевского рассеяния. Излучаемый 1 (ГЛИ) сигнал, делится в соотношении 20:80% с помощью оптического разветвителя 2(ОР). При этом большая часть излучаемого сигнала, преобразуется в модуляторе оптического излучения 3 (МОИ) в сдвинутый по частоте на 100 МГц импульсный сигнал. В состав 3 (МОИ) входит акустический модулятор, а формирование зондирующего сигнала осуществляется с помощью двойного балансного смесителя и балансного усилителя мощности. На вход 1 формирователя зондирующего сигнала 6 (ФЗС) подаются короткие (50 нс) периодические импульсы с большой скважностью (период 50 мкс). а на вход 2 подается синусоидальный сигнал с частотой 100 МГц.
Оптический зондирующий сигнал после модуляции в 3 (МОИ) через оптический циркулятор подается в 5 (АЧВ). Отраженный от центров рэлеевского рассеяния в 5 (АЧВ) сигнал, возвращается в плечо 2 оптического циркулятора 4 (ОЦ), и через него поступает на вход 1 узла балансного фото-детектирования 8 (БФД). На другой 2-й вход балансного фото-детектирования 8 (БФД) поступает немодулированный сигнал со второго выхода 2(ОР). Согласование состояний поляризации и фаз осуществляет регулятор 7 (РПФ). Электрический импульсный сигнал с частотой заполнения 100 МГц на выходе 8 (БФД) демодулируется с помощью смесителя 9 (СМ), аналогичного смесителю в 6 (ФЗС), и импульсы, амплитуда которых зависит от изменения фазы оптического излучения вследствие акустического воздействия, выделяются с помощью фильтра нижних частот 10(ФНЧ) с полосой 20 МГц.
Были проведены испытания заявляемой полезной модели. При этом в устройстве использовалось следующее стандартное оборудование:
1. ГЛИ - генератор лазерного излучения (использовался прецизионный лазер PS-LM-1550.92-100-06, работающий в непрерывном режиме на длине волны 1550.92 нм;
2. ОР - оптический разветвитель (использовался СЕ-1-2X2-1,3/1,55-20%*80%-10-FC/APC);
3. МОИ - модулятор оптического излучения (использовался акустический модулятор АОМ -1550-01);
4. ОЦ - оптический циркулятор (CIR-4-15-1-10-FА);
5. АЧВ - акустически чувствительное волокно (G.652);
6. ФЗС - формирователь зондирующего сигнала (использовался двойной балансный смеситель на микросхеме LAM - 81008, и балансный усилитель мощности на двух микросхемах BGY85);
7. РПФ - регулятор поляризации и фаз (FPC030);
8. БФД - балансный фотодетектор (PDB410);
9. СМ- смеситель (LAM-81008);
10. ФНЧ - фильтр нижних частот;
В процессе испытаний было установлено, что дальность обнаружения механического воздействия на оптоволоконный кабель значительно увеличилась (с 1 км, до 100 км).
Точность волоконно-оптического охранного устройства на основе рэлеевского рассеяния, при определении места механического воздействия на оптический одномодовый кабель увеличилась в несколько десятков раз, и при длине кабеля 5 км, составляла всего 5 м.
Данную полезную модель можно с успехом использовать для охраны объектов, соизмеримых по площади с Москвой, ограниченной МКАД. Очень эффективно данное устройство может применяться для охраны нефтепроводов и газопроводов, а также, автомобильных и железнодорожных магистралей большой протяженности, и для охраны пограничной полосы.