Система охраны периметра на основе волоконно-оптических интерферометров

С.Н. ТУРТАЕВ

Научный руководитель – М.И. БЕЛОВОЛОВ¹, к.ф.-м.н., в.н.с.

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

¹Научный центр волоконной оптики РАН, Москва
СИСТЕМА ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРА НА ОСНОВЕ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
В данной работе предложена новая схема регистрации виброакустических сигналов с возможностью определения координаты воздействия отсчитываемой вдоль световода. Для вычисления координаты используются сигналы совмещенных интерферометров Саньяка и Майкельсона. На основе предложенной схемы построен макет системы охраны периметра.
В последнее время бурное развитие получили распределенные волоконно-оптические системы для задач охраны периметра и целостности протяженных сооружений. Это обусловлено высокой чувствительностью, невосприимчивостью к электромагнитным помехам и низкой стоимостью распределенных волоконно-оптических систем. Наиболее высокой чувствительностью обладают волоконные системы, использующие принцип двухлучевой интерферометрии. Именно к этому типу систем относится предлагаемая нами схема (Рис.1).
Рис.1. Схема волоконно-оптической системы охраны периметра, основанной на совмещенный интерферометрах Саньяка и Майкельсона
Излучение супрелюминесцентного диода(СЛД) с длиной волны λ=1.3 мкм и лазерного диода(ЛД) с λ=1.55 мкм смешиваются при помощи мультиплексора (λ-м) и через ответвитель (3х3) попадают в волоконную линию («петлю»), которая, для излучения с λ=1.3 мкм, представляет собой интерферометр Саньяка. А для излучения λ=1.55 мкм «петля» образует интерферометр Майкельсона, благодаря волоконной решетке показателя преломления (ВБР), записанной на λ=1.55 мкм и помещенной в центре петли. Далее, сигналы интерферометров раздельно регистрируются на разных фотоприемных модулях (ФП2 и ФП3). Использование волоконного ответвителя 3х3 и дополнительного фотоприемника (ФП1) позволяет избавиться от эффекта фединга – замирания сигнала интерферометра Майкельсона [2].

Основой определения координаты воздействия в предлагаемом методе является сигнал Саньяка, который согласно [1] имеет вид:

Видно, что данный сигнал содержит координату Z. Чтобы ее выделить, необходимо воспользоваться сигналом интерферометра Майкельсона U_М(t) в этот же момент времени t, так как его величина пропорциональна разности фаз U_М(t)(t) интерферирующих лучей. Если теперь взять производную сигнала интерферометра Майкельсона и разделить на нее сигнал с выхода интерферометра Саньяка U_С(t), то получим координату с точностью до констант.

Таким образом, сигнал U_С(t) на выходе интерферометра Саньяка необходимо фактически откалибровать (масштабировать) по интерферометру Майкельсона в момент времени t, и мы получим информацию о текущей координате Z физического воздействия на волокно.

Для подтверждения принципов изложенных выше, был создан макет предложенной системы с длиной измерительного плеча 100м, на котором было достигнуто пространственное разрешение в 1м.

В данный момент идет создание автоматизированной системы охраны периметра протяженностью 20км и разработка программного обеспечения с возможностью распознавания нарушителя по частотному портрету.

Список литературы

1. J.P.Dakin, et. al, Proc. SPIE, vol.838, 325-328(1987).

2. B.Chiu, M.C.Hastings “Digital demodulation for passive homodyne optical fiber interferometry based on 3x3 coupler”, Proc. SPiE, 1994, 2292 371-381.