一種基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統的製作方法
2023-09-21 21:32:55 1
技術領域：
本發明涉及光纖傳感及周界安防領域，具體的說是一種基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統。
背景技術：
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以光纖傳感技術為基礎的周界安防系統是隨著光纖通信技術的發展而逐步發展起來的一種新型周界防入侵技術。與其它類型的監控技術相比,光纖傳感技術具有顯著的特點。光纖傳感以光纖為媒介,光波為信息載體,利用光纖的一維空間連續特性來感知和傳輸外界測量信號,整個光纖長度上任一點都是敏感點,沿光纖鏈路不存在檢測盲區。光纖既是傳感媒質,又是傳輸介質,使得傳感系統的結構也大為簡化。光纖本身電絕緣,抗電磁幹擾,耐高溫高壓,耐化學腐蝕,布設靈活,因此適用於各種空間環境,並特別適用於易燃、易爆、強電磁幹擾等惡劣環境。此外,光纖傳感技術,能與現代通信設備高度融合,易於組建大範圍長距離的網絡型傳感,從而更有利於實現周界安防探測系統。
光纖周界安防系統按照原理分類有強度型、偏振型、相位幹涉型等，其中相位幹涉型光纖周界安防系統因其靈敏度高、測量精度高而得到最廣泛的應用。相位幹涉型光纖周界安防系統根據其具體解調方式又可劃分為可以準確定位的型、型以及可以按照防區定位的michelson(m-z)幹涉儀型。定位型光纖周界安防系統依賴光纖中的瑞利散射信號作為信號解調的原始信號，瑞利散射強度比入射信號低50db以上，屬於弱信號探測領域，對光學系統噪聲、放大能力及信號採集系統的採樣精度及硬體要求提出了非常高的要求，因此也造成了系統成本居高不下，限制了該方案的進一步推廣應用。目前防區型光纖周界安防系統雖然採用了幹涉的方式，提高了入侵探測的靈敏度，且有成本優勢，但由於解調方式的限制，僅能夠分析入侵信號的頻率及強度信息，並未對相位信息進行完整解調，造成解調信號與實際入侵信號的相關度偏低，在實際應用中會引起大量誤報警，漏報警現象的出現，在對安全級別及準確度要求較高的場合，該種方案的應用受到了較大限制。
技術實現要素：
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本發明針對現有技術中存在的缺點和不足，提出了一種可以在降低系統成本的前提下實現大於64防區入侵、振動信號的實時在線監測，且能夠實現大動態範圍信號探測及入侵完整信息還原，大大提高可探測信號的範圍及探測準確度，降低甚至消除誤報及漏報現象的基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統。
本發明通過以下措施達到：
一種基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統，其特徵在於包括多波長單頻雷射發射單元(1)、光源防護單元(2)、波長復用單元(3)、脈衝調製單元(4)、功率放大器(5)、功率分配器(6)、空分傳感陣列(7)、前置放大單元(8)、波長解復用單元(9)、幹涉匹配單元(10)、光電轉換與解調單元(11)、顯示及控制單元(12)，其中空分傳感陣列(7)包含傳輸光纜(701)及波分傳感陣列(702)，每組波分傳感陣列(702)包含多組波長刪復用器(7021)、波長增復用器(7022)與幹涉儀(7023)，每支幹涉儀(7023)對應一個單頻光源波長，波長刪復用器(7021)的com埠為輸入埠，透射埠連接幹涉儀(7023)的輸入端，反射埠連接下一個波長刪復用器的com埠，依次類推；幹涉儀(7023)的輸出端連接相應波長增復用器(7022)的透射端，波長增復用器(7022)的反射端連接前一個波長增復用器的com端，依次類推；每一組波長增/刪復用器對應一支幹涉儀；多波長單頻雷射發射單元(1)輸出不同波長的連續光信號，光信號進入通道數與輸出波長數目相等的光源防護單元(2)，光源防護單元(2)的輸出埠分別與波長復用單元(3)的相應輸入埠相連接，波長復用單元(3)將不同波長的光信號耦合進同一根光纖並輸入脈衝調製單元(4)，脈衝調製單元(4)將波分復用後的連續光信號調製成具有一定脈衝寬度的脈衝信號並輸入功率放大器5進行放大，經放大後的脈衝光信號輸入功率分配器(6)，功率分配器(6)的輸出通道數目與空分傳感陣列(7)中的波分傳感陣列(702)的數量相等，每組波分傳感陣列(702)按照其對應的傳感光纖長度不同依次排列，波分傳感陣列內部的幹涉儀(7023)也按照其傳感臂光纖的長度依次排列構成不同的入侵振動傳感防區，每支幹涉儀探測到本防區內部的振動與入侵信號後返回前置放大單元(8)，前置放大單元(8)將各波分傳感陣列返回的信號分別進行放大後並輸入波長解復用單元(9)，波長解復用單元(9)將不同空分對應不同波長的信號分別輸入幹涉匹配單元(10)，幹涉匹配單元(10)將不同波分不同空分對應的幹涉儀兩臂的脈衝信號進行匹配並幹涉；幹涉匹配單元(10)將所有幹涉儀對應的幹涉信號輸出至光電轉換與解調單元(11)，解調單元(11)對幹涉信號進行光電轉換並解調還原出信號的振動強度、頻率及相位等信息，經由顯示及控制單元(12)完成解調信號的顯示及參數設置。
本發明所述的多波長單頻雷射發射單元(1)可以輸出以c34通道(1550.12nm)為中心,間隔為100ghz(0.8nm)，每通道功率小於10dbm,線寬小於10khz的光信號，最多輸出波長通道數不大於8，輸出光纖類型可以是g.652d普通單模光纖，也可以是保偏光纖。
本發明所述的光源防護單元(2)為與多波長單頻雷射發射單元(1)輸出波長數目相等的光纖隔離器，其特徵為：帶寬為1550±15nm,峰值隔離度不小於50db,插入損耗小於0.7db,偏振相關損耗不大於0.1db,回波損耗小於55db,最大功率為500mw,輸入輸出光纖類型為g.652d普通單模光纖，與多波長單頻雷射發射單元1以及波長復用單元3之間的連接方式為法蘭盤連接，接頭類型可以是fc/apc,sc/apc,pc/apc或e2000。
本發明所述的波長復用單元(3)工作波長數目與多波長單頻雷射發射單元(1)輸出波長數目相同且一一對應，且中心波長精度小於正負0.1nm,插入損耗小於4db,且各通道間隔離度不低於30db。
本發明所述的脈衝調製單元(4)為光纖聲光調製器，其工作波長為1550±30nm,工作頻率低於120mhz，消光比大於55db,光脈衝上升時間小於50ns，脈衝抖動小於5ns,光纖類型為g.652d普通單模光纖。
本發明所述的功率放大器(5)為edfa摻鉺光纖功率放大器，輸入波長範圍為1528nm～1563nm,輸入光功率小於-5～5dbm,輸出功率0～13dbm可調。輸入隔離度大於40db，噪聲指數小於4.5db。
本發明所述的功率分配器(6)為plc光分路器或fbt熔融拉錐耦合器，分光形式為1×n(n≤64且與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列數目一致)，工作波長為1260～1650nm，插損不大於20db,偏振相關損耗低於0.3db,回波損耗低於55db。
本發明所述的空分傳感陣列(7)為若干組傳輸光纜(701)及其對應波分傳感陣列(702)的組合，波分傳感陣列(702)的數目與功率分配器(6)的通道數目n一致，每組波分傳感陣列(702)的結構完全相同，均包含多組波長刪復用器(7021)，波長增復用器(7022)與幹涉儀(7023)，其中波長增/刪復用器為同一類器件，僅根據使用方式及功能不同區分，其特徵為工作波長與多波長單頻雷射發射單元(1)的波長一一對應，且中心波長精度為±0.1nm,波長規格標準滿足itu要求，信號通頻帶(@-0.5db帶寬)大於0.6nm,透射端插入損耗小於1db,反射端插入損耗小於0.6db,信道平坦度小於0.4db,透射端隔離度大於30db,反射端隔離度大於15db,偏振相關損耗小於0.1db。幹涉儀7023可以是麥可遜幹涉儀也可以是馬赫—澤德幹涉儀。如為麥可遜幹涉儀，波長刪復用器7021連接的是一支2×2耦合器，其兩輸出端分別連接兩個法拉第旋轉鏡，其另外一個輸入端連接波長增復用器7022的透射端；2×2耦合器到法拉第旋轉鏡的光纖，也即光纖幹涉儀的參考臂長度即為對應防區的長度，2km～10km不等，信號臂比參考臂長度長，臂長差為1～50米不等；具體封裝形式為：2×2耦合器與波長增/刪復用器共同封裝在一個防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，兩支法拉第旋轉鏡及信號臂冗餘光纖與其後一組波長增/刪復用器及其相應的2×2耦合器封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推，2×2耦合器工作波長為1550±15nm,輸出插損小於3.4db；法拉第旋轉鏡中心波長為1550nm,帶寬±15nm,旋轉角度雙向90°，插入損耗小於0.5db，耦合器與法拉第旋轉鏡的光纖類型均為g.652d普通單模光纖，如為馬赫-澤德幹涉儀，則波長刪復用器7021連接的是一支1×2耦合器，其兩輸出端分別連接一支2×1耦合器的兩輸入端，該2×1耦合器的輸出端連接波長增復用器7022的透射端，1×2耦合器與2×1耦合器為同類器件，僅根據信號輸入輸出方向以示區分。兩支耦合器之間的連接光纖分別為幹涉儀的信號臂及參考臂，其中參考臂的長度與該幹涉儀對應的防區長度一致，根據防區的不同從2km～10km不等，信號臂比參考臂長度長，臂長差為1～50米不等；具體封裝形式為：1×2耦合器與波長刪復用器共同封裝在一個防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，2×1耦合器與其對應的波長增復用器、其後一組波長刪復用器及信號臂冗餘光纖封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推，1×2耦合器工作波長為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。不同組波分傳感陣列間的區別在於其傳輸光纜701的長度不同，後一條波分傳感陣列前的傳輸光纜長度與前一條波分傳感陣列的長度相同，波分傳感陣列內部不同幹涉儀之間的距離取決於幹涉儀參考臂的臂長，也即該防區長度。
本發明所述的前置放大單元(8)為多塊前置放大器(pre-edfa)的組合，其數量與空分傳感陣列(7)中波分傳感陣列(702)的數量相同且每一塊前置放大器的輸入埠與其對應的波分傳感陣列(702)的輸出埠相連接。每塊前置放大器為針對弱信號優化的前置摻鉺光纖放大器(pre-edfa)，其工作波長範圍為1520～1560nm，輸入光功率範圍為-40～-10dbm,等效噪聲係數小於-3db,典型增益小於16db,輸入端、輸出端隔離度均大於30db。
本發明所述的波長解復用單元(9)包含多塊波長解復用器，波長解復用器與波長復用單元(3)為同種器件，僅根據使用方式不同區分。且波長解復用器的數量與空分傳感陣列(7)中波分傳感陣列(702)的數量一致。
本發明所述的幹涉匹配單元10為一組3×3匹配幹涉儀的組合，3×3匹配幹涉儀的數量與波長解復用單元(9)的輸出通道數一致，其具備一個輸入埠1001及三個輸出埠1002,1003,1004，每個輸入埠1001與波長解復用單元(9)的其中一路輸出埠相連接，且1001埠對應其內部光纖環形器的1埠，光纖環形器的2埠連接3×3耦合器的2輸入埠，3×3耦合器的輸入埠1,3分別對應1002及1004埠，光纖環形器的3埠對應1003埠，3×3耦合器的4,5埠分別連接一支光纖法拉第旋轉鏡，且4埠到其所連接的法拉第旋轉鏡光纖長度為1m,5埠到其所連接的法拉第旋轉鏡光纖長度比4埠所連接光纖長度長，長度差與幹涉儀7023兩臂的臂長差相等，3×3耦合器的6埠懸空，不連接任何器件並需要在光纖端面做燒球處理，3×3耦合器的三個輸出1002,1003,1004埠分別連接光電轉換及解調單元11中的三個連續輸入通道並作為該波長解復用單元(9)輸出通道的原始待解調信號，其它通道連接方式與此通道一致，3×3耦合器帶寬為1550±10nm,通道插入損耗小於6db,額外損耗小於0.3db,偏振相關損耗小於0.15db，光纖類型為g.652d普通單模光纖，法拉第旋轉鏡與幹涉儀7023中的法拉第旋轉鏡為同類器件。
本發明所述的光電轉換及解調單元(11)中的光電轉換單元通道數目與波長解復用單元(9)總輸出通道數目相同，且光電轉換及解調單元(11)的每三個連續通道對應一個3×3匹配幹涉儀的三路輸出，光電轉換及解調單元(11)內部集成了相應數目的通信pin探測器，pin探測器工作波長為1100～1600nm,響應度為0.9a/w，暗電流典型值為0.3na,回波損耗小於-40db,飽和輸入光功率典型值3dbm。光電轉換及解調單元(11)內部集成了能夠執行3×3解調算法的altera公司的5系列fpga晶片及與上位機實現10gbps通信的vitesse公司生產的vsc系列phy晶片。
本發明的3×3解調原理如下：假設每一通道3×3耦合器輸出的三路信號分別為v1、v2、v3，可以分別表示為：
v2＝a+b·cosφ(t)
其中φ(t)＝φs+φn，φs為信號，φn為噪聲，a、b為常數，與發生幹涉的兩束光信號強度有關，由上式可知(v1+v2+v3)/3＝a，三路輸出信號去除直流量a可得：
分別對上述三個式子進行微分可得：
m＝∑[a·(e-f)+b·(f-d)+c·(d-e)]，
k＝g2+h2+i2，φ(t)＝∫m/k；上式信號通過高通濾波器，濾除環境漂移即可得到待檢測信號。
本發明所述的顯示及控制單元(12)為顯示軟體部分，其特徵是能夠顯示波分傳感陣列(702)中任一陣元所表示的防區的振動及入侵信號強度、頻率及相位信息，同時能夠判斷振動及入侵行為類型，包括踩踏、敲擊、攀爬、剪斷及大型設備靠近等。
本發明的有益效果在於：1、本發明採用3×3耦合器解調方案，光源無需進行調製，減小了雷射調製過程中模式跳變對系統穩定性的影響，同時，在解調算法中採用三路信號相加後乘以1/3的方式來得到直流分量，因此消除直流分量後系統不受光源變化的影響，對光源的要求相應降低，使系統成本大大降低。2、本發明採用3×3耦合器解調方案，不僅能夠解調入侵及振動信號的強度及頻率信息，而且能反映信號的相位信息，能夠更準確的判斷信號的行為特徵並作出區分，能夠有效避免目前光纖周界安防領域普遍遇到的誤報、漏報率偏高的問題。3、本發明採用3×3耦合器解調方案，沒有低通濾波器的使用，所以區別於傳統的pgc相位解調方案，保留了幹涉信號bessel函數中的高階小項，系統的動態範圍大大提高(大於160db)，這就使本系統既能夠檢測微弱擾動信號(振動對應的相移量小於10-6rad)，又可以檢測高強度的入侵信息(振動相移量接近103rad),對不同信號的探測適應能力大大提高。4、本發明採用了多種復用方式形成多防區傳感陣列，但是放棄了採用時分復用的常規手段，降低了解調系統對於時序的要求，因此對於光電轉換與解調單元11中光電探測器的帶寬要求也顯著降低，使用通信領域pin探測器即可滿足要求，該類型pin探測器與高帶寬探測器成本相差上百倍，在系統光電轉換通道數量越來越多的情況下，該方案能夠顯著降低系統成本。
附圖說明：
附圖1為本發明的光路結構示意圖。
附圖2為本發明中空分傳感陣列結構示意圖。
附圖3為本發明中波分傳感陣列示意圖。
附圖4為本發明中波分傳感陣列示意圖。
附圖5為本發明中3×3匹配幹涉儀光路。
附圖6為本發明中3×3耦合器方案信號解調框架圖。
附圖標記：多波長單頻雷射發射單元1，光源防護單元2，波長復用單元3，脈衝調製單元4，功率放大器5，功率分配器6，空分傳感陣列7，前置放大單元8，波長解復用單元9，幹涉匹配單元10，光電轉換與解調單元11，顯示及控制單元12，傳輸光纜701，波分傳感陣列702，多組波長刪復用器7021，波長增復用器7022，幹涉儀7023，多組波長刪復用器7021，波長增復用器7022，輸入埠1001，輸出埠1002,1003,1004。
具體實施方式：
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
如附圖所示，本發明提供的一種基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統包含多波長單頻雷射發射單元1，光源防護單元2，波長復用單元3，脈衝調製單元4，功率放大器5，功率分配器6，空分傳感陣列7，前置放大單元8，波長解復用單元9，幹涉匹配單元10，光電轉換與解調單元11，顯示及控制單元12。其中空分傳感陣列7完成振動及入侵信號傳感功能，其餘部分完成信號探測、放大、波長復用/解復用、幹涉匹配、解調、顯示控制等功能；空分傳感陣列7包含傳輸光纜701及波分傳感陣列702，每組波分傳感陣列702包含多組波長刪復用器7021，波長增復用器7022與幹涉儀7023，每支幹涉儀7023對應一個單頻光源波長，波長刪復用器7021的com埠為輸入埠，透射埠連接幹涉儀7023的輸入端，反射埠連接下一個波長刪復用器的com埠，依次類推。幹涉儀7023的輸出端連接相應波長增復用器7022的透射端，波長增復用器7022的反射端連接前一個波長增復用器的com端，依次類推。每一組波長增/刪復用器7021/7022對應一支幹涉儀；
多波長單頻雷射發射單元1輸出不同波長的連續光信號，光信號進入通道數與輸出波長數目相等的光源防護單元2，光源防護單元2的輸出埠分別與波長復用單元3的不同輸入埠相連接，波長復用單元3將不同波長的光信號耦合進同一根光纖並輸入脈衝調製單元4，脈衝調製單元4將波分復用後的連續光信號調製成具有一定脈衝寬度的脈衝信號並輸入功率放大器5進行放大，經放大後的脈衝光信號輸入功率分配器6，功率分配器6的輸出通道數目與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列702的數量相等。每組波分傳感陣列702按照其對應的傳感光纖長度不同依次排列，波分傳感陣列內部的幹涉儀7023也按照其傳感臂光纖的長度依次排列構成不同的入侵振動傳感防區。每支幹涉儀探測到本防區內部的振動與入侵信號後返回前置放大單元8，前置放大單元8將各波分傳感陣列返回的信號分別進行放大後並輸入波長解復用單元9，波長解復用單元9將不同空分對應不同波長的信號分別輸入幹涉匹配單元10，幹涉匹配單元10將不同波分不同空分對應的幹涉儀兩臂的脈衝信號進行匹配並幹涉。幹涉匹配單元10將所有幹涉儀對應的幹涉信號輸出至光電轉換與解調單元11，解調單元11對幹涉信號進行光電轉換並解調還原出信號的振動強度、頻率及相位等信息，經由顯示及控制單元12完成解調信號的顯示及參數設置；
多波長單頻雷射發射單元1輸出不同波長的連續光信號，光信號進入通道數與輸出波長數目相等的光源防護單元2，防止光鏈路上各節點回波對多波長單頻雷射發射單元1造成幹擾或不可逆性損壞。
光源防護單元2的輸出埠分別與波長復用單元3的不同輸入埠相連接，波長復用單元3將不同波長的光信號耦合進同一根光纖並輸入脈衝調製單元4。
脈衝調製單元4將波分復用後的連續光信號調製成具有一定脈衝寬度的脈衝信號。
脈衝光信號進入功率放大器5進行功率放大，彌補光信號調製、傳輸過程中的光功率損耗，同時需要控制功率放大器5的輸出功率，避免空分傳感陣列7中出現非線性效應。
功率放大器5的輸出埠與功率分配器6的輸入埠相連接，功率分配器6的輸出通道數目與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列702的數量相等。每組波分傳感陣列702按照其對應的傳感光纖長度不同依次排列，波分傳感陣列內部的幹涉儀7023也按照其傳感臂光纖的長度依次排列構成不同的入侵振動傳感防區。
每支幹涉儀探測到本防區內部的振動與入侵信號後返回前置放大單元8，前置放大單元8將各波分傳感陣列返回的信號分別進行放大後並輸入波長解復用單元9，波長解復用單元9將不同空分對應不同波長的信號分別輸入幹涉匹配單元10，幹涉匹配單元10將不同波分傳感陣列對應的幹涉儀兩臂的脈衝信號進行匹配並幹涉。
幹涉匹配單元10將所有幹涉儀對應的幹涉信號輸出至光電轉換與解調單元11，光電轉換與解調解調單元11對幹涉信號進行光電轉換並解調還原出信號的振動強度、頻率及相位等信息，經由顯示及控制單元12完成各防區入侵及振動信號的顯示及參數配置功能。
本優選實例中，多波長單頻雷射發射單元2中的單頻雷射器優選美國redfernintegratedopticsinc公司的rioorion系列低相位噪聲窄線寬雷射模塊，可以輸出以c34通道(1550.12nm)為中心,間隔為100ghz(0.8nm)，每通道功率小於10dbm,線寬小於10khz的光信號，最多輸出波長通道數不大於8，輸出光纖類型可以是g.652d普通單模光纖或保偏光纖；光源防護單元2為與多波長單頻雷射發射單元1波長數目相等的光纖隔離器，帶寬為1550±15nm,峰值隔離度不小於50db,插入損耗小於0.7db,回波損耗小於55db,最大功率為500mw,輸入輸出光纖類型為g.652d普通單模光纖，與多波長單頻雷射發射單元1以及波長復用單元3之間的連接方式為法蘭盤連接，接頭類型可以是fc/apc,sc/apc,pc/apc或e2000。波長復用單元3工作波長與多波長單頻雷射發射單元1輸出的波長數目相同且一一對應，中心波長精度小於正負0.1nm,插入損耗小於4db,各通道間隔離度不低於30db。脈衝調製單元4為光纖聲光調製器，其工作波長為1550±30nm,工作頻率低於120mhz，消光比大於55db,光脈衝上升時間小於50ns,光纖類型為g.652d普通單模光纖。功率放大器5為edfa摻鉺光纖功率放大器，輸入波長範圍為1528nm～1563nm,輸入光功率小於-5～5dbm,輸出功率0～13dbm可調。輸入隔離度為大於40db，噪聲指數小於4.5db。功率分配器6為plc光分路器或fbt熔融拉錐耦合器，分光形式為1×n(n≤64且數量與波分傳感陣列數目一致)，工作波長為1260～1650nm，插損不大於20db,偏振相關損耗低於0.3db,回波損耗低於55db。空分傳感陣列7為若干組傳輸光纜701及其對應波分傳感陣列702的組合，波分傳感陣列702的數目與功率分配器6的通道數目n一致，每組波分傳感陣列702的結構完全相同，均包含多組波長刪復用器7021，波長增復用器7022與幹涉儀7023。其中波長增/刪復用器為同一類器件，僅根據使用方式及功能不同區分。其特徵為工作波長與多波長單頻雷射發射單元1的波長一一對應，且中心波長精度為±0.1nm,波長規格標準滿足itu要求，信號通頻帶(@-0.5db帶寬)＞0.6nm,透射端插入損耗小於1db,反射端插入損耗小於0.6db,信道平坦度＜0.4db,透射端隔離度＞30db,反射端隔離度大於15db,偏振相關損耗＜0.1db。幹涉儀7023可以是麥可遜幹涉儀也可以是馬赫—澤德幹涉儀。如為麥可遜幹涉儀，則波長刪復用器7021連接的是一支2×2耦合器，其兩輸出端分別連接兩個法拉第旋轉鏡，其另外一個輸入端連接波長增復用器7022的透射端。2×2耦合器到法拉第旋轉鏡的光纖，也即光纖幹涉儀的參考臂長度即為對應防區的長度，2km～10km不等，信號臂比參考臂長度長，臂長差為1～50米不等。信號臂長度具體封裝形式為：2×2耦合器與波長增/刪復用器共同封裝在一個防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，兩支法拉第旋轉鏡及信號臂冗餘光纖與其後一組波長增/刪復用器及其相應的2×2耦合器封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推。2×2耦合器工作波長為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。法拉第旋轉鏡中心波長為1550nm,帶寬±15nm,旋轉角度雙向90°，插入損耗≤0.5db。耦合器與法拉第旋轉鏡的光纖類型均為g.652d普通單模光纖。如為馬赫-澤德幹涉儀，則波長刪復用器7021連接的是一支1×2耦合器，其兩輸出端分別連接一支2×1耦合器的兩輸入端，該2×1耦合器的輸出端連接波長增復用器7022的透射端，1×2耦合器與2×1耦合器為同類器件，僅根據信號輸入輸出方向以示區分。兩支耦合器之間的連接光纖分別為幹涉儀的信號臂及參考臂，其中參考臂的長度與該幹涉儀對應的防區長度一致，根據防區的不同從2km～10km不等，信號臂比參考臂長度長，臂長差為1～50米不等。具體封裝形式為：1×2耦合器與波長刪復用器共同封裝在一個防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，2×1耦合器與其對應的波長增復用器、其後一組波長刪復用器及信號臂冗餘光纖封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推。1×2耦合器工作波長為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。不同組波分傳感陣列間的區別在於其傳輸光纜701的長度不同，後一條波分傳感陣列前的傳輸光纜長度與前一條波分傳感陣列的長度相同，波分傳感陣列內部不同幹涉儀之間的距離取決於幹涉儀參考臂的臂長，也即該防區長度。前置放大單元8為多塊前置放大器(pre-edfa)的組合，其數量與空分傳感陣列7中波分傳感陣列702的數量一致，且每一塊前置放大器的輸入埠與其對應的波分傳感陣列702的輸出埠相連接。每塊前置放大器為針對弱信號優化的前置放大器(pre-edfa)，其工作波長範圍為1520～1560nm，輸入光功率範圍為-40～-10dbm,等效噪聲係數小於-3db,典型增益小於16db,輸入端、輸出端隔離度均大於30db。波長解復用單元9包含多塊波長解復用器，波長解復用器與波長復用單元3為同種器件，僅根據使用方式不同區分。且波長解復用器的數量與空分傳感陣列7中波分傳感陣列702的數量一致。幹涉匹配單元10為一組3×3匹配幹涉儀的組合，3×3匹配幹涉儀的數量與波長解復用單元9的輸出通道數一致，其具備一個輸入埠1001及三個輸出埠1002,1003,1004，每個輸入埠1001與波長解復用單元9的其中一路輸出埠相連接，且1001埠對應其內部光纖環形器的1埠，光纖環形器的2埠連接3×3耦合器的2輸入埠，3×3耦合器的輸入埠1,3分別對應1002及1004埠，光纖環形器的3埠對應1003埠，3×3耦合器的4,5埠分別連接一支光纖法拉第旋轉鏡，且4埠到其所連接的法拉第旋轉鏡光纖長度為1m,5埠到其所連接的法拉第旋轉鏡光纖長度比4埠所連接光纖長度長，長度差與幹涉儀7023兩臂的臂長差相等。3×3耦合器的6埠懸空，不連接任何器件並需要在光纖端面做燒球處理。3×3耦合器的三個輸出1002,1003,1004埠分別連接光電轉換及解調單元11中的三個連續輸入通道並作為該波長解復用單元9輸出通道的原始待解調信號。其它通道連接方式與此通道一致。3×3耦合器帶寬為1550±10nm,通道插入損耗小於6db,額外損耗小於0.3db,偏振相關損耗小於0.15db。光纖類型為g.652d普通單模光纖。法拉第旋轉鏡與幹涉儀7023中的法拉第旋轉鏡為同類器件。光電轉換及解調單元11中的光電轉換單元通道數目與波長解復用單元9總輸出通道數目相同，且光電轉換及解調單元11的每三個連續通道對應一個3×3匹配幹涉儀的三路輸出。光電轉換及解調單元11內部集成了相應數目的通用通信pin探測器，優選fibercom公司生產的ft2113-007系列探測器，工作波長為1100～1600nm,響應度為0.9a/w，暗電流典型值為0.3na,回波損耗小於-40db,飽和輸入光功率典型值3dbm。光電轉換及解調單元11內部集成了能夠執行3×3解調算法的fpga晶片，優選美國altera公司的5系列產品，以及與上位機實現10gbps通信的phy晶片，優選美國vitesse公司生產的vsc系列產品。顯示及控制單元12能夠顯示波分傳感陣列702中任一陣元所表示的防區的振動及入侵信號強度、頻率及相位信息，同時能夠判斷振動及入侵行為類型，包括踩踏、敲擊、攀爬、剪斷及大型設備靠近等等。
綜上所述，本發明所提供的一種基於3×3耦合器方案的全光纖幹涉型周界安防系統，不僅能反映入侵及振動信號的強度及頻率信息，而且能夠反映信號的相位信息，能夠更真實地還原信號的全部信息。同時由於3*3耦合器解調方法的使用，信號解調具有靈敏度高、動態範圍大的優點，使系統不僅能探測微弱擾動信號，而且能夠探測高強度的入侵及振動信號，擴大了系統對不同信號的適應範圍。同時由於3×3耦合器解調方案及復用方案的選擇使得系統對雷射器及pin探測器的指標要求降低，大大壓縮了系統成本，為系統的大規模應用提供了前提。
綜上所述僅為本發明較佳的實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明申請專利範圍的內容所做的等效變化及修飾，皆應屬於本發明的技術範疇。