Волоконно-оптическая система охранной сигнализации
Изобретение относится к волоконной оптике, а именно к сигнальным устройствам на основе волоконной оптики, и может быть использовано в системах защиты периметра территорий и помещений от несанкционированного доступа. Технический результат - повышение эффективности системы за счет получения дополнительной информации о местоположении воздействия. Для достижения результата введены, по меньшей мере, один оптоэлектронный канал измерения, по меньшей мере, два оптоволоконных чувствительных элемента и дешифратор: отрезки многомодового волокна всех оптоэлектронных каналов измерения собраны в кабель, оптоволоконные чувствительные элементы распределены вдоль кабеля и выполнены в виде участков многомодового волокна, соединенных между собой внутри оптоволоконных чувствительных элементов в комбинации, соответствующей порядковому номеру оптоволоконного чувствительного элемента. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к волоконной оптике, а именно к сигнальным устройствам на основе волоконной оптики, и может быть использовано в системах защиты периметра территорий и помещений от несанкционированного доступа.
Известна охранная система [US 5530430, G08B 13/00, дата публикации 06.25.1996], содержащая трубку, используемую в качестве поддержки для колючей проволоки, внутри трубки расположено оптическое волокно чувствительное к вибрации и соединенное с блоком контроля. При проникновении нарушителя возникающая вибрация воздействует на волокно и контрольное устройство выдает сигнал тревоги.
Известна оптическая охранная система [ЕР 1132879 А2, 6 G08B 13/183, дата публикации 12.09.2001], которая содержит лазерный диод, многомодовое волокно, оптический разветвитель, два фотодиода и блок обработки. При воздействии на волокно, при вторжении в охраняемую зону нарушителя происходит перераспределение световой энергии, выходящей из обоих выходов разветвителя, которое регистрируется фотодиодами и затем сравниваются в блоке обработки.
Известна волоконно-оптическая система охранной сигнализации [патент РФ №20798888, 6 G08B 13/186, дата публикации 20.05.97], которая является наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению. Указанная волоконно-оптическая система охранной сигнализации содержит когерентный источник света, выход которого через отрезок многомодового оптического волокна и формирователь светового потока сочленен с входом фотодетектора, выход которого соединен с входом формирователя сигнала тревоги, состоящего из последовательно соединенных разделительного конденсатора, компаратора, селектора длительности сигнала, формирователя длительности импульса и индикаторного элемента. При этом первая обкладка разделительного конденсатора последовательно соединена с интегратором, вторым компаратором и вторым входом логического элемента ИЛИ. При механическом воздействии на оптическое волокно происходит изменение спекл-картинки на выходе волокна, представляющей собой дискретную картину из ярких и темных пятен, сформированную в результате межмодовой дисперсии, которое регистрируется, и затем сравниваются в блоке обработки и выдается сигнал тревоги.
Сигнал тревоги выдается в двух случаях: 1) при механическом воздействие на волокно; 2) при уменьшении оптической мощности на выходе волокна вследствие поломок или деградации оптических элементов.
Недостатком перечисленных выше систем является невозможность определения места воздействия на волокно при выдаче сигнала тревоги.
Задачей данного изобретения является повышение эффективности системы за счет получения дополнительной информации о местоположении воздействия.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в определении участка волоконной линии, на который оказывается воздействие.
Для достижения данной задачи предлагается волоконно-оптическая система охранной сигнализации, содержащая индикаторный элемент и оптоэлектронный канал измерения, состоящий из последовательно сочлененных источника света, отрезка многомодового оптического волокна, формирователя светового потока, фотодетектора, формирователя сигнала тревоги, в которую дополнительно введены, по меньшей мере, один оптоэлектронный канал измерения, по меньшей мере, два оптоволоконных чувствительных элемента и дешифратор, при этом отрезки многомодового волокна всех оптоэлектронных каналов измерения собраны в кабель, оптоволоконные чувствительные элементы распределены вдоль кабеля и выполнены в виде участков многомодового волокна, соединенных между собой внутри оптоволоконных чувствительных элементов в комбинации, соответствующей порядковому номеру оптоволоконного чувствительного элемента.
Кроме того, для достижения данной задачи формирователь сигнала тревоги и дешифратор выполнены в виде процессорного блока.
Кроме того, для достижения данной задачи схема контроля постоянной оптической мощности оптоэлектронных каналов измерения, состоящая из последовательно соединенных интегратора и компаратора, соединена с индикаторным устройством.
На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы. На фиг.2 приведены эпюры входных и выходных сигналов. На фиг.3 приведена схема устройства оптоволоконного чувствительного элемента.
Волоконно-оптическая система охранной сигнализации (фиг.1) содержит оптоэлектронные каналы измерения 1...N, каждый из которых состоит из последовательно сочлененных источника света 1.1...N.1, отрезка многомодового оптического волокна 1.2...N.2, формирователя светового потока 1.3...N.3, фотодетектора 1.4...N.4, формирователя сигнала тревоги 1.5...N.5, выходы оптоэлектронных каналов измерения 1...N соединены с входами дешифратора 13, выходы которого соединены с индикаторным элементом 14. Отрезки многомодового волокна 1.2...N.2 всех оптоэлектронных каналов измерения 1...N собраны в кабель 17 (фиг.2), вдоль которого распределены оптоволоконные чувствительные элементы 15.1...15.М, которые представляют собой участки многомодового волокна 16.1...16.N (фиг.2), выборочно соединенные между собой внутри оптоволоконных чувствительных элементов 15.1...15.М, в комбинации, соответствующей порядковому номеру оптоволоконного чувствительного элемента 15.1...15.М.
В данной системе оптоволоконные чувствительные элементы 15.1...15.М распределены по длине кабеля 17 и представляют собой участки многомодового волокна, чувствительные к механическому воздействию 16.1...16.М и выборочно соединенные внутри оптоволоконных чувствительных элементов 15.1...15.М между собой в комбинации, соответствующей порядковому номеру оптоволоконного чувствительного элемента 15.1...15.М. На фиг.3 показан пример выполнения одного из оптоволоконных чувствительных элементов, например, 15.5, где показано, что отрезки многомодовых волокон 1.2...N.2 помещены внутри оболочки кабеля 17, предназначенного для защиты волокон от механического воздействия, участки 16.1 и 16.3, чувствительные к механическому воздействию, многомодовых волокон 1.2 и 3.2, выведены за пределы оболочки кабеля 17 в виде петли так, чтобы обеспечить возможность оказания на них механического воздействия и соединены между собой так, чтобы механическое воздействие, оказываемое посредством, например, пружинки 18, прикрепленной одним концом к петле, а другим к охраняемому объекту, например ограждению, производилось на них в равной степени.
Предлагаемая система работает следующим образом.
При механическом воздействии на один из чувствительных элементов, например, 15.5, происходит изменение спекл-картинки на выходе участков многомодовых волокон, например, 1.2 и 3.2, которое с помощью формирователей светового потока 1.3, 3.3 и фотоприемников 1.4, 3.4 преобразуются в переменный электрический сигнал, поступающий на входы формирователей сигналов тревоги, 1.5, 3.5, с выходов которых сигналы тревоги поступают на соответствующие входы дешифратора 13.1 и 13.3, на одном из выходов которого, в данном случае 13.8, появляется сигнал, соответствующий номеру сработавшего оптоволоконного чувствительного элемента 15.5, поступающий на вход индикаторного элемента 14, где происходит отображение информации, связанной с номером сработавшего оптоволоконного чувствительного элемента (например, на экране появляется символ «5»).
Оптоволоконные чувствительные элементы выполнены таким образом, чтобы внешнее механическое воздействие оказывало влияние лишь на выборочные волокна, причем выбор волокон, на которые оказывается воздействие, определяется порядковым номером оптоволоконного чувствительного элемента. Таким образом, при воздействии на оптоволоконный чувствительный элемент амплитуда излучения, выходящего из соответствующих волокон и проходящего через формирователь светового потока 1.3...N.3, испытывает изменения, которые воспринимаются фотодетекторами 1.4...N.4, сигналы с которых попадают через разделительные конденсаторы 1.6...N.6 на компараторы 1.7...N.7, на второй вход которых поступают опорные напряжения Vоп1, при превышении которого соответствующие компараторы 1.7...N.7 выдают сигналы на селекторы длительности сигналов 1.8...N.8, которые пропускают импульсы, имеющие длительность больше величины Тс, устанавливаемой исходя из помехоустойчивости схемы. Далее сигналы поступают на формирователи длительности импульсов 1.9...N.9, которые формируют сигналы тревоги длительностью τф, поступающие на логические элементы ИЛИ 1.12...N.12, на которые также поступают сигналы с компараторов 1.11...N.11, которые вместе с последовательно соединенными интеграторами 1.10...N.10 представляют собой схемы контроля наличия постоянной оптической мощности, и выдают сигнал тревоги при уменьшении оптической мощности вследствие деградации оптических элементов или обрыва волокна. С выхода элемента ИЛИ 1.12...N.12 сигналы поступают на входы дешифратора 13, на одном из выходов которого 13.4...13.10, определяемого сочетанием сигналов на его входах 13.1...13.3, появляется сигнал, поступающий на вход индикаторного устройства 14. Индикаторное устройство 14 отображает информацию, связанную с номером сработавшего оптоволоконного чувствительного элемента.
Рассмотрим пример работы системы. Допустим, происходит внешнее механическое воздействие на чувствительный элемент 15.5, в котором воздействие передается на участки многомодового волокна 16.1 и 16.3, чувствительные к механическому воздействию, волокон 1.2 и 3.2 (фиг.3), в результате чего на выходе фотоприемников 1.3 и 3.3 появляются большой амплитуды и длительности переменные электрические сигналы S (1.4) и S (3.4) (фиг.2). Через время τc, которое выбирается исходя из помехоустойчивости схемы, на входах 13.1 и 13.3 дешифратора 13 на выходах оптоэлектронных каналов измерения 1 и 3 (фиг.1) появляются сигналы тревоги S (1.4) и S (3.4) (фиг.2) и на соответствующем выходе 13.8 дешифратора 13 появляется сигнал S (13.8) (фиг.2), поступающий на вход индикаторного устройства 14, на котором происходит отображение информации, связанной с номером сработавшего оптоволоконного чувствительного элемента 15.5, например, путем появления цифры "5" на жидкокристаллическом дисплее.
Все компоненты электронной схемы выполнены на стандартной элементной базе. Источником излучения может быть инфракрасный светоизлучающий диод с рабочей длиной волны 0,85 мкм для линии связи и построения оптоволоконных чувствительных элементов может быть использовано стандартное многомодовое волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет решить задачу определения местоположения воздействия за счет получения информации, связанной с номером сработавшего оптоволоконного чувствительного элемента, что повышает эффективность работы системы при ее большой протяженности или при отсутствии прямой видимости всей охраняемой зоны, например, внутри помещений.
1. Волоконно-оптическая система охранной сигнализации, содержащая индикаторный элемент и оптоэлектронный канал измерения, состоящий из последовательно сочлененных источника света, отрезка многомодового оптического волокна, формирователя светового потока, фотодетектора, формирователя сигнала тревоги, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены, по меньшей мере, один оптоэлектронный канал измерения, по меньшей мере, два чувствительных элемента и дешифратор, причем выходы оптоэлектронных каналов измерения соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с индикаторным элементом, при этом отрезки многомодового волокна всех оптоэлектронных каналов измерения собраны в кабель, а оптоволоконные чувствительные элементы распределены вдоль кабеля и выполнены в виде участков многомодового волокна, чувствительных к механическому воздействию, выборочно соединенных между собой внутри оптоволоконных чувствительных элементов в комбинации, соответствующей порядковому номеру оптоволоконного чувствительного элемента и выведенных за пределы оболочки кабеля.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что участки многомодового волокна, чувствительные к механическому воздействию, выполнены в виде петли.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что формирователь сигнала тревоги и дешифратор выполнены в виде процессорного блока.
