Fiber-optic alarm system and method for localization of unauthorized intrusion with its use

• Main Authors: COJOCARU Ion, ENĂCHESCU Marian, VERLAN Victor, CULEAC Ion, DOROBANŢU Dorel, BORSCIOV Victor, IOVU Mihai, JDERU Alexandru-Alin
• Format: Patent
• Language: English; Romanian; Russian
• Published: 31.01.2019
• Subjects: ALARM SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; PHYSICS; SIGNALLING; SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS

The invention relates to optoelectronics, in particular to fiber-optic alarm systems and unauthorized intervention localization methods, and can be used for protecting buildings and territories, chemical and radioactive waste storehouses, as well as military, industrial and other objects.The fiber-optic alarm system comprises a multimode optical fiber, as a sensor fiber, one end of which is connected by means of a light beam injection device to a coherent light source, the other end of the fiber is connected by means of a CCD-receiver to a warning alarm shaping module, consisting of a computer, comprising a numerical differentiator of speckle image matrixes, an adder of the signal difference of two successively recorded speckle images and a comparator, connected in parallel to a warning alarm triggering level setting unit, at the same time the system is provided with a second optical fiber, as a reference fiber, one end of which is connected to the first fiber via an optical divider 50/50, the other end is connected via another CCD-receiver to the warning alarm shaping module.The method for localization of unauthorized intrusion, implemented using the above-defined system, consists in pixel-by-pixel processing the speckle images from a remote field, comparing each current frame of the image captured by the CCD with the immediately preceding frame of the speckle image, is pixel-by-pixel calculated the difference between these two images, if the difference exceeds the predetermined level, a warning alarm is triggered, whereas in the sensor fiber is formed the distribution of propagation modes in the optical fiber, for which the output signal S1 is directly proportional to the deformation force P and the distance from the fiber input end to the unauthorized access point L: S1=k1PL, where k1 is the proportionality coefficient, in the reference fiber is formed the distribution of modes, for which the output signal S2 depends only on the deformation force P: S2=k2P, where k2 is the proportionality coefficient, the comparator shapes a warning alarm U as the ratio of two values S1 and S2: U=S1/S2=kL, where k is the proportionality coefficient, k=k1/k2, and is determined the intrusion place from the relation: L=U·k-1, displaying the intrusion location on the screen relative to the input end of the fiber-optic input. Invenţia se referă la optoelectronică, şi anume la sisteme de semnalizare cu fibră optică şi la procedee de localizare a intervenţiei neautorizate, şi poate fi utilizată pentru paza clădirilor şi teritoriilor, depozitelor de substanţe chimice şi deşeuri radioactive, precum şi a obiectelor militare, industriale etc.Sistemul de semnalizare cu fibră optică conţine o fibră optică multimod, în calitate de fibră senzor, un capăt al căreia este unit printr-un dispozitiv de injectare a fasciculului de lumină cu o sursă de lumină coerentă, alt capăt al fibrei fiind unit printr-un receptor CCD cu un modul de formare a semnalului de alarmă, constituit dintr-un computer, care conţine un diferenţiator numeric al matricelor imaginilor speckle, un sumator al semnalelor-diferenţă a două imagini speckle înregistrate consecutiv, şi un comparator, conectat în paralel la un bloc de setare a nivelului de declanşare a semnalului de alarmă, totodată sistemul conţine o a doua fibră optică,în calitate defibră de referinţă,un capăt al căreia este unit cu prima fibră printr-un divizor de fascicul 50/50, alt capăt fiind unit printr-un alt receptor CCD cu modulul de formare a semnalului de alarmă.Procedeul de localizare a intervenţiei neautorizate, realizat cu ajutorul sistemului definit mai sus, constă în aceea căseprocesează pixel-cu-pixel imaginile speckle din câmpul îndepărtat, se compară fiecare cadru curent al imaginii captate de CCD cu cadrul imediat precedent al imaginii speckle, se calculează pixel-cu-pixel diferenţa dintre aceste două imagini, în cazul când diferenţa depăşeşte nivelul setat, se declanşează semnalul de alarmă, totodată,în fibra senzor se formează o distribuţie a modurilor de propagare în fibra optică, pentru care semnalul de ieşire S1este direct proporţional cu forţa de deformaţie P şi cu distanţa de la capătul de intrare al fibrei până la loculintervenţiei neautorizate L: S1=k1PL, unde k1 este coeficient de proporţionalitate, în fibra de referinţă se formează o distribuţie a modurilor, pentru care semnalul de ieşire S2depinde doar de forţa de deformaţie P: S2=k2P, unde k2 este coeficient de proporţionalitate, comparatorul formează semnalul de alarmă U ca raportul a două mărimi S1 şi S2: U=S1/S2=kL, unde k este coeficient de proporţionalitate, k=k1/k2, şi se determină locul intruziunii din relaţia: L=U·k-1, cu afişarea pe ecran a loculului în raport cu capătul de intrare al fibrei optice. Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к волоконно-оптической системе сигнализации и способам локализации несанкционированного вмешательства, и может быть использовано для охраны зданий и территорий, складов химических веществ и радиоактивных отходов, а также военных, промышленных и других объектов.Волоконно-оптическая система сигнализации содержит многомодовое оптическое волокно, в качестве сенсорного волокна, один конец которого соединен посредством устройства инжектирования светового пучка с когерентным источником света, а другой конец волокна соединен посредством ПЗС-приемника с модулем формирования сигнала тревоги, состоящим из компьютера, содержащего числовой дифференциатор матриц спекловых изображений, сумматор разности сигналов двух последовательно записанных изображений спекл и компаратор, подключенный параллельно к блоку настройки уровня срабатывания сигнала тревоги, система так же снабжена вторым оптическим волокном, в качестве опорного волокна, один конец которого соединен с первым волокном через оптический делитель 50/50, другой конец подключается через другой ПЗС-приемник к модулю формирования сигнала тревоги.Способ локализации несанкционированного вторжения, реализованный с помощью системы определенной выше, заключается в обработке пиксель за пикселем спекл изображений из удаленного поля, сравнивание каждого текущего кадра изображения, захваченного ПЗС, с непосредственно предшествующим кадром спекл изображения, пиксель за пикселем вычисляется разность между этими двумя изображениями, если разница превышает заданный уровень, срабатывает сигнал тревоги, тогда как в сенсорном волокне формируется распределение мод распространения в оптическом волокне, для которых выходной сигнал S1 прямо пропорционален силе деформации P и расстоянию от входного конца волокна к месту несанкционированного доступа L: S1=k1PL, где k1 коэффициент пропорциональности, в опорном волокне формируется распределение мод, для которых выходной сигнал S2 зависит только от силы деформации P: S2=k2P, где k2 коэффициент пропорциональности, компаратор формирует сигнал тревоги U как отношение двух значений S1 и S2: U=S1/S2=kL, где k - коэффициент пропорциональности, k=k1/k2, и определяют место вторжения из отношения: L=U·k-1, отображая местоположение вторжения на экране относительно входного конца оптоволоконного входа.