【正文】 欄報警系統(tǒng)的安防技術(shù)，即采用分布式光纖傳感器作為傳感的器件，通過對直接觸及布式光纖傳感器或通過承載物，如覆土、鐵絲網(wǎng)、圍欄等，傳遞給光纖(纜)的各種擾動，進(jìn)行持續(xù)和實(shí)時的監(jiān)控，采集擾動數(shù)據(jù)，經(jīng)過后端分析處理和智能識別，判斷出不同的外部干擾類型，如攀爬鐵絲網(wǎng)、按壓圍墻、禁行區(qū)域的奔跑或行走，以及可能威脅周界建筑物的機(jī)械施工等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警或?qū)崟r告警，從而達(dá)到對侵入設(shè)防區(qū)域周界的威脅行為進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測的目的。 光纖圍欄報警系統(tǒng)及其研究現(xiàn)狀 [7］ 目前，在靈敏度較高的干涉型傳感器中，國外研究較多的是基于 Sagac 干涉 [8]的光纖圍欄報警系統(tǒng)。華中科技大學(xué)孫琪真報道的光纖圍欄報警系統(tǒng)采用 3X3 的光禍合器進(jìn)行無源零差解調(diào)，用高速 DSP 器件進(jìn)行信號分析，在 公里的長度上實(shí)現(xiàn)了小于 100 米的定位精度，并能實(shí)時觀察擾動信號的幅度和頻率。: 本文研究的是一種能實(shí)現(xiàn)全自動侵入 [9]檢測的光纖圍欄報警系統(tǒng)，應(yīng)用于各種閉合區(qū)域的入侵檢測。(2)光纖圍欄報警系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測試類型時，我們通過軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采集的信號與信號庫里的信號進(jìn)行比較，判斷擾動類型。光纖的傳輸模式分為單模式和多模式兩種。梯度式即漸變式折射率分布，中心最大，逐漸減小到與包層相同。 近 20 年來光纖傳感器發(fā)展非常的快，對應(yīng)力應(yīng)變型，主要研究領(lǐng)域?yàn)槠窈透缮鎯深悅鞲衅?。長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計7圖 21 光在光纖中傳播 對于埋入各向異性材料(復(fù)合材料)中的光纖，光纖內(nèi)的內(nèi)力場和變形場與包裹它的材料的內(nèi)力場和變形場，在研究中經(jīng)常假設(shè):1)小變形，服從線彈性理論。 界面相互作用力保持平衡。模式調(diào)制型和偏振型光纖傳感的原理，則是基于光纖所傳出的兩個以上模式的相速度是不同的，這種相位差是光纖本身特性和外界擾動的函數(shù)。 分布式光纖傳感器基本原理 分布式光纖傳感器類型 當(dāng)分布式光纖傳感的概念被提出來以后，以其可以預(yù)測的許多優(yōu)點(diǎn)而備受大家關(guān)注，一度成為研究的熱點(diǎn)，經(jīng)過幾十年的飛速發(fā)展，我們今天的分布式光纖傳感器主要可分為以下幾類: 在單模光纖中，當(dāng)使用偏振光時域反射儀時，瑞麗回后向散射光的偏振狀態(tài)以時間為函數(shù)被檢測到，單模光纖的雙折射參數(shù)對諸如壓力、磁場、應(yīng)力、電場等被測量很敏感。在固體光纖里溫度影響很弱，而在液體中，瑞麗散射與反射系數(shù)對溫度的依賴關(guān)系卻非常的明顯。由于布里淵應(yīng)變與頻移，它們的溫度存在線性關(guān)系。 考慮從激光源出發(fā)距離在 l + dl 和 l 之間的光纖單兀 dl，脈寬為 δT 和入纖能量為Eo 的光脈沖以速度為 c。 我們由理論公式推導(dǎo)可知，接收光功率與傳感光纖長度、光散射棲合系數(shù)(ac)導(dǎo)入纖激勵光能量和光纖衰減系數(shù)有關(guān)，因此要提高接收光功率應(yīng)從提高入纖光能量、光散射系數(shù)和與減少光衰減這三方面考慮。當(dāng)傳感光纖的某處發(fā)生擾動時，這就會導(dǎo)致兩束傳輸光波相位發(fā)生變化進(jìn)而兩束光相位發(fā)生改變，兩束相位差的大小與擾動點(diǎn)位置、擾動噪聲引起的光波相位變化速率成正比。傳感光纖和參考光纖的反射光在耦合器處疊加，產(chǎn)生干涉效應(yīng)。3. MachZehnde:光纖干涉技術(shù)MachZehnder 干涉技術(shù)的原理如圖所示圖 26 Mach—Zehnder 干涉技術(shù)由 1 端發(fā)出的光，經(jīng)耦合器后進(jìn)入兩根長度基本相同的單模光纖。同時，由 2 端發(fā)出的光也將在 1 端產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉條紋。同時，由于其采用雙臂干涉結(jié)構(gòu)?？梢圆扇∫韵聨追N技術(shù): （1) 對窄帶激光光源加調(diào)制。2． MachZehnder 干涉技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) : （1) 解調(diào)技術(shù)相對簡單，可以簡單地采用光電檢測器直接進(jìn)行光功率測量。也就是說，這兩路信號是互相關(guān)的。這是相比于其它光纖傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)所在3．MachZehnder 干涉技術(shù)的缺點(diǎn) :（1）由于 MachZehnde:干涉技術(shù)中，光是經(jīng)兩根光纖進(jìn)行傳播的。其基本原理如圖 27 所示。與一般的報警系統(tǒng)防范相比，光纖圍欄報警系統(tǒng)具有能夠在大范圍實(shí)現(xiàn)實(shí)時報警和對入侵的方式判斷的能力。數(shù)據(jù)處理單元和中央控制計算機(jī)位于室內(nèi)，多臺數(shù)據(jù)處理單兀通過 TCP/IP 協(xié)議與中央控制計算機(jī)相連，形成一個以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。零差法包括主動零差法和被動零差法。另外，可根據(jù)設(shè)定的報警門限，對干擾信號進(jìn)行判別，如果小于報警門限，則不發(fā)出報警，如果大于報警門限，則驅(qū)動繼電器電路發(fā)出報警。接著本章提出了系統(tǒng)設(shè)計硬件方面的一些要求，如光纖鏈路的損耗等。侵入者在圍欄上的行為使得光纖傳感器受到擾動，光纖傳感器中傳遞的信號的也將受到相應(yīng)的調(diào)制。信號采集信號處理光纖圍欄傳 感光纖圍欄報警圖 41 光纖圍欄報警系統(tǒng)原理示意圖我們通過實(shí)驗(yàn)測試分析了這些信號的兩種作用效果:光纖圍欄上的光纖傳感器所受到的截斷、抖動兩種作用效果。 報警系統(tǒng)解決方案的設(shè)計我們?nèi)粢@得一次完整的報警事件信息，就必須把上面所說的信號特點(diǎn)和相關(guān)的信號結(jié)合起來分析。根據(jù)這些考慮我們簡單分析了報警模式，即截斷圍欄模式和抖動圍欄模式。截斷圍欄后由于殘余力的作用，故在尖銳峰值旁邊伴隨著許多小的峰值信號的特點(diǎn)。對于圍欄侵入信號總體上說明信號幅度變化比較明顯，兩種模式信號特點(diǎn)有明顯的差異。1)風(fēng)吹圍欄 如圖 43 所示，根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)風(fēng)吹測試采集的具有概括性特點(diǎn)的信號。我們從圖很容易看出所有的光纖圍欄上的光纖傳感器的信號在此時都具有整體性，并目_這些信號表現(xiàn)出隨機(jī)的沖擊特點(diǎn)。圖 44 雨淋圍欄波形圖 本章小結(jié)本章主要對光纖圍欄的模型的建立的講解，并對相關(guān)擾動信號的波形進(jìn)行分析。 在光纖圍欄報警系統(tǒng)的整體設(shè)計方面，本文分析了系統(tǒng)設(shè)計的基本原理，以及系統(tǒng)配置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，定位模塊，數(shù)據(jù)分析等方面的設(shè)計要求，進(jìn)一步的提出光纖圍欄報警系統(tǒng)的具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案和實(shí)驗(yàn)可行性驗(yàn)證方案。長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計21參考文獻(xiàn)[1]廖延彪等. 光纖傳感器的今日與發(fā)展 [J].傳感器世界，2022, 2: 612. [2]廖延彪. 光纖光學(xué) [M]. 第一版. 北京: 清華大學(xué)出版社，2022: 54212. [3]周書拴等 . 光纖聲傳感器研究 [J]. 聲學(xué)學(xué)報，1995, 20(6): 469472.[4]蘇建元等. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的工業(yè)過程故障診斷與報警系統(tǒng) [J]. 動力學(xué)與控制學(xué)報，2022,4(3): 254 一 288.[5] et al. Optical kerreffect in long fibers [J]. Applied Optics, 1981, 20(8): 1403 一 1406.[6] Hu Aizi et al. Characteristics of the Etched Longperiod Fiber Gratings [J]. Acta OpticalSinica, 2022, 33(8): 916 一 919.[7] et al. Distributed fiberoptic intrusion sensor system [J]. Journal of LightwaveTechnology, 2022, 23: 2022 一 2083.[8]劉麗輝等. 光纖光柵傳感器的解調(diào)技術(shù)進(jìn)展 [J]. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2022, 7: 3539.[9]喻駿等. 光纖傳感器網(wǎng)頻域復(fù)用系統(tǒng)的理論分析 [J]. 傳感技術(shù)學(xué)報，2022, 3: 4852.[10]耿軍平等 . 基于布單淵散射的分布式光纖傳感器的進(jìn)展 [J]. 測試技術(shù)學(xué)報，2022, 16 (2): 87 一 91.[11]胡志新等 . 利用分布式光纖傳感技術(shù)檢測天然氣竹道 [J]. 傳感器技術(shù)，2022, 22 (10):4851.[12] PengChun Peng et al. Long distance FBG sensor system using a linearcavity fiber 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計22Ramanlaser scheme [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 16(2): 575 一 577.致 謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的導(dǎo)師徐曉峰老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝