余明慧 - 201307005 - 基于分布式光纤传感的周界警戒系统关键(6)

武汉工程大学硕士学位论文

应的应变?i的关系为：

??B1??B1?B0??P11P12P12000????????BB?BPPP0000??2??2?121112???B??B?B??PPP000?330???????121211? (2-3) ??B4??B4??000P4400????????BB0000P0?5??5??44???B??B??00000P?44?6??6???式中：P是作用在光纤上的压力，P44?(P11?P12)；

其中， ?1，?2是光纤对应的横向应变，?3是光纤对应的纵向应变，

1n是光纤材料的折射率： B1?2，?3??L/L；P11、P12是光纤的弹光效应，

12n1?B1?1n21?n1。

可得：

?n1?13n(P11?1?P12?2?P13?3) (2-4) 213n(P12?1?P11?2?P12?3) (2-5) 213n(P12?1?P12?2?P11?3) (2-6) 2同理可得：

?n2??n3? B4?B5?B6?0 (2-7）

又根据

k0?2?? (2-8)

??nk0 (2-9)

d??k0 (2-10) dn则式（2-1）可表示为：

????L?3?k0?ni i=(1,2,3) (2-11) P10

第2章 系统原理、组成及关键技术

知道外界的压力后，光纤应变的情况可以根据式（2-11）得知光纤干涉仪检测臂相对相移的变化，这样就把机械量转换成光学量。光弹效应可以准确地提取光纤受外部干扰的信息，这是光纤应变、应力和振动传感的理论基础[20]。 2.2系统组成及特点 2.2.1系统组成

基于分布式光纤传感的周界警戒系统是由光源发射模块、光纤光路传感模块、信号探测模块、数据采集模块、信号传送模块及信号分析处理模块组成，其基本组成结构如图2-2所示。

光源发射模块传感光路模块信号检测模块信号处理模块信号传输模块信号采集模块

图2-2 系统基本组成结构

对于分布式光纤传感的周界警戒系统而言，系统的每个部分对整个系统的功能的实现都起着至关重要的作用。在一般情况下，系统各个组成部分根据其功能可以分为传感光路、数据采集、信号处理这三个部分。 2.2.2主要模块功能

（1）传感光路模块：这部分的功能是既作为传感元件和又作为信息传输通道，可以实时的获得空间和时间上变化的被测量信息，实现安全防范区域周边信息的自动传输，如振动、压力、声波、磁场等。

（2）数据采集模块：该部分是外部设备与计算机连接的纽带，也是远程数据采集模块的通信平台。在一个电路板上集成了通信芯片、存储芯片等，使其能通过远程数据采集模块这个平台来语音通话、收发短消息、数据传输等功能，采集卡是数据采集模块的核心，它承担光电转换、A/D转换、数据采集、数据打包上传等功能。

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（3）信号处理：该部分功能是将探测器探测到的外界入侵信号进行调制解调处理后，利用LabVIEW 软件对接收到的入侵信号主要的特征参量，如：波形、幅值、相位和周期等做进一步的详细分析和处理，采用相关的一些算法实现对外界入侵信号的定位和模式识别。 2.2.3系统特点

系统在防范区域周围安装探测光纤，通过无源的光纤传感器网络实时感知周围压力、振动等情况，从而实现长距离入侵监测和无人值守等功能。并对入侵目标进行识别和报警，在有入侵时自动触发报警器。光纤周界警戒系统主要特点：

（1）系统采用无源传感器。系统传感部分使用的是振动传感光纤，不受电磁和磁辐射的干扰影响，避免了雷击对系统元件的损坏。由于不需要铺设电源信号线，不仅降低了施工成本，而且避免了线路老化造成系统的不利影响，从而降低了系统的维护成本。系统不需要供电，因此特别适用于不便铺设供电线路、易燃易爆和有强电磁干扰的场所。

（2）能够对入侵信号与系统自带的信号数据库进行比对，根据信号特征来分析识别出具体的入侵类别并能够准确定位入侵或断线位置，对减少产品误报率有一个质的突破，并可以有效地阻止非人为干扰信号的入侵。由于系统主要的部分都集中在控制室内，有效避免了入侵破坏行为对系统主要器件的损坏，从而大大降低了系统的维修费用，同时也增加了系统的使用寿命。

（3）该系统可在控制室实现联动报警，当有入侵行为时可及时对报警信息进行处理并启用联动设备。该报警系统的不同防区可以同时报警，且各个区域的分析信号和运行都是独立的，当有入侵位置不同且同时发生时，被入侵的不同防区可以同时报警且互相不影响。 2.3系统主要关键技术

基于分布式光纤传感周界警戒系统关键技术主要有：光纤传感技术，模式识别技术，定位技术，系统信号解调技术，系统探测距离技术等。

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第2章 系统原理、组成及关键技术

这里对这几种关键技术进行研究。 2.3.1分布式光纤传感技术

分布式光纤传感技术是利用光波在光纤传输特性来测量压力、温度等物理量的外部世界，光纤传感介质，并做测量的信号传输介质。分布式光纤传感技术具有一般光纤传感技术所没有的特点： （1）绝缘性和耐腐蚀性能好

（2）体积小、安装方便成本低、重量轻、可塑性强 （3）带宽大、损耗低、寿命长、适用于长距离传输 （4）可测参量多、对象广 （5）灵敏度高 （6）便于复用、成网

分布式光纤传感技术的一根光纤既可以传感又可以传光，可以在较大的范围内连续实时的测量来得到沿光纤上的大量的信息。分布式光纤传感部分结构简单，方便在被测量区域上直接铺设光纤，真正的实现了外界环境的分布式测量。原理如图 2-3 所示:

光源耦合器传感光纤探测器计算机

图 2-3 分布式光纤传感器原理图

分布式光纤传感技术最显著的特点就是能够进行连续分布式测量，具体表现如下。

（1）连续性。分布式光纤传感技术使得光纤沿任何一个点上的信息都能准确地感知，连续分布的监测解决了传统的监测点的缺失。全尺度连续性是全分布式光纤传感技术最有代表性的独特优势。

（2）嵌入式无损检测。由于光纤传感器的体积小、质量轻，方便在

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测物体内嵌入光纤传感单元，可以实现对被测物各部位应力、应变、温度、位移等全方位、全程无损监测。

（3）智能化。因为本身是光纤传感器，分布式光纤传感系统与光通信网络实现无缝连接，连接计算机网络，自动检测，自动诊断智能监控和远程测控。

进入21世纪以来，基于光纤传感的周界警戒系统得到了迅猛地发展，当前应用比较广泛的光纤传感周界警戒技术主要分为有以下几大类[21]：

（1）基于干涉原理的分布式光纤传感周界警戒系统。基于干涉原理的分布式光纤传感系统的基本原理是将激光光源发出的光波经过3分贝耦合器分成两个向相对方向上传播的光波，由于光波光程差不同会发生干涉，因此这两束光波会在耦合器处产生干涉效应。当两束光波受到来自外界入侵干扰的影响时可以产生不同的相位偏移而在耦合器处产生干涉，这种变化被光电探测器所检测到，并在信号处理系统中进行处理。

（2）基于(OTDR)技术的报警系统。基于(OTDR)技术的光纤周界报警系统的探测原理是，背向散射光产生干涉效应产生在光纤内部不同的位置，由于光相位的变化会导致光功率的变化，通过比较入侵前前和入侵后的光功率谱曲线来获取入侵点的置。

（3）基于多模光纤相干技术报警系统。基于多模光纤的光纤周 …… 此处隐藏：1471字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……