用于周界安防的光纤光栅振动传感器的研究

根据光纤布喇格光栅（FBG）耦合理论与单质点弹性绳振动原理研制出了一种FBG振动传感器。通过理论分析与试验验证得到FBG传感器的最佳配重尺寸（4.5mm×20mm）、最佳预拉伸量（0.8～1.2nm）与最佳的封装方式（石英玻璃管封装）,得到传感器最佳的受温度影响最小的灵敏度参数。这种传感器响应速度快,灵敏度高。温度在-10～60℃的范围内,石英封装的FBG传感器灵敏度的误差小于0.1%。可以广泛地应用于军事基地、核场所、机场、仓库、监狱、建筑等场所的安防系统中。     

光纤光栅振动传感解调方法的研究

光纤光栅振动传感是光纤光栅的重要应用之一。本文首先介绍了光纤光栅传感的一般原理,接下来综述了5种常用的振动传感的解调方法及原理,并分别给出了其典型的实验装置结构图,分析了其特点和性能（尤其是测量精度）,为基于光纤光栅的振动传感装置的解调部分的设计提供了依据。     

基于光纤光栅传感系统的入侵信号识别

介绍了一种基于光纤光栅传感器的周界检测系统中的信号处理方法,即时频数据分析法。在时域信号分析的基础上,通过将时域信号进行频域转换来进行入侵信号的模式识别及分析,并利用MATLAB仿真计算结果加以验证。试验结果表明该方法可以提升系统识别不同的入侵行为的能力,解决了纯时域分析下难实现的模式识别问题。     

光纤周界安防系统输油场站应用方案

光纤传感技术具有抗电磁干扰、现场无需供电、维护简单、灵敏度高等优点,非常适合应用于重要场所的周界安全监测。文章以实施于某输油场站周界的光纤预警系统作为应用案例,针对光纤安防系统的高灵敏度与低误报率不能同时兼顾的问题,从系统布防、信号分析等方面进行探讨。经过测试实验和运行观察,文章采取的方法能够有效抑制风雨天气引起的误报警,有效提升光纤预警系统的监测效果。     

光纤光栅振动传感信号解调技术的研究

研究了一种基于掺Er超荧光光源(EDSFS)的滤波解调方法,分析了光源的输出功率谱形状。利用光谱中光功率密度与波长的线性关系,实现了光纤光栅传感信号的动态解调。建立振动测试系统,采用高精度差分变压器式位移传感器作为参考,对比讨论了两种传感器输出的时域波形和频谱。结果表明,在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性。由于系统的光源和解调部分合为一体,无机械调谐元件,很适合高速动态测量。     

非平衡干涉检测光纤光栅高频振动传感研究

采用非平衡Mach Zender干涉仪检测光纤光栅高频振动传感测量,通过工作点控制消除了随机相位变化和光源起伏的影响,实现了40kHz频率范围内振动信号的检测.     

光纤光栅型振动传感中的温度补偿研究

提出了一种光纤光栅振动传感中的温度补偿方法,用两个光纤光栅进行应变差动,温度影响作为共模量得到抑制.实验结果表明,补偿后在3～45 ℃范围内所测波长差变化量仅为0.03 nm,敏感度降低到补偿前的1/14,振动频率达到715 Hz时仍能检测到不失真的波形.讨论了影响频带宽度和灵敏度的主要因素.     

光纤光栅传感系统的信号解调

首先介绍了光纤光栅的基本知识,再分别介绍了几种典型解调方法的工作原理、性能和特点,给出了其工作原理图,并对各种解调方法的优缺点进行了论述。提出了一种基于CCD的光纤光栅传感解调系统,该系统采用反射式成像系统,用CCD作为探测器,并利用可编程逻辑器件FPGA设计驱动电路和信号处理电路,实现了一种体积小、结构简单,解调速度快,可以实时测量的波长解调系统,为光纤光栅解调技术的实际应用和光纤光栅传感解调系统的设计提供了理论依据。     

光纤周界安防技术研究现状及应用前景

本文主要介绍了Sagnac干涉型光纤安防系统、M-Z干涉型光纤安防系统、OTDR技术光纤周界安防技术和基于光纤光栅传感技术的光纤周界安防技术原理,并进行相互比较对比各自优劣。     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键。介绍了布喇格光纤光栅(FBG)传感的基本原理,对比FBG说明了长周期光纤光栅(LPG)的特点。阐述了基于长周期光栅的布喇格光纤光栅的解调技术,详细阐述了用长周期光纤光栅来解调布喇格光纤光栅的具体方案及技术。     

全同FBG振动传感器在周界安防系统中的应用

为了解决在周界安防系统中基于FBG振动传感器波分复用方式下传感单元数量受光源带宽和解调限制的问题,同时也为了延长周界安防距离、降低系统成本、提高系统效率,提出了"全同光纤布喇格光栅(FBG)振动传感器"的概念,论述了全同FBG振动传感器在周界安防系统中应用的可行性,设计了实验方案,搭建了试验装置并给出了实验结果。实验证明,两个波长基本相同的全同FBG振动传感器接入后的波长灵敏度会有不同程度的损失,实验中6种组合12种连接方式波长灵敏度大于20pm的有10种,实践证明,经过筛选可以达到实际应用的要求,全同FBG振动传感器在周界系统的应用不但可以提高系统的容量,而且使FBG周界系统的成本大大降低,更具市场竞争力。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

马赫-曾德尔分布式光纤周界防范系统定位算法研究

基于光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉技术对周界防范系统进行了研究设计。采用改进的双光纤M-Z干涉相位检测技术与互相关算法相结合的方案进行信号提取。详细介绍了互相关算法在系统定位方面的应用,并通过实验证实其可行性。对两路经过不同延时的相同信号进行互相关运算,通过峰值位置可准确得到延时时间差。系统的定位精度与采样频率有直接关系,在采样率为20MHz时,理论上的定位精度可达10.22m。提出了一种分段数据处理方法,该方法可以在保证高采样率带来的高定位精度的基础上降低算法的运算量。实验结果表明,运算速度比传统方法提高约8倍。     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

消除萨尼亚克光纤电流传感器振动干扰的光纤补偿环研究

与传统电磁式电流互感器相比,基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点,因而获得了广泛的研究。萨尼亚克(Sagnac)环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。外界环境的振动因素是抑制Sagnac光纤电流互感器的最重要因素之一。为了消除振动对电流互感器测量结果的影响,给出了一种新型的光纤电流互感器免疫方案,其基本原理是增加外部闭环线圈来补偿所受振动影响。利用琼斯矩阵对此种光纤电流互感器结构进行了详细的理论分析。理论分析及实验结果均能证明此种方案可以完全消除电流互感器在实际环境中所受振动因素的不利影响。为高精度Sagnac干涉式光纤电流互感器的实现提供了可行的解决方法。     

基于GPRS振动光缆周界报警系统在水中安防应用

介绍了振动光缆报警系统的组成及原理。并在此基础上,应用GPRS技术,设计了基于GPRS的振动光缆周界报警系统。利用GPRS的短消息功能,实现无线远程报警功能。文中描述了应用GPRS模块的设计与应用,根据应用环境的不同采取不同布防方式,而由于采用无线传输报警,系统布防简单、便于施工。该系统已成功应用于2010年广州亚运会水下安防系统中,通过用户测试验收、系统运行可靠、漏报警率低、虚警率低。     

基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离光纤布拉格光栅传感

提出了一种基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统,并进行了理论分析和实验验证。传感光纤布拉格光栅构成拉曼光纤激光器腔镜的一端,受一维调节器调节控制的匹配光纤布拉格光栅构成腔镜的另一端。一维调节器与步进电机相连,步进电机由计算机(PC)通过可编程逻辑控制器(PLC)进行控制,一维调节器通过调节匹配光纤布拉格光栅的周期来控制激光器的输出。实验结果表明,传感解调系统能很好地实现长距离分布式传感及传感信号的检测。30 km非归零色散位移光纤(NZDSF)用于拉曼增益可以产生信噪比大于40 dB的稳定拉曼激光输出,在4.2 nm范围内系统解调精度为0.05 nm。     

基于CVMD和DBO-SVM的光纤周界安防信号识别方法

为降低光纤周界安防信号中噪声对分类结果的影响,提升信号分类的准确率和运行效率,提出一种融合了相关变分模态分解(Correlation Variational Mode Decomposition, CVMD)、蜣螂算法(Dung Beetle Optimizer, DBO)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的分类方法。利用CVMD去除原始信号中的噪声分量,并提取去噪后信号的能量、能量熵和峭度作为特征向量。采用DBO算法优化SVM,得到最佳惩罚因子和核函数参数,并构建DBO-SVM分类模型。搭建了基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的周界安防系统,采集了攀爬、敲击、踩踏和无入侵四类信号。实验结果表明,CVMD-DBO-SVM的分类准确率相比CVMD-PSO-SVM和CVMD-GA-SVM更高,达到了98.75%,同时运行时间更短,综合性能最优。