光纖擾動入侵檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

時間：2023-05-01 11:46:00 電子通信論文我要投稿

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摘要：光纖中通過一定的幅值恒定的光，外界擾動時光纖中光的強度將發(fā)生變化，因此對這種光強度的變化進行檢測可以探測外界擾動的入侵。對功能型光強調(diào)制的檢測一般利用特殊光纖對某些物理特性敏感而達到測量的目的，但光纖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。對光纖擾動機理進行了論述，提出了采用一般的多模光纖，針對不同入侵對象擾動信號頻率的不同，利用帶通濾波電路實現(xiàn)檢測的方法。并對帶通放大器技術(shù)進行了設(shè)計與仿真，實現(xiàn)了擾動信號的入侵檢測。

關(guān)鍵詞：光纖擾動入侵檢測帶通放大器

光纖傳感包含對外界信號（被測量）的感知和傳輸兩種功能。所謂感知（或敏感），是指外界信號按照其變化規(guī)律使光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奈锢硖卣鲄⒘浚ㄈ鐝姸�、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等）發(fā)生變化后，測量光參量的變化。這種“感知”實質(zhì)上是外界信號對光纖中傳播的光波實施調(diào)制。根據(jù)被外界信號調(diào)制的光波的物理特征參量的變化情況，可以將光波的調(diào)制分為光強度調(diào)制、光頻率調(diào)制、光波長調(diào)制以及光相位和偏振調(diào)制等五種類型。外界擾動（如振動、彎曲、擠壓等情況）對光纖中光通量的影響屬于功能型光強調(diào)制。對微彎曲的檢測一般采用周期微彎檢測方法，需要借用傳感板人為地使光纖周期性彎曲，從而使光強得到調(diào)制，一般用來檢測微小位移，可以作成工業(yè)壓力傳感器，其精度較高，設(shè)計也比較復(fù)雜。而光纖擾動入侵檢測的目的是檢測入侵，不需要很高的精度，因為高精度反而容易產(chǎn)生誤報警，因此不能采用上述方法。本文提出一種利用不同入侵對象（如人、風(fēng)等）的擾動調(diào)制頻率的范圍不同，采用一般多模光纖，在后續(xù)電路采用帶通濾波器進行帶通放大，濾出入侵擾動信號的調(diào)制頻率，有效實現(xiàn)入侵檢測的方法。根據(jù)對入侵對象及入侵頻率的分析，對０．１～３０Ｈｚ的帶通濾波器電路進行了設(shè)計與仿真，有效濾除了電源紋波、溫度漂移的影響，并設(shè)計了擾動檢測系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，將該入侵檢測系統(tǒng)安裝在某區(qū)域外圍或特殊物體上，如籬笆或需檢測對象上，能夠有效地檢測入侵、篡改、替換等非授權(quán)活動。

１擾動原理

１．１光纖特性

光纖是由折射率不同的石英材料組成的細圓柱體。圓柱體的內(nèi)層稱為纖芯，外層稱為包層，光線（或光信號）在纖芯內(nèi)進行傳輸。設(shè)纖芯的折射率為ｎ１，包層的折射率為ｎ２，要使光線只在纖芯內(nèi)傳輸而不致通過包層逸出，必須在纖芯與包層的界面處形成全反射的條件，即滿足ｎ１＞ｎ２。

光纖除了折射率參數(shù)外還有其它參數(shù)，如相對折射率、數(shù)值孔徑Ｎ·Ａ、衰減、模式（單模、多模）等。對于本系統(tǒng)，衰減參數(shù)比較重要，在光纖中峰值強度（光功率）為Ｉ０的光脈沖從左端注入光纖纖芯，光沿著光纖傳播時，其強度按指數(shù)規(guī)律遞減，即：

Ｉ（ｚ）＝Ｉ０ｅ－αＺ (1)

其中,Ｉ０——進入光纖纖芯(Ｚ＝０處)的初始光強；

Ｚ——沿光纖的縱向距離；

α——光強衰減系數(shù)。

光功率

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