基于FBG传感器的超长距离光纤围栏报警系统

摘要

光纤围栏是一种利用光纤作为传感介质的传感系统，可以分为分布式和准分布式。它的技术基础是分布式光纤传感技术和各种光纤传感器，与传统的围栏报警系统相比，它具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射、损耗低、监测范围大等特点。基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的光纤围栏报警系统是一种准分布式的传感系统，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、易复用、隐蔽性好等优点，可以在传感光纤布设范围内对突发事件进行实时、远程的监测，在安全监测领域有着重要的应用前景。本课题受到国家863计划(2007AA01Z245)项目基金支持，立足于光纤围栏技术的发展，在基于FBG传感器的光纤围栏报警系统上做了一系列工作，主要包括以下三大方面：基于FBG传感器的光纤围栏报警系统的信号处理、超长距离光纤围栏技术研究以及报警系统软件部分的设计。
　　 首先总结分析了国内外光纤围栏技术发展及FBG传感器复用和解调技术，建立了实验模型并对采集到的报警信号做了多方面的信号处理，利用动态差值去噪法和小波去噪解决了报警信号的降噪、利用经验模态分解法(EMD)和小波包特征熵算法解决报警信号定位问题，并提取入侵信号的特征，总结了七种入侵模式进行判别。
　　 然后研究了各种光放大技术和长距离FBG传感系统的实现方案。提出了利用TDM和OTDR技术来实现超长距离光纤围栏的解调，并提出了基于掺铒光纤放大器(EDFA)的放大方式来实现超长距离光纤围栏方案，实验中实现了150km的光纤围栏系统；进而提出了基于EDFA和光纤拉曼放大器(FRA)相结合的光放大方案，实现了275km的超长距离FBG光纤围栏系统，信噪比约为27.5dB；为了进一步优化系统，使系统中被放大的光信号更为平稳，提出了一种基于双向拉曼无损耗传输系统的FBG长距离传感系统方案。
　　 最后基于LabVIEW编程语言设计了光纤围栏报警系统的软件部分。设计了软件的流程图方案；编写了信号采集模块和各种信号处理模块，实现了报警软件的基本功能；设计了软件界面，并能直观的表现出报警信号；并经过实验验证了软件的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2光纤围栏报警系统的研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3光纤围栏报警系统的技术路线分析

1.3.1基于干涉技术的光纤围栏报警系统

1.3.2基于OTDR技术的光纤围栏报警系统

1.3.3基于光纤光栅技术的光纤围栏报警系统

1.4超长距离光纤传感系统的研究现状

1.4.1国内研究现状

1.4.2国外研究现状

1.5本课题的意义及其主要研究内容

1.5.1本课题的意义

1.5.2本课题主要研究内容

2基于FBG传感器的光纤围栏报警系统

2.1FBG传感器原理

2.1.1 FBG应变特性

2.1.2 FBG温度特性

2.1.3 FBG传感器封装技术

2.2基于FBG传感器的光纤围栏报警系统原理

2.2.1 FBG探测解调技术

2.2.2 FBG复用技术

2.2.3实验模型建立

2.3系统信号处理

2.3.1降噪算法

2.3.2定位算法

2.3.3模式判别算法

2.4本章小结

3基于超长距离的FBG传感系统

3.1光纤放大器原理

3.1.1 EDFA原理

3.1.2 FRA原理

3.1.3半导体光放大器(SOA)原理

3.2基于EDFA的FBG传感系统

3.2.1长距离FBG传感系统解调技术分析

3.2.2 OTDR原理

3.2.3基于EDFA的长距离系统

3.3基于EDFA和FRA的长距离系统

3.3.1拉曼增益系数测量

3.3.2系统实验分析

3.4本章小结

4系统软件设计

4.1系统软件介绍

4.2系统软件功能模块及流程

4.2.1软件流程设计

4.2.2功能模块介绍

4.3实验测试

4.4本章小结

5结论与展望

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文