光纖擾動(dòng)入侵檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：光纖中通過一定的幅值恒定的光，外界擾動(dòng)時(shí)光纖中光的強(qiáng)度將發(fā)生變化，因此對(duì)這種光強(qiáng)度的變化進(jìn)行檢測(cè)可以探測(cè)外界擾動(dòng)的入侵。對(duì)功能型光強(qiáng)調(diào)制的檢測(cè)一般利用特殊光纖對(duì)某些物理特性敏感而達(dá)到測(cè)量的目的，但光纖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。對(duì)光纖擾動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了論述，提出了采用一般的多模光纖，針對(duì)不同入侵對(duì)象擾動(dòng)信號(hào)頻率的不同，利用帶通濾波電路實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方法。并對(duì)帶通放大器技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)現(xiàn)了擾動(dòng)信號(hào)的入侵檢測(cè)。

    關(guān)鍵詞：光纖 擾動(dòng) 入侵檢測(cè) 帶通放大器

光纖傳感包含對(duì)外界信號(hào)（被測(cè)量）的感知和傳輸兩種功能。所謂感知（或敏感），是指外界信號(hào)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?qiáng)度、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等）發(fā)生變化后，測(cè)量光參量的變化。這種“感知”實(shí)質(zhì)上是外界信號(hào)對(duì)光纖中傳播的光波實(shí)施調(diào)制。根據(jù)被外界信號(hào)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(qiáng)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(dòng)（如振動(dòng)、彎曲、擠壓等情況）對(duì)光纖中光通量的影響屬于功能型光強(qiáng)調(diào)制。對(duì)微彎曲的檢測(cè)一般采用周期微彎檢測(cè)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(qiáng)得到調(diào)制，一般用來檢測(cè)微小位移，可以作成工業(yè)壓力傳感器，其精度較高，設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。而光纖擾動(dòng)入侵檢測(cè)的目的是檢測(cè)入侵，不需要很高的精度，因?yàn)楦呔�度反而容易產(chǎn)生誤報(bào)警，因此不能采用上述方法。本文提出一種利用不同入侵對(duì)象（如人、風(fēng)等）的擾動(dòng)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(jìn)行帶通放大，濾出入侵?jǐn)_動(dòng)信號(hào)的調(diào)制頻率，有效實(shí)現(xiàn)入侵檢測(cè)的方法。根據(jù)對(duì)入侵對(duì)象及入侵頻率的分析，對(duì)０．１～３０Ｈｚ的帶通濾波器電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真，有效濾除了電源紋波、溫度漂移的影響，并設(shè)計(jì)了擾動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，將該入侵檢測(cè)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(cè)對(duì)象上，能夠有效地檢測(cè)入侵、篡改、替換等非授權(quán)活動(dòng)。

１ 擾動(dòng)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(xì)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(hào)）在纖芯內(nèi)進(jìn)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(duì)折射率、數(shù)值孔徑Ｎ·Ａ、衰減、模式（單模、多模）等。對(duì)于本系統(tǒng)，衰減參數(shù)比較重要，在光纖中峰值強(qiáng)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(shí)，其強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律遞減，即：

Ｉ（ｚ）＝Ｉ０ｅ－αＺ     (1)

其中,Ｉ０——進(jìn)入光纖纖芯(Ｚ＝０處)的初始光強(qiáng)；

Ｚ——沿光纖的縱向距離；

α——光強(qiáng)衰減系數(shù)。

光功率

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