光纖擾動入侵檢測系統(tǒng)的設計與實現

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，但光纖結構比較復雜。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檢測的方法。并對帶通放大器技術進行了設計與仿真，實現了擾動信號的入侵檢測。

關鍵詞：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)律使光纖中傳輸的光波的物理特征參量（如強度、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”實質上是外界信號對光纖中傳播的光波實施調制。根據被外界信號調制的光波的物理特征參量的變化情況，可以將光波的調制分為光強度調制、光頻率調制、光波長調制以及光相位和偏振調制等五種類型。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，設計也比較復雜。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、風等）的擾動調制頻率的范圍不同，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制頻率，有效實現入侵檢測的方法。根據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計與仿真，有效濾除了電源紋波、溫度漂移的影響，并設計了擾動檢測系統(tǒng)。在實際應用中，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。圓柱體的內層稱為纖芯，外層稱為包層，光線（或光信號）在纖芯內進行傳輸。設纖芯的折射率為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外還有其它參數，如相對折射率、數值孔徑Ｎ·Ａ、衰減、模式（單模、多模）等。對于本系統(tǒng)，衰減參數比較重要，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。

光功率

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