干涉型光纤周界安防系统的设计
发布时间：2017-03-31 00:22
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【摘要】：周界安防是指对特定区域的边界设置防护,以防止非法入侵或侍机逃逸。传统的措施一般采取物理防范,如围墙、栅栏和防护网等,为提高防范能力,往往需要人力巡查、值守。现代的防护系统大多结合技术防范,实现了安防的智能化,如振动电缆、张力电缆、红外对射、高压电网和视频监控等。但是,这些周界安防技术存在一些明显的缺点,如容易受天气、环境的影响、误报、漏报率高、需要现场供电等。以光信号为载体的光纤周界安防技术,继承了光纤传感的优点,具有实时监测、探测能力强、误报率低和系统本质安全等特点。它在恶劣环境下依然可以正常工作,而且适用于易燃易爆场合,与现有的周界安防技术相比,有明显优势。根据防区布局的方式不同,光纤周界安防又可分为多防区和定位型两大类。前者采用物理分区的方法将整个区域划分为若干个独立的子防区,主机通过巡查各个子防区实现对整个区域的检测。后者基于分布式光纤传感的原理,采用一根光纤对整个区域实施监控,通过对光信号的解调得到扰动信息,从而定位入侵。本文在分析和对比了现有的光纤周界系统的工作原理和定位技术的基础上,采用单模光纤搭建了基于Mach-Zehnder干涉技术的多防区和定位型两种光纤周界系统。通过对干涉信号的调制形式、解调方法、数字化处理和测量误差的理论分析,证明了该干涉技术应用于周界安防系统中的可行性及可靠性。对于干涉技术,激光光源是关键器件之一,它的相干长度是一个很重要的指标。根据系统对光源相干长度和输出功率要求的不同,本设计分别选用300M/4mw和3M/10mw的激光光源作为多防区和定位型系统的光源,并设计了光源的驱动电路。本文还分别对多防区和定位型系统的光电转换进行了较为深入的研究,从器件选择、电路结构到噪声分析到都作了较为细致的论述。在此基础上,选用PIN型和雪崩型光电二极管作为多防区和定位型系统的光电转换器,并给出了光电二极管的偏压电路设计方案。多防区系统的信号解调技术对采样频率要求不高,所以本文选用集成ADC的微处理器作为采集前端与主机,使系统对ADC复用的实现变得容易。对于定位型系统,它的解调技术相对复杂,定位精度决定于信号采样频率,所以本设计采用FPGA技术搭配高速ADC设计该系统的采集前端,而采用DSP数字处理器作为主机,以实现与FPGA的高速通信。经测试,实验样机基本上达到了预期的设计效果,经进一步优化调整,可用于取代现有的周界安防产品。
【关键词】：光纤周界安防 Mach-Zehnder干涉 多防区 长距离定位
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253;TP277
【目录】：
- 摘要3-5
- Abstract5-10
- 第1章 绪论10-15
- 1.1 引言10
- 1.2 常见的的周界防护技术10-11
- 1.3 光纤周界安防系统11-14
- 1.3.1 多防区光纤周界安防技术11-12
- 1.3.2 定位型光纤周界安防技术12-14
- 1.3.3 干涉型光纤周界安防技术的优势14
- 1.4 论文主要内容14-15
- 第2章 多防区光纤周界安防系统15-35
- 2.1 多防区光纤周界安防系统的工作原理15-16
- 2.1.1 光纤环路15-16
- 2.1.2 入侵判别16
- 2.2 多防区光纤周界安防系统的光源16-19
- 2.2.1 激光二极管的选型16
- 2.2.2 激光二极管的驱动设计16-19
- 2.3 多防区光纤周界安防系统的采集前端19-28
- 2.3.1 光电传感器19-23
- 2.3.2 电流-电压变换电路23-24
- 2.3.3 器件选择24-27
- 2.3.4 噪声分析27-28
- 2.3.5 有效分辨率28
- 2.4 多防区光纤周界安防系统的主机28-33
- 2.4.1 主机硬件设计28-30
- 2.4.2 主机软件设计30-33
- 2.5 多防区光纤周界安防系统的上位机软件33-35
- 2.5.1 上位机驱动设计33
- 2.5.2 上位机软件设计33-35
- 第3章 定位型光纤周界安防系统35-56
- 3.1 定位型光纤周界安防系统的工作原理35-38
- 3.1.1 定位原理35-36
- 3.1.2 信号处理36-37
- 3.1.3 信号数字化近似37-38
- 3.1.4 定位误差分析38
- 3.2 定位型周界安防系统的光源38-39
- 3.3 定位型周界安防系统的采集前端39-43
- 3.3.1 器件选择39-41
- 3.3.2 噪声分析41
- 3.3.3 有效分辨率41-42
- 3.3.4 直流偏压电源42-43
- 3.4 长距离定位型周界安防系统的信号采集43-52
- 3.4.1 模拟转换器（ADC）43-46
- 3.4.2 高速采样时钟46-48
- 3.4.3 采样CPU48-52
- 3.5 长距离定位型周界安防系统的主机52-56
- 3.5.1 主机处理器52-53
- 3.5.2 软件设计53-56
- 第4章 实验样机与测试结果56-59
- 4.1 多防区型光纤周界安防系统56-57
- 4.2 定位型光纤周界安防系统57-59
- 总结59-60
- 参考文献60-62
- 致谢62-63
- 攻读硕士学位期间的研究成果63
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩玲娟;王强;杨其华;范昕炜;;基于分布式光纤传感的水下输气管道泄漏检测与定位分析[J];传感技术学报;2015年07期
2 聂娅琴;;基于相干检测的分布式光纤振动传感器[J];电子制作;2014年08期
3 王贺;孙琪真;李晓磊;刘德明;;干涉型分布式光纤振动传感技术的研究进展[J];激光与光电子学进展;2013年02期
4 张涛;f觎
本文编号：278464
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