神经网络应用于光纤智能安防信号识别研究

发布时间：2020-07-29 07:37

【摘要】：物联网是通过电信网,互联网等承载体使各种有独立功能的物体实现互通互联的网络,也就是“物和物互相连接的互联网”。智能安防就是把物联网技术和安防产品相结合,使安防更加人性化,智能化,现代化,更加精准地检测入侵,对我们的人身和财产安全有更好的保证。结合光纤传感技术的智能安防更加能够弥补传统安防系统的缺点,光纤振动传感系统是基于光纤传感技术并布设在周界的新型智能安防系统。本文研究光纤振动传感系统的原理,并搭建系统采集入侵信号,对采集到的入侵信号进行特征提取,再搭建卷积神经网络模式对入侵信号进行模式识别,最后编写光纤信号识别系统,实现交互。本文主要进行了以下几方面的研究工作:1.研究了光纤传感系统的传感原理和几类典型的干涉型光纤传感系统:迈克尔逊干涉型光纤传感器,马赫-曾德干涉型光纤传感器,萨格纳克干涉型光纤传感器。其中主要研究了迈克尔逊干涉型光纤振动传感系统的结构和信号采集原理;通过布设在家庭的窗户上的光纤振动传感系统,对入侵信号进行采集,实验得出的数据分成四种情况,分别为开窗,攀爬,敲窗和非入侵情况。2.研究了信号预处理方法和两种信号特征提取方法:短时傅里叶变换和小波变换。分别对信号进行特征提取并比较两种特征提取方法的效果。3.研究了神经网络原理,设计了卷积神经网络和BP神经网络,分别对短时傅里叶变换得到的特征矩阵和小波变换得到的特征向量进行模式识别,分别得出测试结果并进行了对比,得出卷积神经网络模式识别效果优于BP神经网络,卷积神经网络的总准确率可达93.0%。4.编写光纤信号识别程序,用python语言的tkinter模块编写GUI,运用训练后的卷积神经网络模型对光纤振动传感信号进行模式识别。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TP183
【图文】：

光纤传感器,迈克尔逊干涉,马赫,传感光纤

华中科技大学硕士学位论文入两根长度相等的保偏光纤里传播。这两根光纤分为参考光纤和传感光纤光纤的作用是提供传感光纤中光波的参考点；传感光纤的作用是接收外界使光纤中光波参数发生变化。两个干涉臂中传播的光波经过光纤断面的反发射，并重新在光纤中反向传播，在 3dB 耦合器的一端发生干涉，最终输号被光电探测器接收，再传入信号处理器进行信号处理。

光纤传感器,干涉型光纤传感器,纳克,马赫

图 2-1 迈克尔逊干涉型光纤传感器（2）马赫-曾德干涉型光纤传感器马赫-曾德干涉型光纤传感器基于马赫曾德干涉仪，具有抑制光源和模式噪声的特点，在高精度测量中有广泛应用。其结构如下图，和迈克尔逊干涉型光纤传感器相比它没有纤端反射镜，避免出现回波干扰的情况，但是需要多加一个 3dB 的光耦合器。He-Ne 激光器发射出相干光进入到 3dB 耦合器，经过光纤耦合器的分光作用后分成两束强度相等的光束，分别射入参考臂光纤和传感臂光纤里传播。光束经过光纤到达第二个 3dB 耦合器并发生干涉现象，最终输出的干涉信号被光电探测器接收，再传入信号处理器进行信号处理[25-27]。

干涉型光纤传感器,纳克

中科技大学硕士学位论干涉型光纤传感器基于萨格纳克效应：从激光器发出的激光，在绕成圈的光纤中以相反的方向进行传播，最后汇合发生为环路的旋转角速度而产生不同的相移，因而影响到干涉条可以从探测的干涉条纹计算出旋转角速度。萨格纳克干涉型。激光器发射出相干光进入到光耦合器，经过 3dB 耦合器的相等的光束，在传感光纤中反向传播。如果干涉仪同时做轴度，正，反方向传播的光束会因走过的光程不同而产生光程生变化。最终输出的干涉信号被光电探测器接收，再传入信。

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