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光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展产生的一种崭新传感技术。光纤传感器由于具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、本质安全、耐腐蚀、可构成传感网络等诸多优点,因而在工农业、生物医疗、公共安全、国防等各领域均有广阔的应用前景,近年来得到了迅速的发展。将光纤传感技术用于周界入侵探测是光纤传感应用的新发展,与其他周界入侵探测技术相比,具有隐蔽性好、安全可靠等突出优点,可用于武器、化学品仓库、炼油厂等易燃易爆环境下和雷达站、发电厂等强电磁场环境下的周界入侵探测,因此得到了广泛关注。
多模光纤散斑效应已经被用于做周界入侵检测,并且显示出很多优势。本文主要对这种散斑传感器进行了研究,其主要内容包括以下一些方面:
首先,对多模光纤中散斑的形成机理进行了理论分析和实验研究。根据实验中发现传感系统探测灵敏度在多纵模激光光源注入的情况下优于单纵模激光光源,同时横模的耦合非常弱的现象,提出了多模光纤散斑形成的新物理模型。新模型中的机理即:光纤的弯曲导致光波波前的衰落,同时在横模场的交叠项上产生干涉模式;另一个结论是激光器纵模干涉的贡献比横模要大的多,从而很好的解释了实验观测的现象。
其次,进行了周界防卫光纤传感系统设计及实验研究。对多模光纤散斑传感技术用于周界入侵探测进行了系统设计,建立了实验系统。实验研究了光缆铺设条件、光源特性、多模光纤散斑导出机制对系统探测灵敏度的影响,提出了提高探测灵敏度的技术方法。在实验测试了不同特征信号的波形并且给出了系统信号处理的方法。
最后,开展了入侵定位技术研究。采用光纤中相向传播的两路光波信号的时间差的方法,在实验上初步实现了百米量级的定位精度。