【摘 要】
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随着社会经济的快速发展,国家基础设施建设不断得到完善,为了保证重要场所或区域的安全,防止非法入侵者闯入,多种防范措施被广泛应用。分布式光纤传感技术将传感和传输融为一体,具有测量范围大、监测距离远、灵敏度高、隐蔽性强、抗电磁干扰等优点,被广泛应用于大型建筑健康监测、航空航天、周界安防等领域。基于干涉原理的分布式光纤振动传感器可感知并还原光纤布设范围内外界振动信号,满足敏感区域振动检测需求,随着安防系
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随着社会经济的快速发展,国家基础设施建设不断得到完善,为了保证重要场所或区域的安全,防止非法入侵者闯入,多种防范措施被广泛应用。分布式光纤传感技术将传感和传输融为一体,具有测量范围大、监测距离远、灵敏度高、隐蔽性强、抗电磁干扰等优点,被广泛应用于大型建筑健康监测、航空航天、周界安防等领域。基于干涉原理的分布式光纤振动传感器可感知并还原光纤布设范围内外界振动信号,满足敏感区域振动检测需求,随着安防系统探测指标的不断提升,在实现系统监测范围更广、响应速度更快、振动检测准确性更高方面仍有待进一步研究。针对上述问题,本文设计了一种基于现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)的光纤传感周界安防系统,以萨格奈克干涉原理为基础,通过光开关构建双防区振动检测结构,提升监测范围。利用FPGA的架构优势,提高光纤周界安防系统的响应性能,实现对入侵扰动的实时检测。借助改进的最小控制递归平均算法(Improved Minimum Control Recursive Average Algorithm,IMCRA)的降噪优点提升系统的信噪比和预警准确度。本文从以下几方面展开研究:(1)理论分析了干涉型光纤振动检测机理,阐述了振动信息解调的相关原理,搭建了基于萨格奈克干涉的防区型光纤周界安防系统,提升扰动检测范围,并介绍了系统核心器件参数。(2)设计了基于FPGA的振动数据采集和传输方案,对硬件开发环境进行了介绍,描述了硬件电路总体设计框架,搭建了以FPGA作为核心的采集传输电路,并详细阐述了数据采集和传输的实现方案。(3)开发了基于微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)的控制软件,实现了对传感系统的运行控制,设计了数据显示和存储等功能,构建了图形化交互界面,并通过多线程结构设计优化了软件运行的流畅度,保证软件能够长时间稳定运行。(4)对防区型分布式光纤振动传感样机的主要性能指标进行了测试,并完成系统的集成化设计。通过实验对系统入侵振动检测、频率响应和预警准确度进行测试,并结合IMCRA算法对系统进行降噪和信号增强处理,降低了系统的漏报率,最终搭建了工程样机。研究表明,基于FPGA的光纤传感周界安防系统,可实现双防区布设光纤范围内扰动状况的实时检测,对防区内发生的入侵行为进行预警,为在重点场所周界入侵检测预警领域提供了一种新的解决方案。
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