本文選題：布里淵光時(shí)域分析 + 光纖應(yīng)變　； 參考：《電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：基于布里淵光時(shí)域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)技術(shù)的傳感器具有檢測距離長,測量精度高,抗外界干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢,而圍欄入侵檢測系統(tǒng)在周界安防領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,因此,研究基于BOTDA圍欄入侵檢測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)和調(diào)研重要場所的周界安防中的圍欄入侵檢測技術(shù)的現(xiàn)狀后,結(jié)合受激布里淵散射獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于BOTDA圍欄入侵檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)BOTDA分布式光纖傳感器測量耗時(shí)多,檢測反應(yīng)慢的缺點(diǎn),并創(chuàng)新地提出了重心頻率的算法,對幾種圍欄入侵的檢測方法(以檢測光纖應(yīng)變?yōu)槔?進(jìn)行了深入研究,最后通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)對圍欄入侵檢測的可行性。本論文主要研究內(nèi)容如下:1.簡要介紹了布里淵散射理論,分析了光纖的傳感機(jī)理,重點(diǎn)分析了布里淵頻移和布里淵光功率與光纖應(yīng)變的關(guān)系,為本論文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ);2.重點(diǎn)研究了實(shí)驗(yàn)傳感數(shù)據(jù)處理方法和系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)方案,介紹了均值濾波對傳感信號(hào)處理的原理,分析了布里淵頻移擬合與尋峰技術(shù);接著重點(diǎn)分析了布里淵頻移檢測法和重心頻率檢測法的檢測原理;最后簡要分析了系統(tǒng)性能指標(biāo),包括系統(tǒng)信噪比、傳感精度和空間分辨率,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究指明了方向;3.設(shè)計(jì)并搭建了基于BOTDA圍欄入侵檢測系統(tǒng)。首先利用光譜分析儀獲取+1階的邊帶光波構(gòu)成了增益型的BOTDA系統(tǒng);接著通過RS232串口通信顯示界面發(fā)送指令和采集界面的初始化設(shè)置獲取到了實(shí)驗(yàn)所需的原始光信號(hào);然后利用VC++中的MFC模塊設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和傳感信號(hào)的顯示;接著運(yùn)用布里淵頻移檢測法、重心頻率檢測法以及原始光信號(hào)強(qiáng)度檢測法分別對光纖應(yīng)變檢測實(shí)驗(yàn)并對相應(yīng)的檢測結(jié)果進(jìn)行了分析。4.對本系統(tǒng)性能指標(biāo)做了相關(guān)測試和分析,得到本系統(tǒng)的傳感精度為25 g,實(shí)驗(yàn)測定的布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)為0.5983MHz/g,系統(tǒng)的空間分辨率為4m。最后提出了閾值法、譜分析法來對圍欄入侵的檢測方法,并給出了譜分析法的模擬測試實(shí)施方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。上述研究結(jié)果表明,本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)及檢測方法應(yīng)用于圍欄入侵監(jiān)測是可行的。
[Abstract]:The sensor based on Brillouin Optical time Domain Analysis (Brillouin Optical time Domain Analysis) technology has the advantages of long detection distance, high measurement precision and strong ability to resist external interference. It is of great practical significance to study the intrusion detection system based on BOTDA fence. After consulting domestic and international literature and investigating the present situation of fence intrusion detection technology in perimeter security of important sites, combining the unique advantages of stimulated Brillouin scattering, a BOTDA fence intrusion detection system is designed. The system overcomes the shortcomings of the traditional BOTDA distributed optical fiber sensor, which is time-consuming and slow to detect, and puts forward the algorithm of center of gravity frequency innovatively. In this paper, several detection methods of fence intrusion (taking fiber strain detection as an example) are studied in depth. Finally, the feasibility of the system for detecting fence intrusion is verified by relevant experiments. The main contents of this thesis are as follows: 1. The Brillouin scattering theory is introduced briefly, the sensing mechanism of optical fiber is analyzed, and the relationship between Brillouin frequency shift, Brillouin optical power and fiber strain is analyzed, which lays a theoretical foundation for the system design of this thesis. The experimental data processing method and the software design scheme of the system are studied emphatically. The principle of the mean value filter for the sensing signal processing is introduced, and the Brillouin frequency shift fitting and peak-seeking technology are analyzed. Then the detection principle of Brillouin frequency shift detection method and center of gravity frequency detection method is analyzed emphatically. Finally, the system performance indexes, including system signal-to-noise ratio, sensing precision and spatial resolution, are briefly analyzed. An intrusion detection system based on BOTDA fence is designed and built. At first, the gain BOTDA system is constructed by obtaining the first order side band light wave by the spectrum analyzer, and then the original optical signal is obtained through RS232 serial port communication display interface sending instruction and the initialization setting of the acquisition interface. Then we use MFC module in VC to design the program to collect the experimental data and display the sensing signal, and then use Brillouin frequency shift detection method. Barycenter frequency detection method and original light signal intensity detection method are used to test the strain of optical fiber, and the corresponding results are analyzed. The sensor precision is 25 g, the Brillouin frequency shift strain coefficient is 0.5983 MHz / g and the spatial resolution of the system is 4 m. Finally, the threshold method and spectral analysis method are proposed to detect the fence intrusion, and the implementation scheme and the experimental results of the spectral analysis method are given. The results show that the system and detection method designed in this paper are feasible for fence intrusion detection.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN253;TP274

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2071899