基于相移光纤光栅传感的周界安防系统入侵探测技术研究

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1、学校代码：１０２７０分类号：ＴＰ２７７学号：１５２２０１０７３上善外说Ｌ大營硕士学位论文基于相移光纤光栅传感的周界安防系统入侵探测技术研究学院：信息与机电工程学院专业：通信与信息系统研究方向：光纤传感：陶鹏研究生姓名指导教师：武向农完成日期：２０１８年５月上海师范大学硕士学位论文摘要摘要社会财富的增加、人民生活水平的提高使得人们对于消除或减少来自外界威胁，寻找高效的安防需求越来越强烈。现有的电类产品，例如红外对射、泄漏电缆、电子脉冲围栏等都由于易受电磁干扰与环境影响，导致定址不准确等缺点，已经越来越不能

2、满足人们对于安防的需求。传统均匀布拉格光栅在测量高阶应变时往往谱型发生畸变，无法测量有效信息等问题严重。而作为非均匀光栅的相移光纤光栅在保留布拉格光栅优点的同时，依旧有布拉格光栅所没有的良好特性，值得研究人员深入研究。本文的主要工作及创新成果如下：（1）研究了相移光纤光栅的基本理论，运用传输矩阵法针对相移光纤光栅的光谱特性进行仿真实验。利用MATLAB软件平台，详细研究和分析了相移光纤光栅相移点位置a，相移量大小φ，折射率调制深度?????以及光栅长度L对相移光纤光栅的反射谱特性的影响。仿真结果表明a=0.5，φ=π，??eff=5×10−4以及

3、L=10mm时，相移光纤光栅的反射谱最佳，相移点中心波长最易观察。（2）针对相移光纤光栅传感器温度与应变对应中心波长变化的关系问题，利用传输矩阵法，选择合适的参数进行仿真实验研究。仿真中应变测量范围为0??～2100??，温度测量范围为-25℃～100℃。然后再利用OptiGrating软件进行实验仿真时，研究获取相移光纤光栅温度及应变的传感数据，并在此基础上，应用CFTOOL工具对测量数据进行回归分析，分别得到相移光纤光栅温度和应变对应相移点中心波长的灵敏度。仿真测得的相移光纤光栅应变灵敏度为1.204pm/με，相对FBG理论值减少了0.00

4、5pm/με（可忽略不计）；温度灵敏度测得为12.4pm/℃，相比FBG理论值提高了4.85pm/℃。实验同时测得，光栅反射率随着应变和温度的影响程不规则的变化，故反射率在相移光栅的传感中没有参考价值。（3）针对传统周界安防系统定址较差、分辨精度不够高、成本较大等缺点，提出一种基于相移光纤光栅传感的周界安防系统，可应用于机场，小区等场所。该系统共有四个模块，传感检测部分、信号处理平台、入侵险情处理系统及入侵数据库服务器端。针对传感检测部分，进行了传感检测系统设计。首先，对传感器的结构与模式进行设计；其次，针对每个功能模块，分别进行了功能、工作流程

5、及实现方式的阐述。最后，本文为了更加直观地展示本系统，模拟仿真了系统的软件平台界面。关键词：光纤传感；相移光纤光栅；周界安防；传输矩阵法IAbstractTheMasterDegreeDissertationofShanghaiNormalUniversityAbstractWiththeincreaseofsocialwealthandtheimprovementofpeople'slivingstandards,people'sdemandforeliminatingorreducingthreatsfromoutsideandseeking

6、effectivesecurityisbecomingmoreandmoreintense.Traditionalelectricalproducts,suchasinfraredradiation,leakagecableandelectronicpulsefence,areallvulnerabletoelectromagneticinterferenceandenvironmentalimpact,resultingininaccuratelocationandothershortcomings.Ithasbeenincreasinglyu

7、nabletomeetpeople'sneedsforsecurity.TheconventionaluniformPraguegratingtendstodistortthespectralpatternwhenmeasuringthehighorderstrain,andtheproblemssuchasthefailuretomeasuretheeffectiveinformationareserious.AsthephaseshiftedFBG,asanon-uniformgrating,retaintheadvantagesofPrag

8、uegrating,itstillhasgoodcharacteristicsofPraguegrating.Itisworthfurt