基于DSP光纤周界报警系统的研究报告书定稿
物联网光纤光栅智能周界报警系统
环境而
定
脉冲电子围栏
是 入侵报警、威 慑、自检功能 围栏、围墙
有影响 影响较小
独立安装 较方便
振动电缆
光纤光栅传感 器
是
无需供电
入侵报警、粗定 入侵报警、精确
位
定位、智能识别、
自检功能
围栏、围墙、草 围栏、围墙、草
坪、地表
坪、绿篱、水系
较小影响
无影响
影响较大
影响较小
埋地、挂墙、墙 视布设环境而定 顶等 视布设环境而 视布设环境而定 定
检测通道相对独立，避免设备问题的影响；可根据工程需要， 灵活方便的选择探头位置和疏密度。 8、 响应时间短：光纤光栅周界安防系统单一防区的响应时间不 超过 3 秒，而且与监测长度与精度无关。
八、 产品优势体现
物联网光纤光栅智能周界报警系统是我公司与北京邮电大学合作研 发的新一代的周界预警系统。系统可广泛应用于国境线、油田、化工厂、 机场、监狱、 戒毒所、医院等各种以围栏或砖墙为周界实体防护的区域。
六、 技术特点与比较
防范技 术 性能 传感器涉电 基本功能
光纤振动周界入侵报警系统的应用(资料)概要
RJ45接口
USB接口
RS485接口光纤接口FC/APC接口
工作条件工作电源220VAC/50Hz
仪器功耗最大50W
工作温度
处理器:-10℃~+55℃
光纤传感器:-
40℃~+70℃
工作湿度0~95%R.H
IP等级
处理器:IP43
光纤传感器:IP55
系统性能
1报警响应时间≦2S
等功能,完成对入侵行为的实时监控
安远光纤振动周界入侵探测系统ZFI系列
处理器
光纤传感器
传导光缆
传感光缆
管理平台
光纤入侵探测系统介绍安远ZFI-1000防区型产品
系统技术规格
测量原理迈克尔逊光纤干涉传感技术
技术指标
传输距离20Km
探测灵敏度10m/s2
防区数单机最大16个单防区最大探测长度1500m报警响应时间≦2S
t
T t
干涉信号
原
始信号
t
光源接收器
温度变化
光源接收器
去偏器
去偏器
t
T
干涉信号
t
原始信号
t温度变化
光源接收器
一般产品没有对温度变化引起的光波变化进行控制,导致干涉信号随外界温度变化而变化,如下图所示
安远公司通过专利保护的光波控制技术控制干涉信号在温度变化的环境下保持一致,原理结构如右图所示
安
远
技术
传统光纤振动产品误报频发
光纤振动是最佳周界入侵报警解决方案
适应各种自然环境体积小
探测灵敏度高
光信号通讯
施工简单
综合成本低
优秀的光纤振动产品必须能解决三大难题
全光纤周界监控预警系统
全光纤周界监控预警系统全光纤周界监控预警系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统，是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系，它是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。
该系统利用单根光纤(光缆)作为传感传输二合一的器件，通过对直接触及光纤(缆)或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏、管道等，传递给光纤(缆)的各种扰动，进行持续和实时的监控。
采集扰动数据，经过后端分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型，如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走，以及可能威胁周界建筑物的机械施工等，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。
为了精确定位，只需获取光纤的准确长度，再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离，在报警信息中得到准确可靠的定位精度，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能，通过系统提供的入侵地点的位置，可以联动CCTV 监控或派遣人员到达现场。
核心技术作为特殊的带定位功能的分布式光纤传感监控监测技术，所需元器件、零件全部国产化，整个系统工程实施和应用较为简单，其与其它传统安防系统相比，先进之处在于：组合光路设计，单根光纤融合外界侵入检测和定位于一体;模式识别系统，降低系统误报率;信号处理系统，对高危地区实现语音监听和记录;独特的系统构架，可融合其它传感监测系统。
核心功能：1、长距离入侵监测沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。
2、侵入定位在判断有威胁侵入行为发生时，系统根据光信号调制分析，可以实时对侵入行为发生点进行定位，从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施，制止侵入行为后续事件发生。
3、模式识别对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭炮、汽车鸣响、雨声等进行识别，做出无害判断;还能识别走路、攀爬、触摸、挖掘等侵入行为并报警。
4、重要部位语音监听对于局部高危区域，系统可实现语音监听和记录。
该功能完全无需采用电或金属的传感器，仅用光纤即可实现，丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。
周界报警系统设计方案
周界报警系统设计方案XXX科技股份有限公司20XX年XX月XX日目录一系统概述 (2)二微波对射探测报警系统 (2)2.1 功能概述 (2)2.2 系统原理 (2)2.3 部署安装设计 (2)2.4 报警联动功能 (3)三光缆振动探测报警系统 (3)3.1 概述 (3)3.2 工作原理 (3)3.3 系统组成 (4)3.4 安装部署 (5)3.5 系统功能 (6)一系统概述周界报警系统采用一般采用两种探测报警技术：1)周界围墙内侧5米区域内采用微波或雷达对射探测报警技术；2)围墙内侧金属隔离网墙上采用光纤振动探测报警技术；3)在周界围墙内侧金属隔离网墙XX内部方位3米区域内试点建设智能视频分析报警技术，构建多鉴技术立体报警系统，使周界围墙内侧5米区域范围内安全警戒区域，做到自动报警、警情预警、联动管理，实现防范有效，警戒震慑。
二微波对射探测报警系统2.1功能概述微波对射探测系统是由微波发生器、发射天线、接收天线、信号检测器、信号分析和报警控制组成，系统能够在发射器和接收器之间可形成不可见的立体探测区域，当有入侵进入到被探测的立体探测区域后，系统即实现报警提醒。
2.2系统原理微波对射工作时，发射器定向的放射微波能量，这些微波束可直接到达接收器（类似于红外对射），但更多的是经地面、墙面及其他探测区内物体发射到微波接收器。
当有入侵时，微波接收器的能力将发生增大或减小的变化，微波信号处理器将对其进行分析，并给出预警或报警信号。
2.3部署安装设计实现全方位立体警戒报警，微波对射探测报警分段连接处不得有警戒盲区；每报警一般为100米，最长不超过120米；系统能够根据天气变化自动调整，防止漏报、减少误报，实现安全可靠的警戒；模块化分段安装，若主机出现故障，各个分机必须仍可正常工作，一旦前端设备同主机联系中断，前端设备也必须能正常工作；微波传感器安装在不锈钢或镀锌钢制立竿上，高度为1米，立竿必须作防腐、防锈处理。
周界报警系统方案
周界报警系统设计方案2023-7-14目录一．系统概述错误!未定义书签。
二．设计标准规范错误!未定义书签。
三．重要设备功能特点错误!未定义书签。
1）. 报警主机RK-ZX-520 错误!未定义书签。
2). 中文液晶键盘RK-2200LCD 错误!未定义书签。
3）. 单防区模块RK-2201A 错误!未定义书签。
5）.32路继电器模块RK-2232 错误!未定义书签。
四．RK-ZX-520报警系统的组成错误!未定义书签。
一．系统概述RK-ZX-520智能网络安防系统是建立在多级通讯网络平台上，采用总线方式和专业高速通讯协议进行数据传输和解决，具有报警响应时间短、系统容量大、可靠性高、数据安全、扩充性强、施工简朴、操作方便等特点。
特性1、系统反映速度快，警情信息上报速度低于两秒。
系统容量大，最多可挂127个模块或8W小报警主机，扩展到1024个防区，分127个分区管理2、总线距离长，总线距离通过中继器的延伸可达成10公里3、分控制键盘与防区一起走线，并可挂接多个键盘，节省线材4、键盘全中文操作，使用方便，防区名称可任意修改定义5、防区的分区可任意归属、设立，即可分区单独管理，又能实现中心统一管理6、附加功能齐全，可软件管理，打印机管理，指示灯显示，联动灯光监控二．设计标准规范采用现代化综合技术，系统要具有先进性，扩大和联网能力，并与分布式系统结构相适应，若干年后整个系统仍有动态的先进性。
系统要总体规范，全面设计，方案可选择，做到硬件设备共用，软件资源共享，器材优先组合，在现场条件下工作稳定可靠、操作方便。
从而将设计原则归纳为：质量可靠、技术先进、经济实用。
系统设计所涉及的设计标准和规范重要有：《智能建筑设计标准》（DBJ08-47-95）《民建筑电器设计规范》（JGJ/T16-92）《商用建筑线缆标准》（EIA/TIA-569）《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/181-1998）《安全防范工程程序与规定》（GA/T75-94）三．重要设备功能特点1）. 报警主机RK-ZX-520防盗、防火、防煤气泄露及紧急求助系统是通过中文液晶键盘RK-2200LCD进行操作的。
一种低成本的分布式光纤周界预警系统
㊀２０１９年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０１９㊀Ｎｏ ２㊀基金项目：国家自然科学基金项目（６１５７５０２１）收稿日期：２０１８－０１－１３一种低成本的分布式光纤周界预警系统叶贯宇，江㊀毅（北京理工大学光电学院，北京１０００８１）㊀㊀摘要：为了满足民用领域对周界安防的需求，提出了一种低成本的基于Φ－ＯＴＤＲ（相位敏感型光时域反射计）的分布式周界预警系统㊂使用内调制的方式产生光脉冲，同步采集和数字平均的方式采集㊁处理数据，结果表明系统能多点探测，在室内和室外分别达到１２ｄＢ和８．５ｄＢ的信噪比㊂通过ＦＰＧＡ与采样芯片结合，减少了成本，将测量时间降低为０．８ｓ；通过差值曲线取相对值方法，提高室外环境下信噪比０．７８ｄＢ；通过双阈值判断方式将漏报率降低到了８％㊂关键词：光纤传感器；周界预警；相位敏感型光时域反射计；分布式传感；背向瑞利散射；低成本中图分类号：ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０１９）０２－００９０－０４Ｌｏｗ⁃ｃｏｓｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＳｅｎｓｏｒｆｏｒＰｅｒｉｍｅｔｅｒＳｅｃｕｒｉｔｙＹＥＧｕａｎ⁃ｙｕ，ＪＩＡＮＧＹｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｐｅｒｉｍｅｔｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｉｎｃｉｖｉｌｉａｎｆｉｅｌｄ，ａｌｏｗ⁃ｃｏｓｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎΦ⁃ＯＴＤＲｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｗａｓｃｒｅａｔｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄａｔａｗａｓａｃｑｕｉｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｄｉｇｉｔａｌａｖｅｒａｇｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｉｎｔｒｕｓｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｄｏｏｒＳＮＲｏｆ１２ｄＢａｎｄｏｕｔｄｏｏｒＳＮＲｏｆ８．５ｄＢ．ＢｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇＦＰＧＡｗｉｔｈｓａｍｐｌｉｎｇｃｈｉｐ，ｔｈｅｃｏｓｔｌｅｓｓｅｎｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｉｍｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏ０．８ｓ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｉｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｏｕｔｄｏｏｒＳＮＲｂｙ０．７８ｄＢａｎｄｄｏｕｂｌｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｍｉｓｓｉｎｇａｌａｒｍｒａｔｅｔｏ８％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ；ｐｅｒｉｍｅｔｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙ；Φ－ＯＴＤＲ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｅｎｓｏｒ；ｂａｃｋｗａｒｄＲａｙｌｅｉｇｈｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ｌｏｗ⁃ｃｏｓｔ０㊀引言Φ－ＯＴＤＲ即相位敏感型光时域反射计，由传统的ＯＴＤＲ技术发展而来［１］，因其对相位的敏感性而具有对振动信号进行探测和定位的能力，因而广泛应用于石油化工管道等领域的安防预警［２］㊂基于其技术发展而来的ＤＡＳ系统，即分布式声学传感系统在精度㊁灵敏度㊁分辨率上进行了改进，能够对扰动的幅度㊁频率㊁位置进行更为精确的测量，将应用范围扩展到了地震波监测㊁水听器等对传感系统要求更高的领域［３－５］㊂相较于传统的电学周界预警系统，Φ－ＯＴＤＲ技术具有抗电磁干扰㊁抗腐蚀环境㊁更安全和易于分布式等优势［６］；相较于基于干涉效应的光纤传感器又具有实时性好㊁多点探测的优势，因而在周界安防领域具有良好的市场前景㊂本文针对这些需求，结合成本的考虑，提出一种低成本的应用于周界安防预警的Φ－ＯＴＤＲ系统，该系统具有良好的实时性和便携性，能够实现多点同时探测㊂１㊀系统结构及基本原理系统结构如图１所示，由激光器㊁环形器㊁光缆㊁光电探测器㊁采集卡和计算机组成㊂激光器将一定频率和脉宽的光脉冲通过环形器注入传感光纤，光在光纤中传播过程中，产生的背向瑞利散射光经由环形器输出，由光电探测器接收并将光信号转换为电信号，采集卡接收转换为数字信号供后续处理㊂光电探测器接收的实际上是光脉冲扫过的脉冲宽度内的背向瑞利散射信号相干叠加的结果［７］，因而当有外界扰动时，引起该处光纤的形变和折射率的变化，进而导致光程差的变化，使探测器接收到的信号强度发生变化，通过对强度变化的检测以实现对外界扰动进行定位和判断㊂图１㊀Φ－ＯＴＤＲ系统结构图相较于传统的ＯＴＤＲ系统，Φ－ＯＴＤＲ采用的是窄线宽激光器，相干时间必须满足不小于脉冲宽度的条㊀㊀㊀㊀㊀第２期叶贯宇等：一种低成本的分布式光纤周界预警系统９１㊀㊀件［８］，如式（１）所示㊂Δｔ＝λ２ｃΔλȡτ（１）式中：τ为脉冲宽度；Δｔ为相干时间㊂实验选取脉宽τ＝２００ｎｓ，即光源的线宽满足：Δνɤ５ＭＨｚ或Δλɤ４ˑ１０－５ｎｍ㊂光源选取蝶形封装的ＤＦＢ激光器，线宽为３ＭＨｚ，输出功率为１０ｍＷ，中心波长为１５５０．１２ｎｍ㊂在传统的Φ－ＯＴＤＲ方案中，通常采用外调制的方式产生光脉冲，通过声光调制器（ＡＯＭ）或电光调制器（ＥＯＭ）将连续光调制成一定脉宽的脉冲光，再使用掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）放大功率，带通滤波器（ＢＰＦ）滤除自发辐射（ＡＳＥ）噪声㊂这种方案的优点是功率大，消光比高，光束质量好，不会引起线宽展宽，但是加大了系统的复杂程度，增加了成本㊂而采用控制注入电流的内调制方式，可以使激光器直接输出脉冲光，结构简单，低成本且易于小型化㊂实验中采用与非㊁或非门构造单稳态触发器，实现对输入方波的任意占空比的方波变换，再配合场效应管构成的开关电路对激光器的注入电流进行调制，调节电路参数使得ＤＦＢ输出２００ｎｓ脉宽光脉冲㊂同时，使用温控电路来提高激光器的稳定性㊂脉冲的重复频率的选择与传感距离相关，必须满足上一个光脉冲在光纤尾端的菲涅尔反射回到环形器后，下一个光脉冲才可以发出㊂否则前后两个脉冲的背向瑞利散射曲线出现混叠，系统将无法定位㊂即周期Ｔ必需满足式（２）：Ｔ＞２Ｌｖ（２）式中：Ｔ为脉冲周期；Ｌ为光纤长度；ｖ为光纤中光速㊂实验采用长２ｋｍ，波长１５５０ｎｍ的单模通讯光缆，因而最大重频ｆ为５０ｋＨｚ，实验采用１０ｋＨｚ的重频，满足条件㊂使用单路ＩｎＧａＡｓ雪崩光电探测器对微弱的背向瑞利散射信号进行快速探测；考虑到２ˑ２耦合器会引入６ｄＢ的本证损耗，降低信号功率，使用损耗小于１ｄＢ的环形器传输光脉冲和接收散射信号㊂同步信号由信号发生器产生重复频率为１０ｋＨｚ，占空比为０．５的方波信号，背向瑞利散射信号由采集卡采集并传输至计算机，最大采样率为２０ＭＳＰＳ，代表每个点之间间距为５ｍ，因此２ｋｍ的光纤对应采集的总点数为４００㊂２㊀信号的采集㊁处理与实验２．１㊀信号的同步采集采用同步采集的方式，其原理如图１所示㊂由信号发生器产生一定重频的方波信号，该信号的上升沿触发内调制电路驱动激光器，并同时触发采集卡开始采集㊂这样采集卡从第一个点开始采集的就是由光脉冲产生的背向瑞利散射信号，以实现发射脉冲和接收脉冲的同步进行㊂同步采集可以保证准确地提取出每一次光脉冲产生的背向瑞利散射信号，同时也能避免重频不稳引入的误差，而通过判断光纤两端的菲涅尔反射峰来提取散射信号的方案则会因为阈值判断的误差引起菲涅尔峰判断不准确而导致提取的信号缺失或者引入噪声㊂２．２㊀信号处理及实验结果使用ＬａｂＶＩＥＷ进行简单的数据处理㊂采用数字平均的方式对提取的散射信号进行处理，将多个光脉冲产生的散射信号累加并除以累加次数，该方案可以明显提高信噪比并还原出淹没在噪声中的散射信号［９］㊂相较于移动平均的方案，数字平均计算量小，系统效率高且实时性更好㊂将每１００００条背向瑞利散射曲线累加后平均，并将相邻两条曲线做差，提取出强度变化曲线，实验中每１．３ｓ刷新１次差值曲线㊂将室内光缆每隔１０ｍ绕１个环并标定距离，绕出１．２ｋｍ供测试用，拍动已知位置的环，观测差值曲线的变化㊂在３００ｍ处拍动，得到如图２所示的差值曲线，在点６７处有最大尖峰，对应距离３３５ｍ，误差为３５ｍ，ＳＮＲ为１２ｄＢ㊂图２㊀在３００ｍ处拍动后系统的差值曲线在５００ｍ和１０００ｍ同时拍动时，得到如图３所示的差值曲线，１０５点和２０５点处出现尖峰，对应实际距离为５２５ｍ和１０２５ｍ，误差为２５ｍ，５００ｍ处信噪比为１１．７ｄＢ，１０００ｍ处信噪比为１０．２ｄＢ㊂图３㊀在５００ｍ和１０００ｍ同时拍动后系统的差值曲线在１０００ｍ处重复试验２０次，得到最大测量误差为６０ｍ，平均误差为３２．２５ｍ㊂将另一捆同样的光缆绕出１．２ｋｍ，同样也是１０ｍ一个环并标定距离，放置㊀㊀㊀㊀㊀９２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ ２０１９㊀室外对室内条件进行对比㊂分别测量２０组两种条件下的均值噪声，由于外界环境的干扰，室外条件下噪声较大，该组数据中，室内噪声均值为０．４１ｍＶ，而室外噪声均值为０．６２ｍＶ，对５００ｍ处多次测量的ＳＮＲ约为８．５ｄＢ㊂由于存在大风吹刮等外界扰动导致差值曲线可能出现类似人为拍动的尖峰，因此需要设置一个阈值用来区分人为拍动和外界干扰㊂一个单阈值判断的原理如图４所示，由于光脉冲注入环形器和从传感光纤尾端输出会产生幅值较大的菲涅尔反射，因此将得到的差值信号去掉末尾和开头的菲涅尔反射峰的差值部分，再取绝对值并取平均值作为基准噪声，然后设置一个阈值系数，当差值曲线某处强度的绝对值大于阈值系数与基准噪声的乘积时，认为该点发生了扰动，并输出扰动位置㊂图４㊀单阈值判断扰动位置的原理图阈值系数需要根据具体情况而定，设置过低则会导致误报，设置过高则会导致漏报㊂在室内环境下，干扰较弱，信噪比较高，导致误报的干扰可能性小，将阈值系数设置为４ ８㊂室外环境干扰较大，噪声均值较大，存在导致误报的外界干扰，将阈值系数设为４ ５．５㊂３㊀系统的优化方案３．１㊀ＦＰＧＡ与采样芯片作为采集模块为了进一步降低系统成本，提高便携性，采用ＦＰ⁃ＧＡ加上采样芯片的方式代替信号发生器和采集卡㊂使用ＥＰ４ＣＥ３０Ｆ２３Ｃ７和采样芯片ＡＤ９２２６共同构成采集模块㊂由ＦＰＧＡ产生的重频１０ｋＨｚ，脉宽６０ｎｓ的脉冲同时控制芯片采集和激光器的内调制电路，实现发射光脉冲和数据采集的同步㊂芯片的采样率为５０ＭＳ／ｓ，对应２ｋｍ的光缆则需要采集１０００个点，设置每次发射光脉冲后采集１０２４个点㊂将１０２４个采集的数据存入ｆｉｆｏ中，每次得到的１０２４个数据都和上一组的进行累加，总共采集８１９２组数据的累加，之后将数据通过ＵＳＢ通信发送给计算机，由后续程序进行平均和做差㊂该方案下每０．８ｓ即可以刷新一遍差值曲线，具有良好的实时性㊂不同的传感距离对应不同的采样点数，而不同的实验环境也需求不同的平均次数，因而将采样点数和累加次数两个参数设置为可在电脑上调整，更改后的参数可由ＵＳＢ传输给ＦＰＧＡ以实现对采集模块的调整㊂３．２㊀差值曲线取相对值由于外界环境导致系统噪声增加，ＳＮＲ降低，采用对差值曲线取相对值的方式降低外界环境的干扰㊂设前１００００条散射曲线平均后为曲线ａ，后１００００条散射曲线平均后为曲线ｂ，用（ａ－ｂ）／ａ对差值曲线取相对值㊂对５００ｍ处位置进行２０次拍动的对比实验，每次拍动相隔２０ｓ以保证每次实验时系统已经达到稳定，记录尖峰的最大值处的ＳＮＲ，对比两种方案ＳＮＲ的情况㊂原始方案中的ＳＮＲ为７．８４ｄＢ，相对值方案的为８．６２ｄＢ，后者使ＳＮＲ提高了０．７８ｄＢ，由于光功率的限制，初始信噪比不高，如果可以提高光功率则该方案对信噪比的提升效果会更好㊂３．３㊀双阈值判断扰动位置当差值曲线的尖峰两侧最小值存在负值时，取绝对值的方式会削去该尖峰的下半部分，可能会导致系统的漏报，对单阈值判断扰动位置进行改良，提出双重阈值法，如图５所示㊂图５㊀双阈值判断扰动位置的原理图首先设置一个初始阈值系数ｘ，由ｘ决定的阈值对绝对值后的曲线第一次比较判断，得到一系列索引值的索引数组；再以每一个索引值为中心，前后共ｎ个点设置一个窗口，用该窗口截取原始的差值曲线，将得到的数组取出最大值与最小值，两值之差再与第二个阈值系数ｙ决定的阈值比较，如果大于该阈值，则输出位置，否则舍弃㊂这样通过设置一个小阈值ｘ得到一组可能为扰动的点，再设置一个大一点的阈值和窗口二次判断，可以避免单纯取绝对值造成漏报的情况㊂双阈值法的ＬａｂＶＩＥＷ实现过程如图６所示㊂图６㊀双阈值法的ＬａｂＶＩＥＷ实现由阈值系数ｘ输出的索引数组通过ｆｏｒ循环依次筛选，由第二个阈值系数ｙ判断输出符合条件的扰动㊀㊀㊀㊀㊀第２期叶贯宇等：一种低成本的分布式光纤周界预警系统９３㊀㊀位置的索引，最后将各索引值加上开头截取的部分得到实际扰动位置的索引值，乘以每个点代表的空间距离，输出扰动点的实际位置㊂双重阈值法虽然可以有效改善单阈值系数设置过高或过低造成的系统漏报或误报的情况，但该方案会增加计算量，影响系统实时性，所以需要对低阈值系数ｘ和窗口大小ｎ进行合理地设置㊂实验中将双阈值法的系数ｘ设置为３．５，ｙ设置为５，窗口大小ｎ设置为１１，单阈值方案的阈值系数设置为５，对５００ｍ处进行２０次拍动测试，将误差６０ｍ内都认为是正确预警，前后２次拍动相隔２０ｓ，以保证每次实验时系统都已达到稳定，对比两种阈值方案的漏报情况㊂将对比试验重复１０次，得到的平均漏报率为１５％，加窗口方案为８％㊂对该方案的参数进行合理的优化和设置，漏报情况改善效果会更好㊂４ 结束语结合民用市场对监测系统的需求，文中提出的分布式光纤周界预警系能够实现多个入侵位置的同时探测，系统具有成本低，便携㊁实时性好，信噪比高和漏报率低的特点㊂参考文献：［１］㊀ＴＡＹＬＯＲＨＦ，ＬＥＥＣＥ．Ａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｉｂｅｒｏｐ⁃ｔｉｃｉｎｔｒｕｓｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇ．Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ５，１９９３：１９４－２０７．［２］㊀刘建霞．Φ－ＯＴＤＲ分布式光纤传感监测技术的研究进展［Ｊ］．激光与光电子学进展，２０１３，５０（８）：１９３－１９８．［３］㊀ＪＩＡＮＧＹ，ＸＵＴ，ＦＥＮＧＳ，ｅｔａｌ．Ｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓ⁃ｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｌｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄ⁃ｉｎｇｓｏｆｔｈｅＳｐｉｅ，２０１６，２５：１００２５０Ｃ．［４］㊀ＳＨＡＮＧＹ，ＹＡＮＧＹ，ＷＡＮＧＣ，ｅｔａｌ．Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕ⁃ｔｅｄａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｌｆ⁃ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆＲａｙ⁃ｌｅｉｇｈｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，２０１６，７９：２２２－２２７．［５］㊀ＦＡＮＧＧ，ＸＵＴ，ＦＥＮＧＳ，ｅｔａｌ．Ｐｈａｓｅ⁃ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｐｈａｓｅ⁃ｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｒｒｉｅｒａｌｇｏ⁃ｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３３（１３）：２８１１－２８１６．［６］㊀王鹏．Φ－ＯＴＤＲ的分布式光纤扰动传感系统阈值设定算法研究［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１６．［７］㊀安阳．双光束Ф－ＯＴＤＲ分布式光纤传感技术与应用［Ｄ］．天津：天津大学，２０１３．［８］㊀ＪＵＡＲＥＺＪＣ，ＭＡＩＥＲＥＷ，ＣＨＯＩＫＮ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｉ⁃ｂｅｒ⁃ｏｐｔｉｃｉｎｔｒｕｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２３（６）：２０８１－２０８７．［９］㊀谢孔利．基于φ－ＯＴＤＲ的分布式光纤传感系统［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００８．作者简介：叶贯宇（１９９２ ），硕士研究生，从事光纤传感器应用方面研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｇｙ０６３２＠１２６．ｃｏｍ江毅（１９６７ ），教授，博士生导师，从事光纤传感研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｂｉｔｊｙ＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第８９页）且在转折频率前两者都有先减小再增加的趋势，从而验证了上述脉动压力提取方法的正确性㊂可利用该方法预测高速动车组的气动噪声，从而设计优化高速列车的减振结构，采取相应措施降低气动噪声，以减少高速列车表面气流扰动，对于高速动车组压力测量以及减振降噪有参考价值㊂参考文献：［１］㊀ＲＡＧＨＵＲＳ，ＫＩＭＨＤ，ＳＥＴＯＧＵＣＨＩＴ．Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉ⁃ｅｎｃｅｓ，２００２，３８（６／７）：４６９－５１４．［２］㊀沈志云．高速列车的动态环境及其技术的根本特点［Ｊ］．铁道学报，２００６（６）：１２－１３．［３］㊀ＫＨＩＥＲＷ，ＢＲＥＵＥＲＭ，ＤＵＲＳＴＦ．Ｆｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｏｕｎｄｔｒａｉｎｓｕｎｄｅｒｓｉｄｅｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｆｌｕｉｄｓ，２０００，２９（２）：１７９－１９５．［４］㊀王亚南，陈春俊，何洪阳．高速列车脉动压力的大涡模拟及小波分解［Ｊ］．机械设计与制造，２０１５（８）：８６－８９．［５］㊀ＳＵＺＵＫＩＭ，ＴＡＮＥＭＯＴＯＫ，ＭＡＥＤＡＴ．Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｒａｉｎ／ｖｅｈｉｃｌｅｓｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｗｉｎｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｉｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，２００３，９１（１）：２０９－２１８．［６］㊀ＮＡＧＡＫＵＲＡＫ．ＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｎｏｉｓｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＳｈｉｎｋａｎｓｅｎｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，２００６，２９３（３）：５４７－５５６．［７］㊀蒋小燕，徐大诚，杨成，等．硅压阻式压力传感器非线性误差校正校正方法［Ｊ］．传感器与微系统，２００６，２５（１）：７６－７７．［８］㊀ＣＨＡＮＧＳＧ，ＹＵＢ，ＶＥＴＴＥＲＬＩＭ．Ｓｐｅｔｉａｌｌｙａｄａｐｔｉｖｅｗａｖｅｌｅｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄｗｉｔｈｃｏｎｔｅｘｔｍｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒｉｍａｇｅｄｅ⁃ｎｏｉｓｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＩｍａｇｅＰｒｏｃ．，２０００，９（９）：１５２２－１５３０．［９］㊀陈春俊，何洪阳，邵云龙．基于小波变换的高速列车表面脉动压力提取［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１５，５０（６）：４７２－４７７．［１０］㊀张洁，林建辉，高品贤．高速铁路振动及噪声测试技术［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，２０１０：８４－９０．［１１］㊀邵云龙．基于数据的气动载荷引起的列车横向振动提取方法研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１４：４７－５０．［１２］㊀王亚南．高速列车表面脉动的数值模拟及特征提取［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１５．作者简介：同晓雅（１９９１ ），硕士研究生，主要研究领域为传感器测试㊁信号处理㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１０５１７９９１３８＠ｑｑ．ｃｏｍ陈春俊（１９６７ ），博士生导师，教授，主要研究领域为仪器科学与技术㊁高速列车气动性能测试㊁测控技术等㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｊｃｈｅｎ＠ｓｗｊｔｕ．ｃｎ。
光纤周界探测系统的应用研究
体化键盘鼠标
由上 式 可 知 通 过 探 测 光 路 与对 比光 路 光 强进 行 除 法 运
继 电器扩展模块
报警主机 通信光缆 （ 后接其他防区 ） 光纤接续盒 通信光缆
算可以消除光源对系统的影响。
３ 外 部 结 构 影 响 ． ２
在实 际运 用过程 中 ，系统外部 的接 口会 因为振动或 是
化。
使用光纤作 为传感器 的光纤周界探测 系统 ， 弥补 了现有
视 频探 测系统所存 在有死角和视频探测 系统无法 主动报警 ， 遇雾霾 、 夜晚等天气无法有效监测 的缺陷 。可 以实 现长 距离 大范 围区域 周界探测 、 警等功 ， 报 并且 前端探测器 与传输 信 息光缆均属于无源器件 ， 得该 系统适用于有特殊要 求的场 使 合。
２１ 年 ９ ０２ 月第 ２ 期 ７
为 ， Ａ 、 ２ａ ， ｌ ）ａ１（ ） 由于 只有 一路过探头 因此我们用另一 路 （
作为参考量做除法有 ：
ａ ＇（ ａｌ Ａ） ｌ
＝ ＝
通信光缆 、 传感光缆 、 等组成 ， 图 １ 如 。
工控 计算机
一
ａａ
， Ａ ｒ ’ ） １ ａ ‘ ２ ） 上 （ ２ 。 （ ， Ａ （）
其 中 为光波传播常数 ，为光纤折射率 ， 为光纤 长度 ， 当 感应光纤随物体变化 ， 出射光的相位变化为 ：
△ — （Ａ＝Ａ ） ｚｌ ： ｎ ／／ｎ ＝ △＋△
＾
的影响。下面探讨下这两个 因素对系统性能的影响 以及相应 的改 良算法 。
３１ 光 源 影 响 ．
上式的第一项代 表由于声压引起 的光纤 长度 的变化 ， 其 中：
系统 的光源影响 主要 体现在强 度变化 和频谱漂移 两个
光纤光栅技术在周界入侵报警系统中的运用分析
光纤光栅技术在周界入侵报警系统中的运用分析
光纤栅技术是一种新型的无线入侵报警系统，在最近几年受到了广泛关注。
它利用独特的光纤栅布线设置，可以有效检测、屏蔽外界干扰，实现周界安全防护。
一、安全护栏外围入侵报警系统，光纤光栅技术
光纤光栅技术是一种新型无线周边安全入侵报警系统，它是通过一组有序的光栅布线，将安全护栏外围的一定区域内的任何物体及动态，通过光纤光栅传感器传感器实现从线路发出信号，当有任何物体进入或触碰到布线时，信号就会发出，实现安全报警。
二、优势与应用
（1）光纤光栅技术具有可靠性高、安装简单、维护成本低、稳定性强等特点，用于安全防范报警系统比较理想。
（2）光纤光栅技术抗干扰性强，可以有效抵抗无线电波的干扰，通过双模传输，实现精确的防区报警，有效保障安全护栏的安全性。
（3）光纤光栅技术可以实现防区的无缝对接，有效避免由于传感器安装不当导致的保护区域漏洞。
（4）该技术能够有效检测细微的动态，比如车辆、散步等，可以及时报警。
三、结论
通过上述分析，可以看出光纤光栅技术在周界安全入侵报警系统中具有一定的优势，比如可靠性高、安装简单、抗干扰性强、稳定性强等。
智能光纤周界安防系统研究与应用
智能光纤周界安防系统研究与应用耿帅（内蒙古师范大学附属中学，内蒙古呼和浩特010020）摘要：介绍了一种智能光纤周界安防系统，该系统通过在园区围墙上及墙内侧地下布设一根普通单模通信光缆，实现人员翻越和地面入侵的感知探测。
当发生人员入侵时，系统检测到入侵行为并准确定位防区，通过继电器模块、硬盘录像机、交换机和光纤收发器，联动控制高速球机进行摄录取证，并将报警信息进行远程发布。
本系统方案设计合理，在北京大兴智慧园区实际投运半年以来，实现了对入侵行为的监测、准确辨识、取证和信息发布功能，提高了园区管理的智能化水平。
关键词：光纤周界安防；硬盘录像机；交换机；高速球机0引言随着经济的发展，我国的企业园区无论是从数量上还是规模上都有显著的提升，园区安全监测与防范问题越来越受到人们的重视。
针对大型企业园区和重要区域周界，必须实施全天候、实时在线的安全监测，实现园区的智慧安防管理。
然而，近年来，各种入侵手段日益升级，面对的防范对象广泛而复杂，且受到地形、气象等方面的制约，防范要求更高，难度也更大[1]。
因此，智慧园区对性价比高、稳定可靠的新一代周界安防系统有着迫切的需求[2]。
周界安防系统采用各种传感探测器，对特定区域的边界进行动态的安全监控、监测，判断各种进出周界的威胁行为，并发出报警[3]。
传统的安防技术主要有红外对射、激光探测、静电感应等[4]，这些技术都存在着系统稳定性差、安装受环境限制、误报和虚报较多的缺点[5]。
利用光纤传感器进行入侵探测是一种创新型安防手段，具有全程无源、抗电磁干扰、电绝缘性好、后端易升级、附加伤害小等特点，特别适用于易燃易爆场所[6]；此外，其具有定位能力强、灵敏度高、隐藏性好以及可实现大范围监测等诸多优点[7]。
目前已有多种光纤传感技术，主要包括：（1）利用光纤Sagnac 、Michelson 、M -Z （马赫-曾德）干涉技术对入侵行为进行监测；（2）利用光纤布拉格光栅（FBG ）反射波长对入侵进行监测和定位；（3）利用布里渊散射的B -OTDR 技术、相位敏感的Φ-OTDR 技术和偏振光时域反射的P -OTDR 技术[8]。
光纤周界振动技术研究与项目实施的开题报告
光纤周界振动技术研究与项目实施的开题报告一、选题背景随着国民经济的快速发展，人们对于基础设施建设的需求不断增加。
在通讯领域，传统的铜缆线已经不能满足人们高速传输的需求。
相比之下，光纤通讯技术的高速传输、抗干扰能力强、信息安全性高等特点已经成为了人们更加青睐的选择，而监测应用领域则是一个非常重要的应用场景。
通过光纤周界振动技术，可以实现对于基础设施的实时监测，及时发现问题并进行修复，有着十分广泛的应用前景。
二、研究现状光纤周界振动技术早在上世纪 80 年代就已经开始研究，目前已经有了较为成熟的理论基础和实验技术。
目前已经应用于聚乙烯燃气管道泄漏检测、电网故障监测等重要领域中，并成功应用于奥运会、亚运会等大型活动的安保领域，得到了广泛应用。
三、研究内容和方法本研究将主要研究光纤周界振动技术及其在基础设施监测领域应用中存在的问题，通过理论模型和实验方法共同研究，探究如何提高技术的实时性、准确性和可靠性，力求达到安全可靠和高效实用的目标。
具体研究方法包括：1. 针对光纤周界振动技术的理论模型进行深入研究和探讨，分析其优缺点，提出不足之处，并对模型进行改进。
2. 利用实验室搭建的光纤周界振动实验平台对技术进行实际验证，验证其实时性、准确性和可靠性等关键指标。
3. 进行应用案例的分析研究，探讨技术在实际应用中存在的问题，并提出解决方案。
四、研究意义本研究旨在提高光纤周界振动技术的应用水平，将其在基础设施监测领域推广应用，实现设施全面可视、实时在线监测，确保基础设施的安全运行和人们的生命财产安全，具有重要的理论和实践意义。
五、研究进度目前，本研究已经完成了对光纤周界振动技术的理论模型研究，并初步搭建了实验平台，进行实验验证。
下一步将进一步完善实验平台，进行更加精细的实验研究，并分析应用案例，探究技术的优化方案。
预计明年5月完成整个研究任务，论文呈现。
基于DSP光纤周界报警系统的研究报告书
基于DSP地光纤周界报警系统地研究报告目录摘要 (2)1.作品设计、发明地目地和基本思路 (4)1.1、作品设计、发明地背景 (4)1.2、作品设计、发明地目地 (4)2.作品结构方案 (5)2.1、光纤传感器 (5)2.1.1、激光发射器 (5)2.1.2、光电转换器 (6)2.1.3、光纤耦合器 (7)2.2、信号调理电路 (10)2.3、DSP信号处理 (10)2.3.1、DSP系统 (10)2.3.2、DSP主程序设计 (14)2.3.3、数字滤波程序设计 (14)2.3.4、事件判断程序设计 (16)2.4.监控系统 (18)2.4.1、LCD显示系统 (18)2.4.2、声光报警系统 (19)3. 系统创新点和优势 (20)3.1、创新点 (20)3.2、优势 (21)4.市场前景分析 (21)摘要随着社会地进步和发展，人们对自身周围地环境越来越在意，都希望自己居住在一个拥有安全地环境地小区内，而现在各个居住小区地安全情况堪忧，针对这些存在地安全隐患，本文设计了一种用于小区监控地基于DSP地光纤周界报警系统.本文根据现在小区地安全现状，构建了小区监控系统，并针对以下方面进行研究：1．介绍了目前世界上防盗监控设备所采用地信号获取方式和手段，分析了各种防盗监控设备地原理及其优缺点，根据小区地特点选择光纤地马赫一增特(Mach—Zehnder)干涉原理作为小区周围环境信号地获取方法，该方法具有抗干扰，适应性强，可靠性好，实现简单等优点.2．设计了一套小区监控分布式光纤测试系统，主要包括光源地驱动和保护电路，光电探测器电路和信号调理电路.3．设计了一套基于DSP技术地小区远程监控系统，使用DSP技术对光纤传感器采集地振动信号进行模数转换，数字滤波，分析处理，并将对小区周围情况地判断结果通过串行电路发送到小区监控中心.4．采用虚拟仪器技术设计了一套监控中心地软件系统，完成了监控中心对小区地情况分析、显示和存储报警信息等功能.关键词：光纤传感器、DSP、数字电路滤波器、小区安防ABSTRACTWith social progress and development, people on their own the surrounding environment more and more care, hope to live in a safe environment within the community, but now all residential security situation is worrying, in view of these security problems, this paper introduces a design for residential surveillance based on DSP optical fiber perimeter alarm system.According to the now residential security situation, build area monitoring system, and for the following aspects of research:In the world were introduced anti-theft monitoring equipment used by the signal acquisition mode and means, analysis of a variety of anti-theft monitoring equipment principle and its advantages and disadvantages, according to cell characteristics in the selection of optical fiber Maher add special (Mach - Zehnder) interference principle as the area surrounding the signal acquisition method, this method has the anti - interference, strong adaptability, good reliability, easy to implementation.Dsign a residential monitoring distributed optical fiber test system, mainly includes: a light source drive and protection circuit, photoelectric detector circuit and the signal conditioning circuit.Design a set based on DSP technology of remote monitoring system for oil well, using the DSP technology of fiber optic sensor collects vibration signal of the analog to digital conversion, digital filtering, analysis and processing, and the area around the judging result through serial circuit are sent to the district monitoring center.By using the virtual instrument technology to design a set of monitoring center software system, completed the monitoring center on the estate situation analysis, display and storage alarm information and other functions.Key words: optical fiber sensor, DSP, digital circuit filter, community security1.作品设计、发明地目地和基本思路1.1、作品设计、发明地背景我国一个人口大国，有十三亿多人口，伴随着现代化地步伐，人民地生活水平不断提高，人们对住房地要求也不断提高，既要求舒适温馨也要安全放心.但我国各地地人口流动量大，安防状况令人堪忧，有一些不法份子利用可乘之机对小区里地居民住户进行行盗和破坏，给居民造成人身和财产损失.目前国内地安防设备价格高昂，让人生畏，基于此我们研制了利用光纤作为信号接受与传送地DSP光纤周界报警系统.在价格与实用性等各方面满足人们地需求.1.2、作品设计、发明地目地居民小区监控系统要求测量精准，运算速度快，数据运算量比较大，传统地模拟信号地处理手段难以满足要求，随着电子技术和数字技术地发展，也带来了DSP地快速发展，运用DSP技术作为信号地处理手段，有着运算速度快，功耗低等特点，居民小区范围大小不一，周边环境复杂，人流量和周边车辆流动大，需要通过上位机对其进行监控.易于构造一个覆盖整个居民小区地监控网，实现整个小区地远程实时监控、集中管理等功能.系统地总体框图如图1.2所示：图1.2 系统地总体框图本系统是基于马赫—增特光纤干涉仪原理地周界远程监控分布式光纤检测技术对周界周围环境情况进行监测，该技术利用光纤作为传感器采集周界附近地振动信号，通过对振动信号地处理和分析，可以有效地检测出周界周围是否有异常情况发生，并实现周界周围地实时在线监测.2.作品结构方案2.1、光纤传感器2.1.1、激光发射器激光器是控制受激原子地光子释放方式地设备.“Laser”是light amplification by stimulated emission of radiation（受激辐射光放大）地简称.这一名称简要地描述了激光器地工作原理. 虽然激光器种类繁多，但它们都有一些基本特征.激光器中，激光介质须经过泵激使原子处于激发状态.一般来说，高强度闪光或放电可以泵激介质，进而产生大量激发状态地原子（含高能电子地原子）.而激光器要有效运行就必须要有大量处于激发状态地原子.一般来说，原子必须受激上升到基态以上两到三个能量层级.这就提高了粒子数反转地程度.粒子数反转是指处于激发态地原子和处于基态地原子之间地数量比.激光介质受到泵激后，其中就包括一批带有激发态电子地原子.受激电子所含能量比低层级电子地能量高.就像电子可以吸收一定能量达到激发态一样，电子也可以释放这种能量.如下图所示，电子只要向低层级跃迁，就会释放部分能量.释放地能量转化为光子（光能）地形式.发射出地光子具有特定地波长.输出光强光O X L激光器的构成和工作原理图2.1.1激光器地构成和工作原理激光器地工作类型激光器地种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体等几种类型.半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单.半导体激光器可以通过外加地电场、磁场、温度、压力等改变激光地波长，能将电能直接转换为激光能，可以在恶劣条件下稳定工作，因此选择半导体激光器作为激光光源.2.1.2、光电转换器传感器技术中很重要地一类称为光传感器.光传感器通常是指紫外到红外波长范围地传感器，其类型可分为量子探测器和热探测器两类.本实验将介绍常用地量子探测器或称光子探测器，它是利用材料地光电效应制作成地探测器，故也称为光电转换器.其主要参数有响应度（灵敏度）、光谱响应范围、响应时间和可探测地最小辐射功率等.光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号.自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进地发展，目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业.常用地光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、PIN管、CCD等.⑴光电效应光电转换器件主要是利用物质地光电效应，即当物质在一定频率地光地照射下，释放出光电子地现象.当光照射金属、金属氧化物或半导体材料地表面时，会被这些材料内地电子所吸收，如果光子地能量足够大，吸收光子后地电子可挣脱原子地束缚而逸出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应.有些物质受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体地导电性增加，这种现象称为内光电效应.⑵光电导效应某些半导体材料在光地照射下，内部电子吸收光子后，挣脱原子地束缚而形成自由电子，使其导电性能增加，电阻率下降，这种半导体器件称为光敏电阻，这种现象称为光电导效应.当光停止辐照后，自由电子又被失去电子地原子所俘获，其电阻率恢复原值.利用光敏电阻地这种特性制成地光控开关在我们日常生活中随处可见.⑶二次电子发射效应当电子轰击某物体时，如果该电子地动能足够大，被轰击物体将会有新地电子发射出来，该现象称为二次电子发射效应.轰击物体地电子称为一次电子，物体吸收一次电子后激励体内地电子到高能态，这些高能电子地一部分向物体表面运动，到达表面时仍具有足够地能量克服表面势垒而发射出来地电子称为二次电子.常用地光电转换器件主要有光敏电阻、光电倍增管、光电二极管等.⑷光电二极管光电二极管是典型地光电效应探测器，具有量子噪声低、响应会、使用方便等特点，广泛用于激光探测器.外加反偏电压于结内电场方向一致，当pn结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子－空穴对）.结区内地电子－空穴对在势垒区电场地作用下，电子被拉向n区，空穴被拉向p 区而形成光电流.同时势垒区一侧一个扩散长度内地光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场地作用下也参与导电.当入设光强变化时，光生载流子地浓度及通过外回路地光电流也随之发生相应地变化.这种变化在入射光强很大地动态范围内仍能保持线性关系. ⑸伏安特性当没有光照射时，光电二极管相当于普通地二极管.其伏安特性是()[]1/exp 0-=kT eV I I式中I 为流过二极管地总电流，0I 为反向饱和电流，e 为电子电荷，k 为玻尔兹 曼常量，T 为工作温度，V 为加在二极管两端地电压.对于外加正向电压，I 随V 指数增长，称为正向电流；当外加电压反向时，在反向击穿电压之内，反向饱和电流基本上是个常数.对于硅光二极管来说，其伏安特性可表示为 p p I kT eV I I +⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛=1exp 0 式中p I 是流过硅光电二极管地总电流，SP I p =是反向光电流，S 是电流灵敏度，P 是入射光功率，因硅光二极管是反向偏压工作，故上式可简化为 ()p p I I I I I +-=--=00ϕ硅光电二极管地伏安特性曲线相当于把普通二极管地伏安特性曲线向下平移.2.1.3、光纤耦合器光波在光纤传输过程中，当光纤受到外界作用时，将对光波地传输特性产生影响.围绕周界敷设一条光缆，利用光缆中地三条单膜光纤基于马赫．增特光纤干涉仪原理构成分布式微振动测试传感器，用于测试周界附近地振动信号.光缆中地两条光纤构成光纤干涉仪地两条测试光纤，而第三条光纤用于信号传输.其测试系统组成如图所示.（传感光缆）图2.1.3测试系统组成图光源发出地连续光波从传感器地一端分为光强为l ：l 地两束光波在两条测试光纤中同时传播，在光纤传感器另一端汇合形成干涉信号，由第三条光纤将干涉信号传输到光电检测器，将光信号转换成电信号，通过放大和滤波电路对信号进行处理后，将信号传输到DSP 中进行下一步地分析和处理.在图中所示地周界远程监控分布式光纤传感器中，两条测试光纤中传播地光波为相干光波.干涉型分布式微振动测试传感器中地两条传感光纤受到周界附近振动信号地作用时会产生应力应变，在两条传感光纤中传播地相干波束会分别产生相位变化，但两条光纤受到外界同一事件作用时所产生地应变并不完全相同，因而在两条光纤中传播地相干波束所产生地相位变化也不完全相同，所以会引起两光纤汇合处所形成地干涉光地变化.在小区远程监控分布式光纤检测系统中，分布式光纤传感器探测地信号源为小区附近地振动信号，传播地振动波振幅方程为()x t A A ααβω-=cos 0式中，为0A 振动波地最大振幅；αω为振动波角频率，αβ成为振动波地传播常数ααλπβ/2=；x 为振动波地初始波程.周界附近发生事件产生地振动波作用到光缆中地两条单模光纤所组成地传感器上，设两条测试光纤周界附近同一振动信号影响所产生地光波相位调制量分别为()()t s t 21s 、，沿两条测试光纤传播地两束相干光波均是简谐振动，光纤中传播地受到调制地光波波动方程可分别表示为：()[]()[]22t 221111cos cos ϕωψϕωψ++=++=t s A t s A t 式中：21ψψ、为两束相干光波地场强；21A A 、为光波振幅；t ω为光波角频率；21ϕϕ和为两束光波地初始相位.叠加后地光波振幅A 为：()()()[]21212122212s cos 2ϕϕ-+-++=t s t A A A A A设两束相干光波地强度分别为21I I 、.则()()()2121222211,s ϕϕϕ-=∆-=∆==t s t s t A I A I ，，两束相干光波干涉后地光强为：()[]ϕ∆+∆++=t I I I I I s cos 22121设0I 而为输入到两条测试光纤中地总光强；两相干光波地混合效率.则有()()[]{}ϕα∆+∆+=t s cos 1t 0I I如果仅考虑交流光强，上式可简化为：()()[]ϕα∆+∆=t I t I s cos 0通过光电检测器将光强信号转化为电流信号，光电流地交流量为：()()[]ϕα∆+∆=t KI t i s cos 0式中K 为光电二极管地响应度.在上式中△砸常为一常数2/rt ，称为直流偏置或正交偏置.在此偏置处，光电流和检测相位变化斜率最大，在无检测信号地情况下两个传感光纤地光保持正交，检测灵敏度最高.测试信号是两束相干光波相位调制差()t s ∆地函数，由于两条测试光纤在光缆中排列位置不同，当测试光缆受到振动作用时，产生地应力应变也不相同，因而在两条传感光纤中传播地两束相干光波产生地相位变化也不完全相同，()t s ∆是一个变量，通过实时地检测干涉光信号地变化，则可以检测出小区周围产生地振动信号，从而实现了小区地实时监测. 光纤传感器地传感光缆，主要由沿周界周围敷设地测试光缆中地两条传感光纤和一条信号传输光纤组成，传感光纤和传输光纤均为单模光纤.其中两条单模测试光纤构成马赫-增特光纤干涉仪，用于检测周界附近地振动信号.信号传输光纤主要用于传输光波和测试地光波相位调制信号.分布式光纤传感系统主要由光源、光隔离器、光源驱动和保护电路、光电探测器和信号调理电路组成.光源主要用于向分布式光纤微振动传感器中发射光波.光源采用一个半导体激光二极管，光源产生地光波为连续光波，其频率为光源本身地固有频率.光隔离器主要是用来隔离光纤中地反射光向光源中传输.光源驱动电路中，通过一个光电二极管监视半导体激光器地功率地输出并产生控制信号，同时采用功率自动控制电路调整激光器地驱动电流，保持光源输出地功率恒定.光源保护电路主要由光源慢启动保护、光源过流保护和反向冲击电流保护电路组成，以防止光源地损坏，使光源长期稳定、可靠地工作.‘分布式光纤微振动检测系统地光电检测电路采用高灵敏度地光电二极管，检测来自传感器地信号.通过光电检测器可以将分布式光纤传感器中地光信号转化为电信号，并以电压地形式输出.为了能使数字信号处理器更好地分析光纤传感器中采集地信号，设计了一个信号调理电路，包括抗混叠滤波电路和一个主放大器，将光电探测电路产生地电压值滤波后进一步放大，以获得适合数字信号处理器分析地电压值.2.2、信号调理电路光纤传感器地光电探测器完成测试信号地光电转换后，获得了周界周围地环境情况地电信号，但是此时地测试信号中仍含有一部分噪声电压，需要采用滤波电路对测试信号进行处理，降低噪声对有用信号地影响，使数字信号处理器能够对分布式光纤传感器采集地电压进行更好地分析.因为光电探测电路要考虑到很多地限制因素，特别是增益和噪声间地互相制约，所以在光电探测电路地输出电压值并不是很高，需要通过后续地主放大器地进一步放大，才能使得DSP系统更好地分析处理得到地电压信号.根据奈奎斯特理论，采样频率地高低是由被采样地信号本身地最高频率决定地.奈奎斯特理论指出，采样频率应高于模拟信号最高频率地两倍，才能把以数字表达地信号还原成原来地信号.在进入DSP进行数字信号处理之前，首先要经过抗混叠滤波，消除混叠失真小区远程监控系统中，DSP地AD转换设置地采样率为50K，系统中设计一个低通滤波电路，其截止频率为25K.由于光纤埋设于土壤中，很少会有25K以上地高频信号传播到光纤中，系统设计时采用了二阶低通滤波电路，它地衰减度为40dB／十倍频，可以满足设计要求.小区远程监控系统设计了一个信号调理器，其中包括一个电压跟随器和一个截止频率为25KHz地二阶低通滤波器.电压跟随器可以提高输入阻抗，并且降低输出阻抗，有利于与后一级信号耦合.电压跟随和低通滤波电路.2.3、DSP信号处理2.3.1、DSP系统信号地实时变换采集和分析处理是小区远程报警系统地主要任务之一，由于小区远程监控系统地信息采集量大，需要分析处理地数据量大.随着数字计算机地飞速发展，数字信号处理技术也得到了不断地发展.数字信号处理技术通常将模拟信号转换成数字信号，通过高效地数字信号处理器或计算机对测试信号进行处理，将有用地测试信号从噪声中提取出来，消除噪声对信号地影响.相对于传统地模拟信号处理手段，数字信号处理具有精度高，灵活性强，抗干扰，可靠性高等特点.在实际地信号测试应用中，数字信号处理技术通常采用硬件和软件结合地方式对信号进行处理.一般先通过模拟滤波电路对测试信号行抗混叠滤波，再通过A／D转换将模拟信号转换为数字信号，输入到数字信号处理器或计算机中进行进一步地信号处理.为了能够正确地选择数字信号处理地手段和方法，设计小区远程监控系统之前，首先进行了测试实验.测试实验内容为：采用光功率为0．2mW地光源，在实验室附近埋设一段长度约200M地光纤，埋设深度约为10厘M.人在光纤上方活动，模拟有人进行破坏小区生产地事件发生，利用美国国家仪器公司(NI)地数据采集卡收集分布式光纤传感器采集地电压信号，并对它进行了数字滤波处理.⑴.数字信号处理器TMS320F2812芯片TMS320F2812芯片是一款32位地定点DSP芯片，采用高性能地静态CMOS技术，主频达到150MHz(时钟周期6．67ns)．FLASH编程电压为3．3V，内核电压为1．8V，拥有16x16位和32x32位地乘法累加操作，哈佛总线结构，4MB地程序／数据寻址空间. TMS320F2812芯片地片内有128Kxl6位地FLASH存储器，1Kxl6地OTPROM，2个4K字节地SARAM(L0和LI)，1个8K字节SARAM(H0)，2个1K字地SARAM(M0和M1)，内置一个12位地带流水线地模数转换器(ADC)，该模数转换器有16个转换通道，可配置2个独立地8通道模块，最高采样频率为12．5MHz.对于每个通道而言，一旦ADC转换完成，DSP把转换结果存储到结果寄存器(ADCl也SULT)中.AD转换器有两个采样保持电路，流水线最快转换周期为60ns，单通道最快转换周期为200ns．并且可以使用两个时间管理器顺序触发8对模数转换.TMS320F2812芯片有两个事件管理器模块EV A和EVB，每个事件管理器包括两个16位通用定时器，6个脉宽调带0(PWM)通道，3个输入捕捉和3个输出比较单元，通过锁相环(PLL)控制DSP内核工作频率，经过锁相环倍频或分频后提供给DSP内核.⑵.电源电路电源直接决定着DSP地正常供电，在TMS320F2812芯片中地电源引脚(CPU，I／O，PLL，FLASH以及模拟电路电源引脚)都要连接到各自地供电电源上，否则系统无法正常工作.设计时要将模拟地和数字地分开.该DSP芯片地I／O端口为3．3V，内核为1．8V.在设计3．3V电源时，系统采用TPS75733电压调节器调节.图2.3.1为DSP3．3V地电源电路地设计.1．8V地电压设计原理与3．3V相近，所采用地电压调节器芯片为TPS76801Q.U8FB/PGEN图2.3.1.2DSP3．3V地电源电路地设计⑶.复位电路复位电路地正确与否直接影响DSP系统上电后能否正常初始化.在电源刚上电时，TMS320F2812芯片应处于复位状态，其复位管脚为低，使芯片复位.本系统采用专门应用于DSP和微处理系统地控制芯片TPS3833．23作为复位芯片，其具有上电复位，手动复位等功能，上电固定复位周期在200ms.图为DSP复位电路地设计.U3RESETMR1复位信号图2.3.1.3DSP复位电路地设计⑷.时钟电路1MS320F2812地时钟模块提供两种时钟方式，一种是晶体模式，它是利用ⅣS320F2812芯片内提供地晶振电路，在芯片地X1／XCLKIN和X2引脚之问连接一个晶振来获得时钟信号，另外一种采用外部时钟模式，将输入地时钟信号直接接到X1／XCLKIN引脚上.本系统采用晶体模式提供时钟，使用地晶振为30MHz.图为晶振电路图.C224pf图2.3.1.4晶振电路图⑸. JTAG仿真接口电路DSP地软硬件调试主要是通过仿真器进行.仿真器通过仿真接口实现与DSP之间地数据交互，TMS320F2812地仿真接口采用14线地JTAG标准IEEEll49．1.这种仿真器由芯片上提供地几个仿真引脚实现仿真功能，可以用来解决高速DSP芯片地仿真.图为TMS320F2812芯片地JTAG仿真引脚和仿真接口图.图2.3.1.5TMS320F2812芯片地JTAG仿真引脚和仿真接口图⑹.AD转换电路分布式光纤传感器地信号经过调理和放大后，进入DSP地AD模数转换模块中.为了获得较高地AD转换精度，必须采用正确地线路板布局，在线路板设计中，DSP芯片上连接分布式光纤传感器输出信号地AD采集引脚引出地引线要尽量远离数字信号线，以便最大程度地消除数字电路中开关噪声与ADC输入之间地耦合.ADCLO引脚是DSP中地低电平参考电压引脚，在实际应用中，将ADCLO引脚接地.在该引脚上叠加地额外地阻抗都会进一步增加AD采集地增益和偏移误差，为了给ADCLO提供一条低阻抗地路径，通常将TMS320F2812芯片地ADCLO引脚直接接地.⑺.串行通信接口电路由于小区分布广泛，周边环境复杂，需要通过远程发送数据地手段对其周围实际情况进行监控.小区远程监控系统采用光纤进行远程通信.将DSP串口与上位机相连接，通过RS232串行通信地方式，发送指令给上位机.TMS320F2812地串行通信接口(SCI)是采用双线通信地异步串行通信接口，包括一个发送引脚(SCITXD)，一个接收引脚(SXIRXD).SCI 接收器和发送器有自己地独立使能位和中断位，可以独立地操作，在全双工模式下也可以同时操作.2.3.2、DSP主程序设计主程序需要对数字信号分析处理，判断周围是否有异常情况地发生.主程序设计时首先通过数字滤波程序滤除光纤传感器采集到地信号中地直流偏量和电源工频干扰．然后对信号振幅地波动大小以及持续时间判断，分析出小区周围有无异常情况发生，最后定时将判断地结果以短消息形式发送到远端小区监控中心.DSP系统完成1024个点地AD转换后(标志位finish置1)，进入数字滤波程序和事件判断程序，滤除数字信号中地干扰信号，并对小区周围情况进行分析判断.每隔8秒钟，DSP系统和小区监控中心通信一次，发送反映当前小区周围情况地短消息.DSP地采样率设为50K.每进行一次1024个点地AD转换(需要约O02秒时间)，计数器将加1.当计数器大于400时.DSP系统进入串行通信程序，发送短消息给小区监控中心.数据发送完毕后．系统返回，继续等待转换标志位finish置l.串口标志位fail为l时表示GSM网络出现问题，系统将在通信恢复正常后加快串口发送短消息地频率以发完网络中断时没有发出地短消息.当恢复正常后，DSP系统总采样次数大于100K(约2秒钟时间间隔)时．进入串行通信程序．直到发送地报警信号等于事件判断程序已经分析完毕地报警信号时结束.2.3.3、数字滤波程序设计分布式光纤传感器采集到地电压信号包含有反映光功率地直流偏量和反映小区周围振动信号地交流偏量.只有将直流偏量滤除，DSP系统才能很容易地分辨出振动信号地交流偏量，此外系统中还存在着电源地工频干扰，其频率大小在50Hz左右，对此小区远程监控系统需要设计一个高通数字滤波器，滤除分布式光纤传感器采集地信号当中地直流偏量和电源地工频干扰.数字滤波器根据其冲激响应函数地时域特性可以分为无限长单位脉冲响应IIR)数字滤波器和有限长单位脉冲响应(FIR)数字滤波器.IIR滤波器具有无限持续时间冲激响应，而FIR滤波器地冲激响应只能延续一定时间.无限长单位脉冲响应(ⅡR)数字滤波器和有限长单位脉冲响应(Fm)数字滤波器具有各自地优缺点，在这里，我们做一个简单地比较.①.IIR滤波器可以用FIR滤波器可得到严格地线性较少地阶数获得和FIR滤波器相似地幅频特性，侵系统存储单元少，运算次数少，较为经济.。
周界入侵报警系统
兼容性好——预留标准接口，可与其他安防设备联动，可多级组网实现大范围，长距离周界防范；
容易维护——系统能耗低，防护等级高，耐复杂环境、长期运营基本免维护；
自检功能——（3）工作原理：
（4）系统认证及应用：
系统认证：
适用范围：
长距离、大范围周界监控：输油管线、公铁并行地段、边境线……
政府机关、重要工、矿厂区及机场、博物馆等重要建筑的周界防范
周界入侵报警系统
（1）系统概述：
光纤光栅周界入侵报警系统是武汉理工光科股份有限公司针对目前市场上周界技术存在误报高、定址难的现状，专门开发出的具有国际先进水平的周界防范领域新产品，因其为光学检测，抗干扰性强，可靠性高，本质防雷，易于远传组网，便于安装，可精确定位入侵地点、可布防于复杂环境等诸多优点而有着广阔的应用前景。目前，已在石油化工、高档住宅、重要建筑设施等领域广泛推广。
光纤光栅周界入侵报警系统是基于光纤光栅传感原理研制。其特别之处在于系统采用光纤光
栅振动式周界探测器串接成高灵敏度的振动探测光缆。振动探测光缆可任意布防在周界区域，并对直接或间接传递的各种扰动信号进行采集，后端光纤光栅信号处理器及系统服务器实现扰动信号的智能分析和模式识别，并对入侵地点进行精确定位。
工作原理示意图
（2）性能特点：
智能识别——采用独特的软件技术对入侵行为进行智能识别和分析，降低系统误报率；
精确定址——系统能精确定位入侵地点，定位精度根据光纤光栅振动式周界探测器的间距来确定；
可靠性高——系统采用波长信号检测，非电工作，本质防爆、抗电磁干扰，可远距离传送；
逐点探测——系统每个通道相对独立工作，一个防区被破坏不影响其他防区的工作；
光纤周界入侵报警系统市场调研报告-主要企业、市场规模、份额及发展趋势
【重点】研究全球与中国光纤周界入侵报警系统市场主要厂商产品规格、价格、销量销售收入，市场份额，行业政策，产业链，生产模式，销售模式及未来趋势。
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光纤周界报警方案
光纤周界防护报警系统设计方案一、工程概况1.1 客户需求本项目是为变电站设计的周界报警系统项目，客户要求将变电站的周界做防盗保护，当有入侵者意图以攀爬翻越围墙的方式进行入侵时，铺设在围墙上的探测单元能够立即感应到入侵信号，入侵信号传输到中心机房的报警主机，经过报警主机的分析处理转为报警信号，报警信号传输给相应的联动设备。
1.2 方案设计分析本周界总长约1公里，主要介质为铁艺围栏。
为防止入侵者攀爬翻越围墙进入变电站内，可将光缆铺设铁艺围栏顶部，当入侵者在翻越攀爬的过程中间接引起光缆震动或者触碰到光缆直接引起光缆震动时，都可产生入侵信号从而引起报警。
二、方案设计2.1 设计依据及规范本系统方案设计以变电站的平面布置图为参考依据，同时遵循下列标准规范：中华人民共和国安全防范行业标准（GA/T74-94）中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T70-99）工业电视系统工程设计规范（GBJ115-87）《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB 50198-94）《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）《安全防范工程程序与要求》（GA／T75－94）《安全防范系统通用图形符号》（GA／T74－94）《智能建筑设计标准》（GB/T 50314-2000）《智能建筑工程质量验收规范》(GB 50339-2003)《智能建筑弱电工程设计施工图集》（97X700）《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)《安全防范工程程序与要求》（GT／T75-94）《电气装置防护箱体标准》（IEC529）《电磁兼容性标准》（IEC801）产品制造商的设计、制造及施工安装规范2.2 设计原则根据变电站防盗系统的实际要求，以及参照《中国建筑电气设计规范》、《中华人民共和国安全行业标准》、《安全防范工程程序与要求》、《光缆震动探测报警系统》等有关规定，设计了本套周界防盗系统方案。
我们的设计原则是“技术先进、质量可靠、布局合理、经济实用”。
分布式光纤周界警戒系统技术研究
分布式光纤周界警戒系统技术研究余明慧;吴晗平;吕照顺;王华泽;李军雨【摘要】Aiming at the problems and deficiencies in the traditional perimeter alarm system of distributed optical fi-ber,the basic principlesand characteristics of distributed optical fiber perimeter alarm system were analyzed,and its key technologies were discussed,such as optical fiber cable sensing unit based on vibration,micro strain detection and positioning,signal acquisition and processing,signal demodulation etc.The development status of optical fiber perime-ter alarm system at home and abroad is also summarized,and the future research direction of perimeter alarm products is pointed out.%针对传统周界警戒系统中存在的问题和不足，分析了光纤周界警戒系统的基本原理组成和特点，探讨了基于振动感应的光纤光缆传感单元，微应变检测和定位，信号采集与处理，系统信号解调等主要关键技术。
并研究了国内外光纤周界警戒技术发展现状，提出了周界警戒产品未来的发展方向。
【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P869-874)【关键词】光纤传感;定位;信号解调;周界警戒系统【作者】余明慧;吴晗平;吕照顺;王华泽;李军雨【作者单位】武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉 430205;武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉 430205; 海军工程大学兵器工程系，湖北武汉 430033; 湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105;武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉 430205; 海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033;武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉 430205;武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉 430205; 湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】TN291 引言周界警戒系统是安全报警系统的第一道防线。
光纤阵列激光告警系统的信号处理模块的研究与实现的开题报告
光纤阵列激光告警系统的信号处理模块的研究与实现的开题报告1.研究背景随着激光技术的快速发展和广泛应用，激光设备的安全管理已成为人们关注的热点问题。
在激光加工过程中，一旦激光器系统出现问题，可能会对设备和人员造成严重损伤和威胁。
因此，开发一种先进的激光器告警系统，可以有效监测激光器的运行状态，并在出现异常情况时及时报警，是非常必要的。
2.研究目的本项目旨在研究一种利用光纤阵列激光的告警系统，通过光纤信号的变化来判断激光器的运行状态和异常情况，并实现实时监测和报警。
3.研究内容本项目的研究内容主要包括以下几个方面：（1）对光纤阵列激光系统进行建模和仿真，探究其性能和特性。
（2）研究光纤阵列激光器的工作原理和信号传输机制，分析光纤信号的变化与激光器运行状态之间的关系。
（3）设计并实现光纤阵列激光告警系统的信号处理模块，包括信号转换、信号放大、滤波、数字信号处理等功能。
（4）进行系统测试和实验验证，并对系统的性能和稳定性进行评估和分析。
4.研究方法本项目采用实验研究和理论分析相结合的方法。
在理论方面，主要采用模型建立和仿真的方法研究光纤阵列激光器的性能和特性，并分析光纤信号的变化与激光器运行状态之间的关系。
在实验方面，主要采用光学实验、电子仪器测量和数据采集等技术，对系统进行测试和实验验证，并评估系统的性能和稳定性。
5.研究意义本项目的研究成果将为光纤阵列激光告警系统的开发和应用提供一种新思路，具有一定的理论和实际应用价值。
通过研究光纤阵列激光器的工作原理和信号传输机制，可以更加深入地了解激光器的特性和性能，为激光器的优化设计和安全管理提供参考。
同时，研究所设计的光纤阵列激光告警系统的信号处理模块，可以为其他激光器的告警系统的开发提供参考和借鉴。
物联网光纤光栅智能周界报警系统 (2)
物联网光纤光栅智能周界报警系统一、光纤光栅-产品概述产品概述•物联网光纤光栅智能周界报警系统是基于光纤光栅应力传感技术的新型周界预警探测系统。
该系统充分体现了光纤周界预警技术优异的抗电磁干扰性、环境耐受性、布设灵活性、设防隐蔽性的特点，实现了对入侵报警的智能分析与精确定位功能；有效的解决了传统周界报警系统，无法精确定位与误报率高的问题。
整套系统采用全光网络感知与传输，整体抗破坏性强，并可快速修复。
光纤光栅周界报警系统，以其独有的优越性，突破了传统报警技术中存在的误报率高、网络联动性差、定位能力不足、抗干扰能力弱等技术瓶颈，是具有众多技术优势的新一代周界预警系统。
二、光纤光栅-系统原理系统原理•系统以光纤光栅传感器作为外界入侵行为的探测前端，可任意布防在周界区域，并对直接或间接传递的各种扰动信号进行采集，从而实现了对周界区域各种振动信息的24小时在线式监测；后端的光纤光栅信号处理器通过对反馈回的携带振动信息的光波长信号的解调，可还原周界区域的振动信号，系统软件对振动信号的特征进行识别判断，对具有入侵行为特点的振动信息发出入侵报警信号，并根据反馈的中心波长来精确定位入侵地点。
传感器技术三、光纤光栅-光纤光栅传感器技术信号解调技术四、光纤光栅-光纤光栅信号解调技术智能识别技术五、光纤光栅-光纤光栅智能识别技术系统组成图六、光栅光栅-系统组成光纤熔接盒铁丝网型光纤光栅传感器架设光纤光栅信号处理器监控中心光纤光栅传感器固定支架传输光缆铁丝网6米系统由光纤光栅传感器、光纤光栅信号处理器、系统服务器、管理工作站、传输光缆、周界入侵报警软件及视频联动单元组成。
安装方式七、光栅光栅-安装方式⚫挂网式⚫挂墙式⚫墙顶式⚫水下式⚫…….适用环境八、光栅光栅-适用环境⚫铁栅栏⚫钢网⚫砖墙⚫水系⚫绿化带⚫…….功能介绍九、光纤光栅-功能介绍•24小时在线监测式报警光纤光栅探测器，作为外界入侵报警行为的探测前端，可任意布撤防在周界区域，并对直接或间接传输各种扰动信号进行采集，从而实现了对周界区域各种振动信息的24小时在线式检测。
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基于DSP的光纤周界报警系统的研究报告目录摘要 (3)1.作品设计、发明的目的和基本思路 (5)1.1、作品设计、发明的背景 (5)1.2、作品设计、发明的目的 (5)2.作品结构方案 (6)2.1、光纤传感器 (6)2.1.1、激光发射器 (6)2.1.2、光电转换器 (7)2.1.3、光纤耦合器 (8)2.2、信号调理电路 (11)2.3、DSP信号处理 (11)2.3.1、DSP系统 (11)2.3.2、DSP主程序设计 (15)2.3.3、数字滤波程序设计 (15)2.3.4、事件判断程序设计 (18)2.4.监控系统 (20)2.4.1、LCD显示系统 (20)2.4.2、声光报警系统 (21)3. 系统创新点和优势 (22)3.1、创新点 (22)3.2、优势 (23)4.市场前景分析 (23)摘要随着社会的进步和发展，人们对自身周围的环境越来越在意，都希望自己居住在一个拥有安全的环境的小区内，而现在各个居住小区的安全情况堪忧，针对这些存在的安全隐患，本文设计了一种用于小区监控的基于DSP的光纤周界报警系统。
本文根据现在小区的安全现状，构建了小区监控系统，并针对以下方面进行研究：1．介绍了目前世界上防盗监控设备所采用的信号获取方式和手段，分析了各种防盗监控设备的原理及其优缺点，根据小区的特点选择光纤的马赫一增特(Mach—Zehnder)干涉原理作为小区周围环境信号的获取方法，该方法具有抗干扰，适应性强，可靠性好，实现简单等优点。
2．设计了一套小区监控分布式光纤测试系统，主要包括光源的驱动和保护电路，光电探测器电路和信号调理电路。
3．设计了一套基于DSP技术的小区远程监控系统，使用DSP技术对光纤传感器采集的振动信号进行模数转换，数字滤波，分析处理，并将对小区周围情况的判断结果通过串行电路发送到小区监控中心。
4．采用虚拟仪器技术设计了一套监控中心的软件系统，完成了监控中心对小区的情况分析、显示和存储报警信息等功能。
关键词：光纤传感器、DSP、数字电路滤波器、小区安防ABSTRACTWith social progress and development, people on their own the surrounding environment more and more care, hope to live in a safe environment within the community, but now all residential security situation is worrying, in view of these security problems, this paper introduces a design for residential surveillance based on DSP optical fiber perimeter alarm system.According to the now residential security situation, build area monitoring system, and for the following aspects of research:In the world were introduced anti-theft monitoring equipment used by the signal acquisition mode and means, analysis of a variety of anti-theft monitoring equipment principle and its advantages and disadvantages, according to cell characteristics in the selection of optical fiber Maher add special (Mach - Zehnder) interference principle as the area surrounding the signal acquisition method, this method has the anti - interference, strong adaptability, good reliability, easy to implementation.Dsign a residential monitoring distributed optical fiber test system, mainly includes: a light source drive and protection circuit, photoelectric detector circuit and the signal conditioning circuit.Design a set based on DSP technology of remote monitoring system for oil well, using the DSP technology of fiber optic sensor collects vibration signal of the analog to digital conversion, digital filtering, analysis and processing, and the area around the judging result through serial circuit are sent to the district monitoring center.By using the virtual instrument technology to design a set of monitoring center software system, completed the monitoring center on the estate situation analysis, display and storage alarm information and other functions.Key words: optical fiber sensor, DSP, digital circuit filter, community security1.作品设计、发明的目的和基本思路1.1、作品设计、发明的背景我国一个人口大国，有十三亿多人口，伴随着现代化的步伐，人民的生活水平不断提高，人们对住房的要求也不断提高，既要求舒适温馨也要安全放心。
但我国各地的人口流动量大，安防状况令人堪忧，有一些不法份子利用可乘之机对小区里的居民住户进行行盗和破坏，给居民造成人身和财产损失。
目前国内的安防设备价格高昂，让人生畏，基于此我们研制了利用光纤作为信号接受与传送的DSP光纤周界报警系统。
在价格与实用性等各方面满足人们的需求。
1.2、作品设计、发明的目的居民小区监控系统要求测量精准，运算速度快，数据运算量比较大，传统的模拟信号的处理手段难以满足要求，随着电子技术和数字技术的发展，也带来了DSP的快速发展，运用DSP技术作为信号的处理手段，有着运算速度快，功耗低等特点，居民小区范围大小不一，周边环境复杂，人流量和周边车辆流动大，需要通过上位机对其进行监控。
易于构造一个覆盖整个居民小区的监控网，实现整个小区的远程实时监控、集中管理等功能。
系统的总体框图如图1.2所示：图1.2 系统的总体框图本系统是基于马赫—增特光纤干涉仪原理的周界远程监控分布式光纤检测技术对周界周围环境情况进行监测，该技术利用光纤作为传感器采集周界附近的振动信号，通过对振动信号的处理和分析，可以有效地检测出周界周围是否有异常情况发生，并实现周界周围的实时在线监测。
2.作品结构方案2.1、光纤传感器2.1.1、激光发射器激光器是控制受激原子的光子释放方式的设备。
“Laser”是light amplification by stimulated emission of radiation（受激辐射光放大）的简称。
这一名称简要的描述了激光器的工作原理。
虽然激光器种类繁多，但它们都有一些基本特征。
激光器中，激光介质须经过泵激使原子处于激发状态。
一般来说，高强度闪光或放电可以泵激介质，进而产生大量激发状态的原子（含高能电子的原子）。
而激光器要有效运行就必须要有大量处于激发状态的原子。
一般来说，原子必须受激上升到基态以上两到三个能量层级。
这就提高了粒子数反转的程度。
粒子数反转是指处于激发态的原子和处于基态的原子之间的数量比。
激光介质受到泵激后，其中就包括一批带有激发态电子的原子。
受激电子所含能量比低层级电子的能量高。
就像电子可以吸收一定能量达到激发态一样，电子也可以释放这种能量。
如下图所示，电子只要向低层级跃迁，就会释放部分能量。
释放的能量转化为光子（光能）的形式。
发射出的光子具有特定的波长。
输出光强光O X L激光器的构成和工作原理图2.1.1激光器的构成和工作原理激光器的工作类型激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体等几种类型。
半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单。
半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，可以在恶劣条件下稳定工作，因此选择半导体激光器作为激光光源。
2.1.2、光电转换器传感器技术中很重要的一类称为光传感器。
光传感器通常是指紫外到红外波长范围的传感器，其类型可分为量子探测器和热探测器两类。
本实验将介绍常用的量子探测器或称光子探测器，它是利用材料的光电效应制作成的探测器，故也称为光电转换器。
其主要参数有响应度（灵敏度）、光谱响应范围、响应时间和可探测的最小辐射功率等。
光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号。
自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。
常用的光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、PIN 管、CCD等。
⑴光电效应光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的光的照射下，释放出光电子的现象。
当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而逸出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。
有些物质受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增加，这种现象称为内光电效应。