基于光纤传感的入侵检测系统的研究【字数：11808】
近些年来，随着社会经济的不断发展与科学技术的不断提高，光纤通信技术与光纤的传感技术在我们的现实生活中表现出越来越重要的地位。基于摄像头的入侵监测系统已经应用于社会生活各个方面，但是对于需要实时检测、无人值守或者地域较广的场合，则对传统的摄像系统的软硬件、算法和组网具有较高的要求。为了解决这个问题，本课题将利用光纤光栅传感技术，能够实时定位出发生入侵的位置，从而实现高效、精准的入侵监测。 本文是基于光纤传感对入侵检测系统方面的研究，主要有光源、光纤传输通道、光纤光栅解调等部分，本文先介绍了课题的背景及意义、现状及趋势、光纤光栅传感器的相关理论与制作工艺，再对入侵检测系统进行了设计，其中包括了可调谐激光器光源及其驱动、光电转换模块与解调仪的算法等，最后搭建了实验，进行了测试与数据采集与分析。
目录
第一章 绪论 4
1.1 本课题研究的背景及目的 4
1.2本课题研究的现状及趋势 4
1.3 本文的章节安排 5
第二章 光纤光栅传感器理论与制作工艺 6
2.1 光纤光栅的分类及传感应用 6
2.1.1 光纤光栅的分类 6
2.1.2 光纤光栅传感器的应用 7
2.2 光纤光栅的物理模型 8
2.3 光纤光栅的制作技术 9
2.3.1 布拉格光纤光栅的制作技术 9
2.3.2长周期光纤光栅的制作技术 9
2.3.3新的光纤光栅制作方法 9
第三章 入侵检测系统的设计 11
3.1 入侵检测系统的工作原理 11
3.2 入侵检测理论 11
3.2.1光纤布拉格光栅的分析 11
3.2.2光纤布拉格光栅与应变的关系 11
3.3应变增敏技术 12
3.4 解调仪 13
3.4.1可调谐半导体激光器光源 13
3.4.2可调谐激光器驱动电路 15
3.4.3 PID算法 18
3.4.4解调光路 19
第四章 实验测量与数据分析 20
4.1LabView软件简介 20
4.2界面设计 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.3实验的搭建 22
4.3.1初步搭建 22
4.3.2实验改善 23
4.3.3实验数据与分析 24
第五章 课题总结与展望 28
参考文献 29
致谢 30
第一章 绪论
1.1 本课题研究的背景及目的
近年来基于光纤光学以及光纤通信的光纤传感技术在如今的人类现实生活中运用上十分广泛与普遍，它与人类的生活、健康状况、工作以及探测方面等都息息相关。光纤的传输损耗在最初发明的时候是十分大的，但是在1966年，华人科学家高锟在对光纤的传输损耗十分大进行了具体的分析，并且认为是光纤中的杂质的原因使得光纤的传输损耗如此大，只要降低光纤玻璃材质中的杂质就能够大大降低光纤的传输损耗。在科学家高锟的分析后，各国的科学家进行不断试验，光纤的传输损耗确实不断被降低。在1979年，光纤在1550nm波段的传输损耗就降至0.2dB/km。光纤传感器就是在光纤的传输损耗被巨大降低之后产生的，它可将某些物理量敏感的特性，它可以达到对外界物理量的转换来直接测量的目的。
光纤光栅传感器是从光纤传感器的基础上不断经过发展而产生的波长调制型的光学传感器件，它不受电磁波的干扰、灵敏度十分高、响应快，成本低廉，同时还具有可以波分复用、波长编码、构成传感网络等优点，这就使得它在现实生活当中被不断利用与重视。
现今社会的经济发展与科学在不断进步与发展，光纤传感技术在人们的日常生活中及安全中就变得更加需要与重要，特别在一些重要场所，场所的安全与防止入侵更为重要。当今社会迫切需要灵敏度高、稳定可靠的入侵检测系统，所以设计了利用光纤光栅传感器来检测入侵的系统，并且通过实验模拟出来。这是一个十分有实际研究价值的课题。
1.2本课题研究的现状及趋势
目前的入侵检测系统所使用的技术主要有:（1）利用红外对射技术检测入侵（2）利用视频监控技术检测入侵（3）利用振动电缆来检测入侵等[1]。然而，电源对这些技术都有一定的限制，它们都无法离开电源,而且所监测的范围与距离不是很长、电磁干扰也对它们有一定的影响、维护的成本也很高。而运用光纤传感的入侵检测的技术目前使用的有：OTDR技术、光纤干涉技术等，它们同样存在一些问题，如有的在解调方面要求高、有的在光源方面要求高。
光纤传感技术的不断发展,光纤光栅传感器同样也在不断地向前发展进步,基于光纤传感的入侵检测技术也不断地被人们关注重视。运用光纤光栅制成的传感器,它可以对检测信号的处理和分析进行有效地检测与判断入侵行为。除此之外，光纤光栅传感器与传统的电缆相比,更加安全并且光缆损耗非常小，可以远距离传输。由于光纤光栅传感器的许多优点,光纤检测方法制成的传感器件正在不断地替代一些传统的检测方法。
光纤光栅传感技术的主要优势分为以下几点：
（1）本质防爆、防腐蚀、抗电磁干扰、电绝缘、无电流传输
（2）基于波长编码数字式传感，可实现高可靠性，长寿命和长期监测
（3）由于使用的是光纤传输，所以传输的距离很远，而且支持在线的监测
（4）可实现波分复用、时分复用与空分复用的分布式测量
（5）响应速度快，灵敏度高，精度高[2]
（6）结构简单，易于施工布设
1.3 本文的章节安排
（1）第1章是绪论，介绍了本课题的背景与意义、现状与趋势。
（2）第2章介绍了光纤光栅传感器的相关理论与制作工艺
（3）第3章是入侵检测系统的设计，其中包括了入侵检测系统的相关原理，应变片的设计与光纤光栅的解调技术
（4）第4章是此次课题的实验测量与数据采集及分析
目录
第一章 绪论 4
1.1 本课题研究的背景及目的 4
1.2本课题研究的现状及趋势 4
1.3 本文的章节安排 5
第二章 光纤光栅传感器理论与制作工艺 6
2.1 光纤光栅的分类及传感应用 6
2.1.1 光纤光栅的分类 6
2.1.2 光纤光栅传感器的应用 7
2.2 光纤光栅的物理模型 8
2.3 光纤光栅的制作技术 9
2.3.1 布拉格光纤光栅的制作技术 9
2.3.2长周期光纤光栅的制作技术 9
2.3.3新的光纤光栅制作方法 9
第三章 入侵检测系统的设计 11
3.1 入侵检测系统的工作原理 11
3.2 入侵检测理论 11
3.2.1光纤布拉格光栅的分析 11
3.2.2光纤布拉格光栅与应变的关系 11
3.3应变增敏技术 12
3.4 解调仪 13
3.4.1可调谐半导体激光器光源 13
3.4.2可调谐激光器驱动电路 15
3.4.3 PID算法 18
3.4.4解调光路 19
第四章 实验测量与数据分析 20
4.1LabView软件简介 20
4.2界面设计 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.3实验的搭建 22
4.3.1初步搭建 22
4.3.2实验改善 23
4.3.3实验数据与分析 24
第五章 课题总结与展望 28
参考文献 29
致谢 30
第一章 绪论
1.1 本课题研究的背景及目的
近年来基于光纤光学以及光纤通信的光纤传感技术在如今的人类现实生活中运用上十分广泛与普遍，它与人类的生活、健康状况、工作以及探测方面等都息息相关。光纤的传输损耗在最初发明的时候是十分大的，但是在1966年，华人科学家高锟在对光纤的传输损耗十分大进行了具体的分析，并且认为是光纤中的杂质的原因使得光纤的传输损耗如此大，只要降低光纤玻璃材质中的杂质就能够大大降低光纤的传输损耗。在科学家高锟的分析后，各国的科学家进行不断试验，光纤的传输损耗确实不断被降低。在1979年，光纤在1550nm波段的传输损耗就降至0.2dB/km。光纤传感器就是在光纤的传输损耗被巨大降低之后产生的，它可将某些物理量敏感的特性，它可以达到对外界物理量的转换来直接测量的目的。
光纤光栅传感器是从光纤传感器的基础上不断经过发展而产生的波长调制型的光学传感器件，它不受电磁波的干扰、灵敏度十分高、响应快，成本低廉，同时还具有可以波分复用、波长编码、构成传感网络等优点，这就使得它在现实生活当中被不断利用与重视。
现今社会的经济发展与科学在不断进步与发展，光纤传感技术在人们的日常生活中及安全中就变得更加需要与重要，特别在一些重要场所，场所的安全与防止入侵更为重要。当今社会迫切需要灵敏度高、稳定可靠的入侵检测系统，所以设计了利用光纤光栅传感器来检测入侵的系统，并且通过实验模拟出来。这是一个十分有实际研究价值的课题。
1.2本课题研究的现状及趋势
目前的入侵检测系统所使用的技术主要有:（1）利用红外对射技术检测入侵（2）利用视频监控技术检测入侵（3）利用振动电缆来检测入侵等[1]。然而，电源对这些技术都有一定的限制，它们都无法离开电源,而且所监测的范围与距离不是很长、电磁干扰也对它们有一定的影响、维护的成本也很高。而运用光纤传感的入侵检测的技术目前使用的有：OTDR技术、光纤干涉技术等，它们同样存在一些问题，如有的在解调方面要求高、有的在光源方面要求高。
光纤传感技术的不断发展,光纤光栅传感器同样也在不断地向前发展进步,基于光纤传感的入侵检测技术也不断地被人们关注重视。运用光纤光栅制成的传感器,它可以对检测信号的处理和分析进行有效地检测与判断入侵行为。除此之外，光纤光栅传感器与传统的电缆相比,更加安全并且光缆损耗非常小，可以远距离传输。由于光纤光栅传感器的许多优点,光纤检测方法制成的传感器件正在不断地替代一些传统的检测方法。
光纤光栅传感技术的主要优势分为以下几点：
（1）本质防爆、防腐蚀、抗电磁干扰、电绝缘、无电流传输
（2）基于波长编码数字式传感，可实现高可靠性，长寿命和长期监测
（3）由于使用的是光纤传输，所以传输的距离很远，而且支持在线的监测
（4）可实现波分复用、时分复用与空分复用的分布式测量
（5）响应速度快，灵敏度高，精度高[2]
（6）结构简单，易于施工布设
1.3 本文的章节安排
（1）第1章是绪论，介绍了本课题的背景与意义、现状与趋势。
（2）第2章介绍了光纤光栅传感器的相关理论与制作工艺
（3）第3章是入侵检测系统的设计，其中包括了入侵检测系统的相关原理，应变片的设计与光纤光栅的解调技术
（4）第4章是此次课题的实验测量与数据采集及分析
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