基于振動傳感的智能光纖安防系統(tǒng)設(shè)計

甘國妹 黃艷虎 甘永進

摘 要：系統(tǒng)是在光纖振動傳感原理的基礎(chǔ)上提出的一種新型預警系統(tǒng)。系統(tǒng)由信號傳感部分，信號采集處理部分和信號顯示預警三部分構(gòu)成。為了區(qū)分不同外部干擾信號對光纜的激勵，正確提取不同干擾下的信號特征，系統(tǒng)選用離散小波分析方法對信號進行去噪重構(gòu)處理，并對兩種去噪方法進行了對比。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)光纜沿線的實時觀測，并通過人機交互界對管理員發(fā)出實時預警。

關(guān)鍵詞：光纖振動傳感；M-Z干涉儀；離散小波變換；去噪

中圖分類號：TN29 文獻標識碼：A

目前，針對邊境、機場等位置的防務感知是非常必要的。[1]傳統(tǒng)以電信號為基礎(chǔ)的檢測方法存在維護成本高、可靠性低等缺點；[2]光纖傳感以光纖為媒介，利用光纖的一維空間連續(xù)特性來感知和傳輸外界測量信號，適用于強電磁干擾和環(huán)境條件惡劣的場合，該技術(shù)成為安防領(lǐng)域的研究熱點。[3]

文中設(shè)計了一種基于振動傳感的智能光纖安防系統(tǒng)，由信號傳感、采集處理和顯示三部分構(gòu)成，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)光纜沿線的實時觀測，并通過人機交互界對管理員發(fā)出實時預警。

1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由信號傳感部分，信號采集處理部分和信號顯示預警三部分構(gòu)成。系統(tǒng)中光源采用激光器，光路結(jié)構(gòu)采用全光纖M-Z干涉儀結(jié)構(gòu)。[4]

光信號經(jīng)光耦合器1分為兩路光信號，其中一路在振動傳感光纖中傳輸，另一路在參考光纖中傳輸，兩路信號在耦合器2處合成一路光信號輸出。當沒有局部干擾時，耦合輸出的光信號為穩(wěn)定的干涉信號；存在局部干擾時，在振動臂傳輸?shù)墓庑盘柺芨蓴_發(fā)生相位延遲使得干涉光信號發(fā)生改變，進而得到干擾信息。

2 信號去噪處理

系統(tǒng)采集到的沒有任何碰觸的信號時域波形基本是一條平穩(wěn)的直線；當人手敲擊光纜時信號部分時域波形如圖2所示。

由于信號中含有隨機噪聲，為了濾除噪聲，提取信號特征，系統(tǒng)采用小波分析方法降噪。在選定閾值后，采用軟閾值處理的方法。[5]圖3是采用基于10階Daubechies極大極小值軟閾值去噪方法對信號分別進行一階、二階和三階去噪后的波形圖。

從圖3中可以看出去噪后的信號與原信號相比平滑，處理后的信號特征較明顯。

3 軟件界面設(shè)計

報警顯示界面可以實時顯示采集到的信號并作分析和報警。圖4在人手觸摸光纖情況下上位機界面采集到的時域波形。

4 結(jié)論

系統(tǒng)能準確的識別到光纖附近的變化情況，并能夠?qū)⑿畔鹘o管理人員，實現(xiàn)預警功能。

參考文獻：

[1]王立.基于分布式光纖傳感的智能環(huán)境感知技術(shù)研究[D].南開大學，2008.

[2]姜長東.連續(xù)分布式光纖傳感安防系統(tǒng)定位算法的研究[D].大連海事大學，2013.

[3]吳東生.基于分布式光纖傳感器的周界安防系統(tǒng)設(shè)計[D].北京郵電大學，2011.

[4]張嵩.光纖周界安防系統(tǒng)的振動信號識別研究[D].西安：西安電子科技大學，2014.

[5]萬遂人，彭麗成.安防系統(tǒng)光纖信號特征提取與分類算法研究[J].科技導報，2012，36：24-28.

基金項目：廣西高?？茖W技術(shù)研究項目（YB2014322）；廣西重點研發(fā)計劃項目（桂科AB17129028）

作者簡介：第一作者甘國妹（1979-），女，碩士，講師，主要研究方向：認知無線電技術(shù)；第二作者黃艷虎（1991-），男，碩士，助教，主要研究方向：導航定位與位置服務；第三作者甘永進（1990-），男，碩士，助教，主要研究方向：生物醫(yī)學信息檢測與處理、模式識別。