基于振动传感的智能光纤安防系统设计

　　摘 要: 系统是在光纤振动传感原理的基础上提出的一种新型预警系统。系统由信号传感部分，信号采集处理部分和信号显示预警三部分构成。为了区分不同外部干扰信号对光缆的激励，正确提取不同干扰下的信号特征，系统选用离散小波分析方法对信号进行去噪重构处理，并对两种去噪方法进行了对比。实验结果表明，系统能够实现光缆沿线的实时观测，并通过人机交互界对管理员发出实时预警。

　　关键词: 光纤振动传感; M-Z 干涉仪; 离散小波变换; 去噪

　　目前，针对边境、机场等位置的防务感知是非常必要的。[1]传统以电信号为基础的检测方法存在维护成本高、可靠性低等缺点; [2]光纤传感以光纤为媒介，利用光纤的一维空间连续特性来感知和传输外界测量信号，适用于强电磁干扰和环境条件恶劣的场合，该技术成为安防领域的研究热点。[3]

　　文中设计了一种基于振动传感的智能光纤安防系统，由信号传感、采集处理和显示三部分构成，系统能够实现光缆沿线的实时观测，并通过人机交互界对管理员发出实时预警。

　　1 系统原理

　　系统由信号传感部分，信号采集处理部分和信号显示预警三部分构成。系统中光源采用激光器，光路结构采用全光纤 M-Z 干涉仪结构。[4]

　　光信号经光耦合器 1 分为两路光信号，其中一路在振动传感光纤中传输，另一路在参考光纤中传输，两路信号在耦合器 2 处合成一路光信号输出。当没有局部干扰时，耦合输出的光信号为稳定的干涉信号;存在局部干扰时，在振动臂传输的光信号受干扰发生相位延迟使得干涉光信号发生改变，进而得到干扰信息。

　　2 信号去噪处理

　　系统采集到的没有任何碰触的信号时域波形基本是一条平稳 的 直 线;当人手敲击光缆时信号部分时域波形如图 2 所示。

　　由于信号中含有随机噪声，为了滤除噪声，提取信号特征，系统采用小波分析方法降噪。在选定阈值后，采用软阈值处理的方法。[5]图 3 是采用基于 10 阶 Daubechies 极大极小值软阈值去噪方法对信号分别进行一阶、二阶和三阶去噪后的波形图。

　　从图 3 中可以看出去噪后的信号与原信号相比平滑，处理后的信号特征较明显。

　　3 软件界面设计

　　报警显示界面可以实时显示采集到的信号并作分析和报警。图 4 在人手触摸光纤情况下上位机界面采集到的时域波形。

　　4 结论

　　系统能准确的识别到光纤附近的变化情况，并能够将信息传给管理人员，实现预警功能。

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《基于振动传感的智能光纤安防系统设计》

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