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Sagnac干涉型光纤传感28365365体育在线:智能周界围栏报警系统
时间:2019-05-31 10:34

Sagnac干涉型光纤传感智能周界围栏报警系统

  传统的周界安防或围栏报警系统:如主动红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆、电子围栏、电网等,虽为安全技术防范做出了一定的贡献,但受一些客观技术条件等因素所限,还存在着一定的缺陷。而利用光电技术中的新型光纤传感技术做成的周界安防或围栏报警系统具有非常明显的技术优势。本文介绍传统周界围栏报警系统的缺陷及光纤传感的优势,Sagnac干涉型光纤传感器的原理,基于Sagnac干涉型光纤传感智能周界围栏报警系统的组成及工作原理、模拟实验测试结果、市场应用前景等。

  引言

  多年来,传统的周界安防或围栏报警系统:如主动红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆、电子围栏、电网等,为安全技术防范做出了一定的贡献。但是,受一些客观技术条件等因素所限,还存在着一定的缺陷:如主动红外对射的围栏报警系统,易受地形条件的高低、曲折、转弯、折弯等环境限制,而且它们不适合恶劣气候,容易受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响,易出现误报率;再如泄露电缆、振动电缆、电子围栏、电网等围栏报警系统,均属于有源的电传感,系统功耗很大;且电子围栏、电网等又有一定危害性;它们又易受电磁干扰、信号干扰、串扰等,而使灵敏性下降,误报率、漏报率上升等。

  与上述周界安防或围栏报警系统相比,利用光电技术中的新型光纤传感技术做成的周界安防或围栏报警系统具有非常明显的技术优势:

  ·抗电磁干扰,电绝缘性好、安全可靠,耐腐蚀、化学性能稳定,因而完全不受雷电影响,能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰等场所下工作;

  ·体积小、重量轻,几何形状可塑,传输损耗小,传输容量大,具有非常好的可靠性和稳定性;

  ·不仅能发现外界扰动,而且可确定外界扰动的位置,系统具有成本低、结构简单、便于扩展与安装容易;

  ·无辐射、无易燃易爆材料,既防水又环保;

  ·能源依赖性低,可大大节省供电设备与线路的成本,适合长距离使用;

  ·可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上其对被测介质影响小,所以它非常有利于在结构检测等具有复杂环境的领域中应用等。

  周界安防或围栏报警系统,在光纤传感技术中可利用两种光纤传感器来实现:一是利用光纤Bragg光栅分布式光纤传感器;二是利用光纤干涉型光纤传感器。本文讨论后者,前者将另外撰文介绍。

  基于干涉原理的测量是通过测量光程差,从而测定相关的物理量的。干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的,其测量精度之高是其他测量方法所无法比拟的。干涉型的光纤传感器,是根据传统的光学干涉仪的原理进行光纤化改造而成的。目前常用的有麦克尔逊(Michlson)型、马赫-泽德(Mach-Zehnder)型、赛格纳克(Sagnac)型、法布里-珀罗(Fabry-Perot)型。干涉型光纤传感器是以光纤本身作为传感器件的功能型传感器,由于它的整根光纤都是探测器件,所以它非常敏感,极易受到外界的干扰,因此接收到的信号极其不稳定。显然,它的这种不稳定性,在一定程度上限制了干涉型光纤传感器的应用。目前,Sagnac型干涉光纤传感器,已广泛应用于光纤陀螺、传感、大型的管道检测等领域。本文设计的基于Sagnac干涉型光纤传感器制作的周界安防或围栏报警系统,正是利用了干涉的不稳定性来判断外界的围栏是否受到入侵的。

  上面已简述了传统周界围栏报警系统的缺陷及光纤传感的优势,下面再介绍Sagnac干涉型光纤传感器的原理,基于Sagnac干涉型光纤传感智能周界围栏报警系统的组成及工作原理、模拟实验测试结果、市场应用前景等。

  Sagnac光纤干涉传感原理

  当封闭的光路相对于惯性空间有一转动速度Ω时,顺时针光路和逆时针光路之间形成与转速成正比的光程差ΔL,其数值满足