智能光纤围栏周界安防系统研究与设计

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chuanqi2009444
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随着社会经济的发展,各领域对安防预警的需求提高,周界安防作为最前端防线,对于阻挡、发现入侵至关重要,而现有安防系统大多使用电子类传感器,存在易受电磁干扰、无法在易燃易爆的特殊场合使用的问题,对于入侵事件无法智能识别,误报率有待降低。因此,本文基于光纤传感技术,设计了一种智能光纤围栏周界安防系统,能够以光纤围栏的形式监测安防区域,并通过支持向量机算法判断入侵事件,在无人值守变电站、电气危险场所等场合具有重要应用前景。本文研究内容主要方面如下:(1)分析了光纤传感机理,通过对比各干涉型光纤传感光路结构的优缺点,确定了本系统使用Sagnac-Mach-Zehnder复合光路结构,并详细阐述了该光路结构及其工作原理,对搭建传感光路所需的主要器件及其相关参数进行了介绍,确定了系统的整体设计思路。(2)设计并实现了可将调制在光信号中的振动信息解调还原,能进行信号采集与传输的硬件解调系统,详细地对该系统的设计理念、电路基本原理、实现方法等进行了阐述,硬件解调系统主要包括信号采集传输模块和光电转换模块。信号采集传输模块包含信号采集电路、中央控制单元和数据传输电路,主要实现模数转换和信号数据向上位机的传输。光电转换模块,包括四阶有源滤波电路、阻抗匹配单元、光电转换单元、跨阻放大电路等,该模块实现了振动信号的解调还原。(3)设计了上位机监测系统,基于QT设计了能够将振动信号图形化显示、判断预警、保存并管理预警信息的上位机监测界面,且能够与微信联动,进行预警信息的推送。基于MDK开发环境进行了硬件解调系统数据传输处理程序的代码编写和调试运行,包括信号采集控制、数据从采集电路向上位机的传输控制。采用短时平均能量法进行端点检测,提取系统采集数据中的有效信号成分,通过小波分解后做能量谱计算得到特征向量,最后采用SVM算法实现智能识别入侵事件。(4)搭建了智能光纤围栏周界安防实验平台,针对系统各方面的运行能力进行了测试,包括系统底噪测试、系统频率响应范围、信号频率还原能力等。并针对入侵事件智能识别能力进行测试,验证了系统的可行性,实验表明系统在100Hz-22k Hz可响应外界振动,能够快速响应突变信号,对频率还原的精度可达±3Hz。上述研究表明,智能光纤围栏周界安防系统能够灵敏感知入侵事件的发生,实时监测非法入侵,智能判断入侵事件类别,降低系统误报率,为无人值守变电站或电气危险场所等场合提供一种可靠的光纤周界安防系统方案。
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