近年來(lái)，傳感器在朝著靈敏、精巧、適應(yīng)性強(qiáng)和智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)發(fā)展,而另辟新徑的一種嶄新的傳感技術(shù)。該技術(shù)從國(guó)外已成功應(yīng)用多年，今年逐步引進(jìn)到國(guó)內(nèi)安防領(lǐng)域。光纖傳感器按結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為集總式和分布式，集總式利用傳感探頭檢測(cè)局部參量，而分布式探測(cè)外界在光纖中任一點(diǎn)引起的參量變化；按原理分類(lèi)可分為干涉型、反射型、波長(zhǎng)掃描型和模式濾波型。干涉型利用激光干涉原理，通過(guò)檢測(cè)光路中光波的相位變化得到被測(cè)參量的信息，反射型利用光纖在外部擾動(dòng)作用下產(chǎn)生的Reyleigh 、Raman、Brillouin等效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，波長(zhǎng)掃描型把寬譜光源注入光纖中，以光纖布拉格光柵作為探測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)輸出光譜的變化進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，而模式濾波型利用多模光纖中模式分配與光纖應(yīng)力應(yīng)變有關(guān)進(jìn)行測(cè)量。目前國(guó)內(nèi)外以光纖為介質(zhì)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)安防產(chǎn)品主要以干涉型和模式濾波型為主。

    干涉型光纖傳感器的基本原理是通過(guò)被測(cè)物理量的作用，使某段單模光纖內(nèi)傳播的光波發(fā)生相位變化，再用干涉技術(shù)把相位變化變換為振幅變化，從而還原所檢測(cè)的物理量，并具有高靈敏度、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、超高壓絕緣、防燃防爆、體積小及可靈活撓曲等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，在各個(gè)領(lǐng)域都擁有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>

    圖1所示為三種不同類(lèi)型的全光纖干涉儀的結(jié)構(gòu)：邁克爾遜(Michelson) 、馬赫-澤德(Mach-Zehnder)和 賽格納克(Sagnac)干涉儀。這三種干涉儀都存在一個(gè)難以攻克的難題：偏振衰落，偏振衰落使傳感器進(jìn)入一種靈敏度極差甚至失效的狀態(tài)，而該狀態(tài)與環(huán)境有關(guān)，無(wú)法預(yù)測(cè)，成為該技術(shù)應(yīng)用推廣的一大缺陷。

    目前，消偏振衰落技術(shù)主要有偏振態(tài)分集檢測(cè)、偏振態(tài)高頻調(diào)制、偏振態(tài)反饋控制等。消偏技術(shù)的性能可以采用可見(jiàn)度來(lái)衡量，可見(jiàn)度為1時(shí)則完全消除了偏振，可見(jiàn)度為0時(shí)，干涉儀失效，完全沒(méi)有傳感作用。可見(jiàn)度的測(cè)量通過(guò)在其中一個(gè)干涉臂上加相位調(diào)制器，使干涉儀在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生完整的干涉條紋，用峰峰探測(cè)電路檢測(cè)出這段時(shí)間內(nèi)的 、 ，即可算出可見(jiàn)度V＝ 。

    圖2是馬赫澤德干涉利用偏振態(tài)反饋控制進(jìn)行消偏的示意圖，當(dāng)干涉儀受外界影響時(shí)，通過(guò)反饋控制PC，使（PC＋MZ）共同作用的結(jié)果仍使其輸出可見(jiàn)度為1。

    圖1 幾種不同的干涉儀

（a）邁克爾遜干涉儀（b）馬赫-澤德干涉儀（c）賽格納克干涉儀[nextpage]

圖2. 輸入偏振態(tài)反饋控制原理框圖

    誤報(bào)是光纖入侵傳感系統(tǒng)需要解決的另一個(gè)重要的關(guān)鍵技術(shù)，由于干涉型光纖傳感系統(tǒng)靈敏度極高，微小的振動(dòng)即可觸發(fā)報(bào)警，高靈敏度帶來(lái)的問(wèn)題是一些自然現(xiàn)象可能引起誤報(bào)，比如刮風(fēng)、下雨、機(jī)器轟鳴聲引起的柵欄共振等都會(huì)引起誤報(bào)。擾動(dòng)信號(hào)的識(shí)別檢測(cè)是該傳感系統(tǒng)的重要功能，報(bào)警檢測(cè)的核心在于提取出輸入信號(hào)中所有符合入侵信號(hào)特征的信號(hào)，對(duì)這類(lèi)信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。對(duì)于噪聲或不具備入侵特征的信號(hào)，都應(yīng)被系統(tǒng)過(guò)濾。信號(hào)特征辨識(shí)技術(shù)，是一種模式識(shí)別技術(shù)，通過(guò)對(duì)不同輸入信號(hào)的特征進(jìn)行分析，對(duì)這些信號(hào)如噪聲、入侵信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)等建立特征模板，將實(shí)時(shí)信號(hào)與模板進(jìn)行比對(duì)，以確定實(shí)時(shí)信號(hào)類(lèi)型。如圖3是實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的強(qiáng)入侵、弱入侵和噪聲信號(hào)，這三類(lèi)信號(hào)特征比較明顯，容易識(shí)別，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境噪聲很小。但在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的系統(tǒng)中，傳感光纖覆蓋區(qū)域長(zhǎng)，每段環(huán)境都不盡相同，在復(fù)雜環(huán)境下，這三類(lèi)信號(hào)難于分辨，需要借鑒現(xiàn)有模式識(shí)別的技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析建模，對(duì)不同的環(huán)境采用不同的算法才能解決誤報(bào)問(wèn)題。該現(xiàn)象也是多數(shù)現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問(wèn)題，給用戶(hù)留下的光纖傳感入侵系統(tǒng)誤報(bào)高的印象。

圖3. 入侵信號(hào)和背景噪聲信號(hào)

    北京北郵國(guó)安寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司依托北京郵電大學(xué)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和中信國(guó)安的資本優(yōu)勢(shì)成功攻克了干涉型光纖傳感系統(tǒng)偏振衰落的難題，隆重推出了分布式光纖傳感安全防護(hù)平臺(tái)，該平臺(tái)成功解決了光纖中的偏振問(wèn)題，采用獨(dú)特的模式識(shí)別算法解決了誤報(bào)問(wèn)題，同時(shí)具有學(xué)習(xí)功能，可以根據(jù)用戶(hù)需求，對(duì)特定誤報(bào)事件采用一鍵式消除技術(shù)。該系統(tǒng)與國(guó)外某公司的產(chǎn)品同時(shí)安裝在某用戶(hù)的柵欄中作對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)1個(gè)多月的測(cè)試，其靈敏度及誤報(bào)性能遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)手，測(cè)試漏報(bào)率為0，沒(méi)有發(fā)生一起誤報(bào)。(本文由北郵國(guó)安寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司提供)