多芯光纤安防工程一体化同步感知系统

摘要

光纤传感技术可用于安防工程中的各类扰动探测。然而，常规单模光纤安防系统无法同步实现感知入侵模式、量化扰动强度、火灾预警等重要功能。本研究提出基于空分复用多芯光纤的一体化同步感知系统，将多种光纤传感技术复用于一根7芯光纤，其中，光纤光栅纤芯监测结构点式应变与细部温度，相位敏感纤芯实现扰动定位与强度定量，同时拉曼纤芯测量分布式温度场。面向安防实际需求，在后处理阶段通过高阶中心矩、信号极差、空间平均峰度与特征频率等4种方法实现了多参量入侵定位；提出多指标扰动定量方法，其中，面向瑞利散射信号的扰动量化算法利用瑞利散射模型与多参数优化方法，根据光强信号图样求解分布式应变场，搭配光栅纤芯的应变时程，以此构建扰动强度指标，实现多指标扰动定量评估及模式区分；通过拉曼温度场实现火灾（过热）预警，同时提供温度补偿。在防护围栏上通过7种模拟工况测试了系统的工作性能，结果表明：本系统的4种定位方法得到了各工况事件的不同时空频特征，能准确定位各事件（定位误差<1 m），其中特征频率法还能有效识别出微小地面振动；定量识别15种强度的冲击荷载，各量化指标与扰动强度的正相关性较好；可同步感知光纤沿线温度场并定位过热点，光栅纤芯与拉曼测温纤芯的结果相符合。本系统解决了传统安防系统监测信息单一、容易误漏报、可信度不足的问题，突破了温度应变交叉敏感、缺乏定量感知能力等技术瓶颈。

关键词

多芯光纤 / 安防工程 / 多参量传感 / 空分复用 / 扰动定量