1、1 中文 3350 字 出处： Kwon I B, Baik S J, Im K, et al. Development of fiber optic BOTDA sensor for intrusion detectionJ. Sensors & Actuators A Physical, 2014, 101(1-2):77-84. 基于光时域分析的布里渊传感器在入侵检测系统中的发展 Il-Bum Kwon, Se-Jong Baik, Kiegon Im, Jae-Wang Yu 摘 要 我们提出了一个 基于光时域分析的布里渊（ BOTDA）传感器系统 ，它 具有探测和定位超过数十公里 上
2、 企图入侵 的 能力。 该系统由一个 激光二极管和两个电光效应 调制器组成，通过 应变诱导程序 来完成 入侵的仿真 。 在实验室条件下 ， 得到了在 4.81km传感光纤下 3m的定位精度 ， 且探测时间在 1.5s 内。 实际的入侵检测实验 使 用 了 这样的装置 ，并 且能 在 1.5秒 内清楚地 获得 可辨的检测信号 。 关键词： 基于光时域分析的布里渊传感器；光纤；入侵检测；距离分辨率 1 简介 为了防止入侵者进入，红外光纤传感器、埋在地下的磁传感器和泄漏同轴电缆传感器得到 了 广泛的应用 1。 红外光纤传感器对空气中的灰尘和水分子非常敏感，并且它的检测线必须构建成直线。磁传感器和泄漏
3、同轴电缆传感器不能用在 有电磁干扰的 恶劣环境中 。但 光纤传感器 没 有这些缺点，并在入侵检测中有了很大 的 发展 ， 比 如 对 机场的周围和 建筑物周围 环境的入侵检测。 光纤传感器检测到一个失光与光纤的切断是相关的，这样的入侵企图 2是不可避免的。 当多模光纤被入侵者弯曲时 3，这 种类型的光纤传感器 就 检测到 光的偏振状态发生变化 。 多模光纤传感器具有很短的数米范围的探测距离。 光纤传感器 利用由传播模式间相互干扰产生的散射 具有极高的灵敏度，但其 检测范围 仅数百米 仍然有限 4,5 。 1976 年， Barnoski 和 Jensen6报道了一个 ，通过分析时域瑞利后向散射
4、的 无损测量方法 。 戴金 7认为，利用瑞利散射的光时域反射计（ OTDR）可应用到入侵检测中。 虽能测量到后向散射光 ， 但 这个传感器不能检测到这种 位于某种特定入侵背后的 入侵， 在这种特定 入侵 的 扰动足够大 ， 来 掩盖所有后来 的 入侵 事件 。 传感器利用受激布里渊散射克服了这个问题。受激布里渊散射光纤传感器采用一泵浦脉冲 光 和连续探测光沿相反方向 在 单模光纤 上传输 ，并检测 由两个光束与混合 8,9声波 放大 的 受 激布里渊 后向 散射信号。 在此方法中，连续探测光的频率与 光纤 泵浦 光的频率不同 ， 产生受激布里渊效应对探测光进行放大 ,从而接收到强度大的布里渊散
5、射信号 10,11。 布里渊光时域分析 （ BOTDA） 传感器系统 装备一个电光调制器，已用于分布式应变和温度测量的研究，但是用在 入侵检测中信号分析持续时间太长 8。 在这项研究中，我们开发了一个 BOTDA 的传感器系统，它能够检测和定位超过数十2 公里长 路径 上企图 入侵的能力 。 通过使用光学平台上安装的应变诱导 装置 来 仿真入侵影响 。 我们的实验结果 表明 ， 在 1.5s 的检测时间内， 4.81km长度的 光纤的距离分辨率 为 3m。 2 工作原理 当光信号沿单模光纤传播功率大于布里渊阈值功率时 ， 就产生了 受激布里渊散射（ SBS）的信号 。 SBS 可以说是 由斯托
6、克斯光和声波相互作用产生的一种光参量。 在光纤中传播的后向散射光 的 布里渊的频移 B以给出： 2 aB Pnvv （ 1） 其中， B是声波的速度， n为有效折射率， p为泵浦波长 。 下面的公式表明布里渊增益谱的谱宽Bv与声 子的寿命有关： 1()BBvT （ 2） 其中 BT为声波的衰减时间或声子寿命 一个实验装置的示意图如图 1 所示。 泵浦脉冲光 在光纤 一端 沿 Z 轴方向传播， 然而 连续 在光纤的另一端沿 Z 轴相反的入射。在此配置中，单模光纤中的泵浦脉冲光产生后向布里渊增益 13。 在布里渊增益带宽的中心频率下移 ，从频率为 v泵浦光到频率为 Bvv斯托克斯 光。 当连续光的频率与斯托克斯频共振时，通过泵脉冲于布里渊信号的相互作用使连续光产生放大作用。放大的连续 光通过 22的 耦合器并且是 时间分辨测量检测 的。检测到的 在 0Z处 连续光的 光功率 dp是 有 时间依赖性 。 在泵浦光注入光纤后 在 Zz处光纤到达它的末端 0 ，连续光在时间
