光纤入侵探测系统的可靠性研究

论文摘要

光纤入侵探测系统是一种基于光纤传感调制技术的光纤传感系统,对外界振动信号进行实时监测,并能够快速提供可靠的入侵报警信息。光纤入侵探测系统具有探测灵敏度高、监测距离远、抗电磁干扰能力强等优点,在机场、核电站、监狱、军事基地、国防边境线等场所得到广泛应用。光纤入侵探测系统是一款集光学、电子、机械于一体的比较复杂的在线安全监测系统,其工作环境复杂多变,气候变化、机械振动、电磁干扰都是不可避免的,并且还要求其必须24小时长期不间断地工作,这就对系统的环境适应性、电磁兼容性、长期稳定性等方面的性能提出了很高的要求。目前,国内的光纤入侵探测系统产品主要存在的可靠性问题有:关键元器件失效率比较高;系统的长期稳定性比较差;系统的误报率和漏报率比较高。对光纤入侵探测系统进行可靠性研究,降低系统的误报率和漏报率,提高系统的可靠性,达到延长系统寿命的目的,具用重大的研究价值和应用价值。本文以光纤入侵探测系统为研究对象,以可靠性基本理论为指导,对系统核心器件-激光器和系统整体的可靠性进行了研究。研究的主要内容包括:（1）介绍了光纤入侵探测系统可靠性研究的目的与意义及其可靠性研究现状。（2）阐述了可靠性的基本理论,包括可靠性概念、可靠性指标、可靠性分析技术、可靠性试验技术等内容,以指导光纤入侵探测系统的可靠性研究。（3）阐述了光纤入侵探测系统的探测原理及系统特征,提出了系统的可靠性需求及可靠性工作流程。（4）在系统的可靠性设计中,着重研究了激光器工作的可靠性设计。在深入了解激光器工作原理和主要特性的基础上,提出了激光器性能的检验方法;设计了温控精度高于0.1℃的温控电路和电流稳定度优于0.5%的流控电路,用以驱动激光器工作,改善系统性能;根据激光器的主要失效机理,从硬件设计、软件设计、热设计等方面对激光器工作的可靠性设计进行了研究,并提出了过流保护设计、过温保护设计、电流缓启动设计、散热设计等一系列相应的改进预防措施,从而使激光器减少静电损伤和浪涌损伤,延长激光器的工作寿命。（5）制定了系统的可靠性试验方案,并执行可靠性试验,对系统的环境适应性、安全性、电磁兼容性等内容进行了比较全面的试验;对可靠性试验中产生的故障进行分析,并提出相应的改进预防措施,从而提高系统的可靠性。本文通过对光纤入侵探测系统可靠性的研究,提出了一系列提高激光器和系统可靠性的改进预防措施,使系统的可靠性得到显著提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 光纤传感系统可靠性研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 可靠性基本理论
• 2.1 可靠性基本概念
• 2.2 系统可靠性指标
• 2.3 可靠性分析技术
• 2.3.1 故障树分析
• 2.3.2 故障模式影响分析
• 2.4 可靠性试验技术
• 第3章 光纤入侵探测系统介绍
• 3.1 光纤入侵探测系统探测原理
• 3.2 光纤入侵探测系统组成
• 3.2.1 光源子系统
• 3.2.2 光纤干涉子系统
• 3.2.3 数据采集子系统
• 3.2.4 信号处理子系统
• 3.3 光纤入侵探测系统可靠性方案
• 3.3.1 系统可靠性需求
• 3.3.2 系统可靠性工作流程
• 第4章 光纤入侵探测系统可靠性设计
• 4.1 光纤入侵探测系统与激光器
• 4.1.1 系统的核心器件
• 4.1.2 激光器的工作特性
• 4.1.3 分布反馈式激光器
• 4.2 激光器性能检验方法
• 4.2.1 激光器波长特性检验方法
• 4.2.2 激光器功率特性检验方法
• 4.3 激光器故障模式影响分析
• 4.4 激光器工作可靠性设计
• 4.4.1 激光器驱动电路可靠性设计
• 4.4.2 激光器驱动程序可靠性设计
• 4.4.3 热设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 光纤入侵探测系统可靠性试验与分析
• 5.1 系统可靠性试验方法
• 5.1.1 可靠性试验流程
• 5.1.2 标准振动信号输入装置
• 5.1.3 信噪比
• 5.2 系统可靠性试验
• 5.2.1 环境适应性试验
• 5.2.2 安规试验
• 5.2.3 电磁兼容性试验
• 5.3 系统故障分析与改进
• 5.3.1 ESD 试验故障分析与改进
• 5.3.2 振动试验故障分析与改进
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要