振動(dòng)光纖、泄漏電纜在周界入侵系統(tǒng)中的運(yùn)用

1、北京三安古德科技發(fā)展有限公司 振動(dòng)光纖、泄露電纜的運(yùn)用振動(dòng)光纖、泄漏電纜在周界入侵系統(tǒng)中的運(yùn)用隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及生活質(zhì)量的不斷提高。人們的安全防范要求也在不斷增高，因而周界入侵報(bào)警系統(tǒng)成為人們安全防范的首要防線。目前在周界防護(hù)監(jiān)控報(bào)警應(yīng)用系統(tǒng)中，主要采用的系統(tǒng)有振動(dòng)光纖、泄漏電纜、脈沖電子圍欄、刀片電子圍、紅外對(duì)射，激光對(duì)射、報(bào)警主機(jī)。針對(duì)傳統(tǒng)的周界入侵報(bào)警產(chǎn)品如紅外對(duì)射、激光對(duì)射、報(bào)警主機(jī)等安裝復(fù)雜、設(shè)備隱蔽性差、誤報(bào)率高等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，利用現(xiàn)代的脈沖/刀片電子圍欄、振動(dòng)光纖、泄漏電纜優(yōu)勢(shì)，研發(fā)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代社會(huì)各種場(chǎng)所。它具有室外無(wú)源、傳感區(qū)域任意定址

2、、可以野外敷設(shè)、抗電磁干擾強(qiáng)、能抗雷擊電閃等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)代，基于光纖光柵傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)、測(cè)量已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如煤礦、油庫(kù)、石油管道、橋梁等敏感設(shè)施。所以基于振動(dòng)光纖的光纖光柵傳感技術(shù)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)具有重要意義。通過(guò)分析比較，找出它們的優(yōu)缺點(diǎn)后，研發(fā)了一種基于光纖光柵振動(dòng)傳感器的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)。它有效彌補(bǔ)了以前防入侵報(bào)警系統(tǒng)的不足，能實(shí)施全天候報(bào)警，具有高抗擾性，能實(shí)現(xiàn)科學(xué)定址，并且室外無(wú)源，能滿足現(xiàn)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的要求。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們的安全防范需求也在不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的周界防范手段，如：紅外對(duì)射、激光對(duì)射等，已經(jīng)不能保障人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。因

3、此，研究適應(yīng)時(shí)代的周界入侵報(bào)警技術(shù)具有重要意義。將傳統(tǒng)的周界防范的物理管理辦法上升到智能化，從而有效提高周界入侵的效率。目前，市面上主要有紅外線對(duì)射器、激光對(duì)射、微波探測(cè)器、振動(dòng)光纖、泄漏電纜、等多種周界防入侵設(shè)備。這些傳感器主要缺點(diǎn)是受氣候干擾大，誤報(bào)、漏報(bào)率高等缺點(diǎn)。雖然光纖干涉型的出現(xiàn)克服了上述缺點(diǎn)，但由于其原理，不能對(duì)入侵報(bào)警的位置進(jìn)行精確定位。而以光纖柵傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的振動(dòng)光纖、泄漏電纜、電子圍欄的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)不僅保留了光纖振動(dòng)傳感器的抗電磁干擾、傳輸速度快、距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，還克服了其它產(chǎn)品不能精確定位的缺點(diǎn)。具有靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短、誤報(bào)和漏報(bào)率低等優(yōu)點(diǎn)。并且，光纖光柵傳感技術(shù)能

4、與現(xiàn)代通信設(shè)備高度融合，易于構(gòu)建大范圍、長(zhǎng)距離的網(wǎng)絡(luò)型傳感。以光纖光柵傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的入侵報(bào)警系統(tǒng)能在探測(cè)率、誤報(bào)率、漏報(bào)率三個(gè)界定周界入侵報(bào)警系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)上滿足人們應(yīng)用中的需求。目前基于光纖光柵振動(dòng)振動(dòng)光纖、泄漏電纜、刀片電子圍欄的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、油庫(kù)、核電站、軍事基地、監(jiān)獄、住宅、銀行、石油管道等地方。因此，基于光纖光柵傳感技術(shù)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的研究具有重要意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)主要有如下幾種脈沖/刀片電子圍欄高壓電子圍欄作為周界入侵報(bào)警系統(tǒng)被大量使用在居民住宅小區(qū)中。電子圍欄是一種實(shí)體防護(hù)設(shè)施，對(duì)入侵者有阻擋作用。其主要由脈沖主

5、機(jī)和圍欄兩部分組成，通常是通過(guò)脈沖主機(jī)通電后，發(fā)射端口向前端圍欄分別發(fā)射高壓低頻正脈沖和高壓負(fù)脈沖或者低壓脈沖。在前端圍欄上形成回路后，再把脈沖送回到主機(jī)接收端口，如果有人攀爬、扯斷電子圍欄，造成電子系統(tǒng)回路開路，或者在攀爬中造成電子圍欄線路短路，主機(jī)將產(chǎn)生報(bào)警。電子圍欄的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單。但其不足之處是誤報(bào)率太高，且易對(duì)人體的身體造成影響。泄漏電纜泄漏電纜入侵報(bào)警系統(tǒng)是的基本原理是將裝有高強(qiáng)度的信號(hào)發(fā)生器和接收器的兩根電纜平行埋入地下，兩根平行電纜間形成電磁探測(cè)區(qū)，兩根電纜之間的電磁能的電磁耦合對(duì)擾動(dòng)非常敏感。泄漏電纜的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體、絕緣體和外護(hù)套的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)均勻性、空氣

6、介質(zhì)比率、蔽形式和光電覆蓋率等。其主要電氣特性是內(nèi)、外導(dǎo)體直流電阻、分布電容、電感電阻比、傳輸衰減、耦合效率、表面轉(zhuǎn)移阻抗及其特性因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用的圖片此設(shè)備對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合要求偏高。振動(dòng)光纖振動(dòng)光纖周界入侵報(bào)警系統(tǒng)研究現(xiàn)狀振動(dòng)光纖在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)主要作用的以光纖為基礎(chǔ)的光纖傳感器。由于光纖是無(wú)源的，不需要供電，因?yàn)殇佋O(shè)方便、靈活、安全，并且可以做到高隱蔽性。易于融入周圍環(huán)境；同時(shí)它還具有對(duì)外無(wú)信號(hào)輻射，防電磁干擾和射頻干擾；和耐腐蝕，抗外界環(huán)境和溫度的變化能力比較強(qiáng)?？稍谑彝飧鞣N惡劣的自然環(huán)境中正常地進(jìn)行二十四小時(shí)的防范工作，使用壽命可以長(zhǎng)達(dá)年以上；除此外最重要的是可以利用光纖的分布式傳感原理，增大

7、周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的信息采集量。這些特點(diǎn)使得周界安防工作得以進(jìn)入一些以前不曾進(jìn)入的領(lǐng)域，如長(zhǎng)距離、大范圍，水中、地下布防等；從而使光纖傳感器為基礎(chǔ)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的作用范圍大幅度的提高。光纖溫度傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)、室外無(wú)源且安全性高是光纖類傳感區(qū)別于電類傳感器的本質(zhì)特點(diǎn)。正因?yàn)楣饫w傳感器具有這些特點(diǎn)，因此在利用光纖溫度傳感器時(shí)，可將其用在油庫(kù)、石油管道、機(jī)場(chǎng)、核電站、高壓電纜以及化學(xué)工業(yè)等易燃易爆的危險(xiǎn)區(qū)域。在當(dāng)今社會(huì)中，石油以及化學(xué)工業(yè)中使用光纖溫度傳感器非常普遍，包括儲(chǔ)存易燃易爆化學(xué)品和石油的倉(cāng)庫(kù)以及石油的輸送管道測(cè)度監(jiān)測(cè)；使用光纖溫度傳感器監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)領(lǐng)域主要包括：檢測(cè)高壓電纜表面的

8、溫度、各種電力工程管道、火力發(fā)電廠的加熱發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)熱量較大的變壓設(shè)備和發(fā)電設(shè)備振動(dòng)光纖以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖應(yīng)變傳感器的因?yàn)橛匈|(zhì)量輕、體積小、抗電磁干擾、靈敏度高、并且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用領(lǐng)域亦非常廣泛。主要包括橋梁、隧道、煤礦、大壩以及高層辦公建筑和精細(xì)結(jié)構(gòu)中，對(duì)它們進(jìn)行長(zhǎng)期的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，光纖應(yīng)變傳感器的市場(chǎng)前景越來(lái)越好，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。在人防工程（大壩）、?guó)防工程、基礎(chǔ)設(shè)施（大型體育場(chǎng)）、民用結(jié)構(gòu)（大型民用住宅）等建筑在長(zhǎng)期的使用中，總會(huì)碰到諸如材料的老化、外部環(huán)境的不斷侵蝕等問(wèn)題。使這些建筑成為人們生活中災(zāi)難性事故的重大隱患，因而不管是對(duì)它們進(jìn)行短期的測(cè)試監(jiān)

9、測(cè)，還是進(jìn)行長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)，都非常重要。而振動(dòng)光纖的靈敏度高、能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)使它在這些領(lǐng)域起著非常重要的作用。振動(dòng)光纖如今在我們生活的地方，如國(guó)境線、工業(yè)管道沿線、重要場(chǎng)所、住宅小區(qū)以及橋梁，都可以感受到光纖振動(dòng)傳感器給我們帶來(lái)的。靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性強(qiáng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、可以精確定位等優(yōu)點(diǎn)，讓振動(dòng)光纖在周界入侵報(bào)警這個(gè)監(jiān)控領(lǐng)域，具有其它傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。如管線安全，可以發(fā)現(xiàn)管線設(shè)施的潛在隱患，并且能精確定位，使工作人員能提前對(duì)管道進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)；再如周界防范，可用于家庭、學(xué)校、住宅、重要機(jī)關(guān)、金融重地等場(chǎng)所，即時(shí)發(fā)現(xiàn)外界入侵；并且，光纖振動(dòng)傳感器可以應(yīng)用到在地震和海嘯檢測(cè)方面。（）振動(dòng)

10、光纖類型在當(dāng)今社會(huì)中，光纖傳感器應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，因而類型也非常多。根據(jù)測(cè)量范圍的不同，可將其分為點(diǎn)式光纖傳感器、準(zhǔn)分布式光纖傳感器及全分布式光纖傳器；而根據(jù)所要測(cè)量物理量的不同，又可以將光纖傳感器分為光強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、光頻率調(diào)制光纖傳感器、光相位調(diào)制光纖傳感器以及光偏振調(diào)制光纖傳感器等四類型；但根據(jù)其工作原理的不同來(lái)區(qū)分，則可以將光纖傳感器分為以下三種類型：1）基于干涉原理的光纖傳感器通常狀況下，點(diǎn)式傳感器多采用光纖的干涉?zhèn)鞲性?，這是因?yàn)榈男盘?hào)的長(zhǎng)距離傳送過(guò)程中，對(duì)光源的色散要求非常高。但隨著科技的發(fā)展，激光器的輸出高度可以達(dá)到級(jí)別，因而可以有效解決光纖干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題。并

11、且，當(dāng)我們?cè)趹?yīng)用干涉型光纖傳感器中使用賽格納克結(jié)構(gòu)的時(shí)候，因賽格納克結(jié)構(gòu)中的光路采用的是對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，因而大大降低了對(duì)光源的要求，所以對(duì)長(zhǎng)距離的干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的研究具有重大的深遠(yuǎn)的意義?；诟缮?zhèn)鞲性淼墓饫w由于在光纖傳感過(guò)程中，光纖上的每一點(diǎn)且在測(cè)量正向光信號(hào)的變化過(guò)程中，信哭界入侵報(bào)警系統(tǒng)的傳感器來(lái)使用時(shí)，可以在傳感監(jiān)測(cè)距離上也更具有優(yōu)勢(shì)?；诟缮嬖淼墓饫w傳感器采用的調(diào)制方法是相位調(diào)制型，雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在光信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，正向傳輸?shù)墓庑盘?hào)和干涉儀沿線的相位累積使得報(bào)警處的精確定位成為了其發(fā)展障礙。根據(jù)報(bào)道的資料，國(guó)外的學(xué)者通過(guò)將光路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，依靠使用長(zhǎng)程邁爾遜、馬赫增德

12、爾和賽格納克等干涉結(jié)構(gòu)，進(jìn)行重新混合設(shè)計(jì)，使其共享光纖線路，依靠延時(shí)技術(shù)，形成光程差效果，再將檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行分析，來(lái)確定測(cè)量的物理量，得到我們所要的數(shù)據(jù)，）基于后向散射技術(shù)的光纖傳感基于后向散射技術(shù)的光時(shí)域反射光纖傳感器已經(jīng)很成熟，并且已有大量實(shí)用案例。其基本工作原理如下：光進(jìn)入光纖后產(chǎn)生后向散射光，其中包括與泵浦激光相同波長(zhǎng)的彈性散射光一瑞利散射光，以及與泵浦激光波長(zhǎng)不同的非彈性散射光一喇曼散射光和布里淵（）散射光。這些散射光的物理特征量（光強(qiáng)、偏振態(tài)、頻率等）將隨著外界環(huán)境干擾而改變，再結(jié)合光時(shí)域反射技術(shù)由回波時(shí)間確定外界環(huán)境干擾發(fā)生的位置，由此獲得待測(cè)參量的空間分布。 1)基于光纖布拉

13、格光柵的光纖傳感器為波長(zhǎng)調(diào)制的光纖傳感器，其基本原理是：通過(guò)對(duì)光纖布拉格光柵反射波長(zhǎng)變化量的檢測(cè)來(lái)測(cè)量外界變化量，由于其檢測(cè)對(duì)象為波長(zhǎng)，因此測(cè)量結(jié)果不受傳感系統(tǒng)中光功率變化的影響，適用于長(zhǎng)期探測(cè)。型光纖傳感器測(cè)量范圍極為廣泛，可以測(cè)量多達(dá)七十余種變化量，但目前主要使用在溫度、應(yīng)力以及振動(dòng)等物理參量進(jìn)行測(cè)量，是復(fù)合型傳感器的最佳選擇。并且，由于型傳感器具備體積小、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展前景很好。目前基于的光纖傳感器在實(shí)用時(shí)，主要采用復(fù)用方式，因?yàn)槭且环N準(zhǔn)分布式傳感器，通常采取分布式結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，來(lái)減少監(jiān)控盲區(qū)。在復(fù)用模式下，所有傳感單元共用有源設(shè)備，也在一定程度上降低了成

14、本。以光纖光柵為基礎(chǔ)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用的是振動(dòng)光纖?；具^(guò)程是：當(dāng)有外界作用力（如：擠壓、振動(dòng)）作用在裝有光纖振動(dòng)傳感器的電纜上時(shí)，光纖中的光強(qiáng)度將隨外界擾動(dòng)而變化。外界振動(dòng)對(duì)光纖中的光通量的影響主要是微彎損耗，即由光纖的幾何不均勻引起的，這種不均勻引起的損耗主要以散射模式和耦合模式出現(xiàn)。經(jīng)解調(diào)儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，進(jìn)而對(duì)解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以在上位機(jī)上顯示出外界入侵的情況。光纖傳感技術(shù)的光纖光柵周界入侵報(bào)警系統(tǒng)，其特點(diǎn)是抗電磁干擾、傳輸速度快、距離遠(yuǎn)、能精確定位，并且靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短、誤報(bào)和漏報(bào)率低。新一代周界入侵報(bào)警設(shè)備與各種傳統(tǒng)界入侵報(bào)警設(shè)備相比，具有一系列的優(yōu)勢(shì)：（）結(jié)構(gòu)非常

15、簡(jiǎn)單，體積小、重量輕、耗能少；（）適合各種場(chǎng)合，尤其適合于埋入地面和墻；（）靈敏度高，監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)，且可以精確定位；（）抗電磁干擾、抗外界環(huán)境和溫度變化能力強(qiáng)，并且抗腐蝕，可在各種惡劣的自然環(huán)境中正常地進(jìn)行二十四小時(shí)的報(bào)警防范工作；（）可復(fù)用性強(qiáng)；（）光纖價(jià)格已很低，用于長(zhǎng)距離探測(cè)有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；（）安全性比較高；因光纖自身不帶電，并且在使用過(guò)程中也是無(wú)源的，用于周界安防時(shí)，對(duì)人或動(dòng)物沒(méi)有危險(xiǎn)；（）結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要改變。光纖光柵遵循胡克定理，在光纖彈性范圍內(nèi)，光纖受到外力時(shí)發(fā)生彎曲，由于彈性效應(yīng)，外力消失后，光纖能自動(dòng)恢復(fù)原狀；（）可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性好；（）能進(jìn)行波長(zhǎng)編碼，便是實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用或頻分復(fù)用，形成大規(guī)模的實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，使大型周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)建成為可能。用于周界探測(cè)的光纖系統(tǒng)屬于分布式光纖傳感