光纖傳感監(jiān)控系統(tǒng)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用

        光纖傳感技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)的產(chǎn)物，是隨著光纖及通信技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來(lái)的一門(mén)嶄新技術(shù)。分布式光纖傳感器又是光纖傳感技術(shù)中十分引人注目的新器件，它不僅具有一般光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)輻射干擾性、抗電磁干擾性好等，而且充分利用了光纖一維空間連續(xù)分布的特點(diǎn)，可以在沿光纖路徑上同時(shí)得到被測(cè)量場(chǎng)在時(shí)間和空間上的分布信息，顯示出十分獨(dú)特的應(yīng)用前景?？偛吭O(shè)在澳大利亞墨爾本的FFT公司成功研制了基于分布式光纖傳感器技術(shù)的安防監(jiān)控系統(tǒng)，適用于通信光纜監(jiān)控、輸油/氣管道監(jiān)控和長(zhǎng)距離周界報(bào)警監(jiān)控等。FFT公司成立于1994年，其開(kāi)發(fā)的此項(xiàng)技術(shù)目前處于世界領(lǐng)先地位，獲得了國(guó)際專利，已經(jīng)在世界各地得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域含蓋政府機(jī)構(gòu)、軍隊(duì)、機(jī)場(chǎng)、港口、核電站、邊境線、銀行和石油/天然氣公司等。

        （一）工作原理

        光纖傳感技術(shù)是國(guó)際上近些年發(fā)展成熟的一項(xiàng)尖端技術(shù)，其工作特點(diǎn)是光纖本身作為傳感器，當(dāng)光纖受到外界干擾時(shí)，光纖中傳輸光的部分特性就會(huì)改變，通過(guò)檢測(cè)光的特性變化，監(jiān)控這些事件和狀態(tài)。這些事件包括：張力、位移、震動(dòng)、沖擊、聲波、溫度等，經(jīng)控制器的特殊算法和分析處理，確定事件真?zhèn)?，區(qū)分非法入侵行為與環(huán)境干擾。傳感器應(yīng)用光干涉檢測(cè)技術(shù)。激光器向光纖發(fā)射激光，激光傳到光纖的末端后由一個(gè)終端單元反射回來(lái)；若光纖沒(méi)有受到外界的擾動(dòng)，光纖中的光特性不發(fā)生改變，則光檢測(cè)器無(wú)輸出，不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；如果光纖受到外界擾動(dòng)，則光纖中的光特性發(fā)生變化，變化量則取決于光纖受外界擾動(dòng)的強(qiáng)度，其振幅和頻率同樣可以被檢測(cè)到，借助軟件工具就可將這些變化轉(zhuǎn)變成可識(shí)別的
各種信號(hào)，進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警。

        為了檢測(cè)微應(yīng)變，通常采用兩芯單模光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)。這兩根光纖組成了“干涉?zhèn)鞲衅?rdquo;的一個(gè)臂，用相干激光器向其發(fā)射一束激光，若光纖沒(méi)有受到外界的擾動(dòng)，則光檢測(cè)器將不對(duì)反射波產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；如果光纖受到外界侵?jǐn)_，則光的波形改變，并產(chǎn)生干涉圖像，通過(guò)軟件可以分辯出事件的真實(shí)情況。光纖傳感器的頻率響應(yīng)范圍從1 Hz至20K Hz。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變，響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)，可獲得非常高的靈敏度。微應(yīng)變傳感器與定位技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全保障系統(tǒng)的定位報(bào)警功能。定位器技術(shù)是FFT公司的一項(xiàng)專有技術(shù)，其定位精度一般在50米左右。

        （二）在安防領(lǐng)域應(yīng)用

        * Secure Fence 周界監(jiān)控報(bào)警__ 機(jī)場(chǎng)、邊境、基地、港口、核電站；；
        * Secure Link 光纜安全監(jiān)控__ 政府、銀行、情報(bào)機(jī)構(gòu)；
        * Secure Pipe 管道安全監(jiān)控__ 石油/天然氣管線、煉油廠、電力線；

        （三）光纖傳感監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

響應(yīng)時(shí)間： 瞬間（動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)）
頻率響應(yīng)：1Hz —40KHz；
報(bào)警概率：>90%；
虛警概率：<5%；
監(jiān)控距離：40 km/套；
定位精度：50米左右；
工作狀態(tài)： 全實(shí)時(shí)7×24小時(shí)監(jiān)控；
工作溫度：20℃±5℃（主控機(jī)），
 - 30℃ —+60℃（傳感器）；
傳感器類(lèi)型：無(wú)源、分布式、無(wú)輻射、抗干擾；
報(bào)警靈敏度：可自行設(shè)定，包括：電平，頻率等；
抗風(fēng)能力：70km/h；
光纖折斷報(bào)警；

        （四）系統(tǒng)特點(diǎn)

1. 分布式動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)
1) 分布傳感，技術(shù)先進(jìn)__ 在整個(gè)連續(xù)光纖的長(zhǎng)度上，任意一點(diǎn)都是“傳感器”。
2) 實(shí)時(shí)監(jiān)控，定位準(zhǔn)確__ 在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，響應(yīng)迅速，克服漏測(cè)和難以定位的弊端。
3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高_(dá)_ 傳感光纖既傳輸光，又傳感，故障少，可維護(hù)性好，可靠性高。
4) 配置靈活，使用方便__ 系統(tǒng)配置和參數(shù)可按用戶具體需求調(diào)整，方便靈活，運(yùn)行成本低。
5) 性能價(jià)格比高。測(cè)點(diǎn)分布于整個(gè)光纖，系統(tǒng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的價(jià)格。
2. 獨(dú)特的信號(hào)檢測(cè)及定位方法
采用獨(dú)特的算法以及多參數(shù)分析法，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行分析，從紛雜的背景噪聲中提取有用信息，確保高檢測(cè)率，并排除自然界的各種干擾，有效降低誤報(bào)率，實(shí)現(xiàn)精確定位。采用分布式光纖傳感器以及獨(dú)特的算法，使傳感器對(duì)震動(dòng)、移動(dòng)和應(yīng)力變化十分敏感，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化，及早發(fā)現(xiàn)管線周?chē)漠惓Ｇ闆r和潛在的非法事件，具有預(yù)警功能。

        3. 三級(jí)保障體系

根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況和需求，參照國(guó)內(nèi)外安防行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，建立起三級(jí)保障體系，為用戶提供全方位的技術(shù)支持和及時(shí)有效的服務(wù)。
第一級(jí)：由用戶操作人員完成，主要任務(wù)是觀測(cè)系統(tǒng)工作環(huán)境，隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行狀況，記錄系統(tǒng)工作狀態(tài)，遇到異常情況及時(shí)向技術(shù)人員報(bào)告。
第二級(jí)：由用戶技術(shù)人員完成，主要任務(wù)是處理系統(tǒng)日常工作中出現(xiàn)的一般性問(wèn)題，遇到故障及時(shí)與集成商聯(lián)系。
第三級(jí)：由系統(tǒng)集成商工程師完成，主要任務(wù)是與代理商保持聯(lián)系，得到更多的技術(shù)支持；
到用戶現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)疑難問(wèn)題，排除系統(tǒng)故障。

（六）FFT部分業(yè)績(jī)（總計(jì)超過(guò)100個(gè)）

* 27個(gè)軍事基地/機(jī)場(chǎng)周界報(bào)警系統(tǒng)，地點(diǎn)：美國(guó)、亞洲及澳大利亞；

* 5個(gè)管線安全監(jiān)控系統(tǒng)，地點(diǎn)：亞洲、中歐、澳大利亞；

* 24個(gè)政府機(jī)構(gòu)周界報(bào)警系統(tǒng)，地點(diǎn)：美國(guó)、歐洲、澳大利亞；

* 6個(gè)政府、銀行網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，地點(diǎn)：澳大利亞、日本、美國(guó)；

* 3個(gè)大型煉油廠周界報(bào)警系統(tǒng)，地點(diǎn)：歐洲、美國(guó)；

* 20個(gè)其它大型機(jī)構(gòu)安防系統(tǒng)；

 

 

        （七）國(guó)內(nèi)外成功案例
 

        * 美國(guó)某空軍軍事基地
 

        FFT在美國(guó)空軍事基地建有周界報(bào)警系統(tǒng)。該基地周界由網(wǎng)孔型圍欄和鐵柵欄組成，其上部還裝有蛇腹式鐵絲網(wǎng)。該系統(tǒng)安裝在這些圍欄和鐵絲網(wǎng)上，同時(shí)安裝地埋式光纖報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)已運(yùn)行一年，通過(guò)了用戶的驗(yàn)收，其定位精度達(dá)到50m，并集成了高性能的CCTV系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到非法入侵時(shí)可以自動(dòng)激活相應(yīng)的CCTV系統(tǒng)。該基地的周界長(zhǎng)度為23km。

 

        * 新加坡軍用機(jī)場(chǎng)（Singapore Airfields (x6), Singapore）
 

        FFT在新加坡安裝有六套機(jī)場(chǎng)周界報(bào)警系統(tǒng)，這些機(jī)場(chǎng)周界由網(wǎng)孔型圍欄和鐵柵欄組成，其上部還裝有蛇腹式鐵絲網(wǎng)。系統(tǒng)安裝在這些圍欄和鐵絲網(wǎng)上。所有系統(tǒng)已安全運(yùn)行2 - 3年，全部通過(guò)了用戶的驗(yàn)收。同時(shí)，所有系統(tǒng)的定位精度達(dá)到25m左右，并集成了高性能的CCTV系統(tǒng)，其中包括IR 夜視攝像機(jī)。系統(tǒng)檢測(cè)到非法入侵時(shí)，自動(dòng)激活相應(yīng)的CCTV系統(tǒng)，使攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)預(yù)置的50米監(jiān)控區(qū)。這些機(jī)場(chǎng)的周界長(zhǎng)度從10km至34km不等。

 

 

        * 意大利Snam 天然氣公司管道監(jiān)控工程

        SNAM天然氣公司采購(gòu)了FFT管道安全監(jiān)控系統(tǒng)，并安裝在意大利一條天然氣主干線上。監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)的管線長(zhǎng)度超過(guò)30km，用以防止非法入侵和第三方破壞。自2003年管道安全監(jiān)控系統(tǒng)安裝并運(yùn)轉(zhuǎn)至今，系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)良好，滿足了用戶的各項(xiàng)要求。