光纖傳感技術在安防監控領域的應用



一．光纖傳感工作原理及核心技術

（一）、工作原理
光纖不僅可以用于信號傳輸，還可以作為安全防范應用中的傳感器。當光纖傳感器受到外界干擾影響時，光纖中傳輸光的部分特性就會改變，通過配置特殊的感測設備，經過信號采集與分析，就能檢測光的特性變化。通過檢測光的特性變化，使得許多事件和狀態的測量得以監控。通過報警控制器的特殊算法和分析處理，區分第三方入侵行為與正常干擾，實現報警及定位功能。

（二）、核心技術
1、微應變/定位傳感器
微應變傳感器基于“干涉檢測”原理。為了檢測微應變，通常采用兩芯單模光纖來實現。這兩根光纖組成了“干涉傳感器”的一個臂，用相干激光器向其發射一束激光，若光纖沒有受到外界的擾動，則光檢測器將不對反射波產生報警信號；如果光纖受到外界侵擾，如：運動、聲波和觸動，則光的波形改變，并產生干涉圖像，光檢測器可檢測到這一波形變化，而且通過軟件可以分辯出事件的真實情況。
定位器技術可以與微應變傳感器結合。一個典型的系統通常需要三芯光纖，兩芯用于微應變傳感器，一芯用于定位，從而實現遠距離安全保障系統的定位報警功能。激光器向光纖發射激光，激光分別通過“干涉傳感器”的一個臂和裝有終端單元。該系統根據使用環境的不同，系統的定位精度一般在±100米左右。

2、光纖鏈路損耗要求
FFT設計的微應變/定位傳感器系統，通常采用波長為1550nm的激光，光纖鏈路的損耗的計量單位是dB。
1）光纜規格
單模通信級傳感光纜，一般要求四芯（其中一芯冗余備用），工作于1550nm窗口；
衰減值：0.21dB/km (典型值)，最大值<0.23dB/km；
工作溫度：- 30℃至+60℃，使用壽命>15年；

2）熔接損耗
光 纜__典型值0.06dB/p，最大損耗<0.1dB/p；
傳感器__插入損耗1.8 dB/p；

3）系統光功率分配
要求總衰減值：（根據工程經驗通常要預留一定的冗余）
標準機型≤20 dB（全光程< 60km）；
增強機型≤25 dB（全光程< 80km）；


二、光纖傳感監控系統技術指標

響應時間： 瞬間
頻率響應： 1Hz — 100KHz；
報警概率： 90%；
虛警概率： 5%；
監控距離： 30 — 60Km/套；
定位精度： ±100米左右（取決于實際工作環境）；
工作狀態： 全實時7×24小時監控；
工作溫度： 20℃±5℃（主控機），
- 30℃ — +60℃（傳感器）；
傳感器類型：無源、連續、無輻射、抗干擾；
濾波器帶寬：用戶可調；
檢測門限： 用戶可調，電平，幅度，頻率，持續時間；
報警門限： 用戶可調，幅度，頻率，持續時間；
報警靈敏度：用戶可自行設定；
光纖折斷報警；
預警功能；


三、光纖傳感技術在安防領域的應用
澳大利亞未來光纖科技有限公司(以下簡稱FFT)成立于1994年，公司總部設在墨爾本。經過多年的探索和研究，FFT公司的光纖傳感技術在設計和開發上處于世界領先地位，特別是在安全保障方面，該項技術已在國際上獲得了多項專利，并獲得ISO9001和IQNET組織的認證。
到2004年底，已經有超過100套系統安裝在世界各地，用戶遍及美國、英國、意大利、俄羅斯、日本、新加坡、泰國、印度尼西亞、澳大利亞等國家和地區，應用領域包括：政府機構、軍事基地、銀行、石油、安防行業等。

（一）在管道安全監控中的應用
長期以來，維護管道傳輸的完整性和安全性是管道傳輸業最為重要、也是最為棘手的事情。原有的探測、檢測技術均不十分可靠和有效，也無法確定故障出事地點，往往是泄漏物漏出地表，有明顯的跡象污染了環境后才被發覺。維修有時還需停止管道輸送，大面積挖掘地面以確定泄漏的位置和狀況。
目前傳統的管道探測器有兩種，一種是分離式，一個探測器只能測試一定區域內的情況，但管道傳輸往往數百公里，要想不留下探測的空白區，需花費大量的投資和維修費用；另一種不間斷的帶有傳感系統探測器，需在管道內壁安裝特殊的電纜，很難維護，而且上述探測器均不可避免環境的污染和電磁波的干擾。
澳大利亞未來光纖有限公司擁有獨家專利權，基于光纖傳感技術之上的光纖管道傳輸安全監測系統，利用通訊光纜作為探測工具，可實時的不間斷的監測傳輸管道，具有預警功能，可防止人為破壞，檢測穿孔泄漏、地層振動、移動及山體滑坡等現象，并能準確無誤的顯示遭受破壞或發生故障的地段，為及時制止破壞，及時組織檢修、搶修指示方位目標確保管道傳輸的安全提供了保障。
使用該系統可完全改變過去在管理方面的被動狀況，對掌握和控制管道運轉情況，及時判斷管道故障發生的時間、地點，有效減少因延誤對管道事故處理而造成的巨大費用開支有著重大意義。

1.系統主要特點：
1) 系統可長距離的進行全程檢測，每套系統可監測40公里距離。如監測距離更長可采用級聯的方式構成長距離監測系統，通過中央告警系統（CAMS）將分段監測信號傳送給中央控制室，進行集中統一管理。
2)系統能夠區分正常運行的數據和環境干擾數據，通過系統自學習模式，將環境干擾數據記錄下來，通過與第三方破壞數據的比較、分析、處理，防止誤報的發生，實現系統的智能報警功能。
3)系統不受管道所處環境的影響，不管是鋪設在喧鬧的城市或工業區地下，還是靜謐的荒野地下，也不受電磁波等外界干擾，同時還可監測管道附近工程施工、挖掘等現象，提前防止破壞事件發生。
4)系統安裝簡便，并可與其它安防技術設備如視頻傳播系統、聲音報警器等配置兼容，提供圖形化的操作界面，具有完善的數據查詢、數據統計功能。
5）系統真正地做到全天候24小時實時地進行自動監測，切實做到監測、管理無人化、實時化、自動化。
6）優越的性能：系統有機地將故障定位功能和地理信息管理結合，能夠十分迅速、準確地對事故地點進行定位，系統的頻率響應從1Hz到100KHz，定位精度為±100米左右，報警率為90％，虛警率為5％。

2. 系統檢測功能
1）用手工工具挖掘；
2）用重型機械挖掘(輪式及履帶式電鏟)；
3）管線上車輛、機車的運動；
4）農機耕作；
5）管線泄露；
6) 洪水及地震等地質災害；
7）爆破（地表及地淺層）；
8）硬物撞擊 (管線表面)；


(二)在電子圍欄中的應用

光纜作為傳感器時能夠安裝在圍墻、屋頂、空調管道或埋在巖層中或草地下，用于保護政府機構、軍事基地、化學實驗室、發電廠、泵站、大使館、飛機場、工廠、倉庫、通信設施、港口甚至是邊境線。

FOSTTM圍墻安全保障系統是檢測現場破壞或入侵的全自動光纖安全監控系統。
系統采用獨立但同步的分析技術來進行檢測，因而使誤警的可能性降至最低。采用這種方法，檢測和顯示時能夠區分緊急和非緊急警報。不僅如此，系統控制軟件能夠根據操作環境來調節系統，區分無威脅的干擾，如過往車輛的振動，與真正的故意干擾，報警概率90％，虛警概率5％左右。

系統的重要優點之一是除了光纜之外不需要任何其它硬件就能夠保證在幾十公里以上的距離內進行檢測的一致性，基本作到零維護；同時，系統還可以根據用戶的實際情況修改系統配置參數，達到最佳的監控效果。


（三）在主干光纜安全監控中的應用

世界各地已經敷設了數百萬公里的光纖，監控光纖線路受損情況和完整性，預測故障發生是保障光纖通信系統的可靠性迫切需要解決的問題。當前大多數光纜受損或完整性監控技術是基于OTDR測量方法，只能測量靜態和變動非常緩慢的參數變化（即突然彎曲、光纖破裂、光纖衰減、連接器損失等等）。然而，能得到實時、半靜態和動態的光纖干擾信息，這將是一個技術上的突破，這樣就能夠實現光纖通信和傳感應用同步實時進行，例如地面監控、結構的整體監控、機械環境監控和入侵檢測。與此同時，它也將改變現有光纖鏈路維護體系。

FFT開發的專利光纖技術能夠同時將通信光纜用于干擾報警器、入侵報警和電纜的完整性測試，這樣就能提供對光纜和光纜附近的任何結構（即地面、隧道、管道、建筑物、設備、容器等）的持續和實時監控。
FOSLTM系統是FFT的FopticTM振動傳感器的一項應用，監控由環境變化導致的光特性的改變。例如，如果有人移動了光纜，系統就能檢測到并發出警報。該系統是真正的分布式傳感安全保障系統，卓越之處在于能與現有的通信光纜集成，而不要求鋪設新的電纜。
系統提供全自動、實時分布式監控，具有雙重警報機制 – 基于時間和基于頻率的警報，可調節的靈敏度和事件分析，SMTP和UDP連通性（也能提供SNMP和FieldBus接口），信息發送和報警和音頻警報，被廣泛應用于軍事通信、銀行、政府等領域。


四．中央報警監控系統軟件（CAMS）
通過配置該軟件系統，可以實現多系統管理，還可實現遠程監控，可完成的任務包括：
* 顯示并定位FFT系統產生的警報；
* 判定哪個系統、哪個觀察區/位置觸發警報；
* 將警報分配到數據庫中特定的FFT單元；
* 在屏幕上的現場示意圖上顯示警報燈，顯示警報位置；
* 激活一個包含系統、警報和位置數據的消息窗口；
* 通過以太網向客戶的安全保障監控系統發送一個信號；
* 所有FFT控制器都有以太網接口；
* 使用5類線和集線器將所有的控制器與CAMS控制器互聯；
* 每個單元有一個TCP/IP地址；


Website: www.fft.com.au