光纖傳感監控系統在安防領域的應用

        光纖傳感技術是現代通信技術的產物，是隨著光纖及通信技術的發展而逐步發展起來的一門嶄新技術。分布式光纖傳感器又是光纖傳感技術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點：無輻射干擾性、抗電磁干擾性好等，而且充分利用了光纖一維空間連續分布的特點，可以在沿光纖路徑上同時得到被測量場在時間和空間上的分布信息，顯示出十分獨特的應用前景?？偛吭O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的安防監控系統，適用于通信光纜監控、輸油/氣管道監控和長距離周界報警監控等。FFT公司成立于1994年，其開發的此項技術目前處于世界領先地位，獲得了國際專利，已經在世界各地得到廣泛應用，應用領域含蓋政府機構、軍隊、機場、港口、核電站、邊境線、銀行和石油/天然氣公司等。

        （一）工作原理

        光纖傳感技術是國際上近些年發展成熟的一項尖端技術，其工作特點是光纖本身作為傳感器，當光纖受到外界干擾時，光纖中傳輸光的部分特性就會改變，通過檢測光的特性變化，監控這些事件和狀態。這些事件包括：張力、位移、震動、沖擊、聲波、溫度等，經控制器的特殊算法和分析處理，確定事件真偽，區分非法入侵行為與環境干擾。傳感器應用光干涉檢測技術。激光器向光纖發射激光，激光傳到光纖的末端后由一個終端單元反射回來；若光纖沒有受到外界的擾動，光纖中的光特性不發生改變，則光檢測器無輸出，不產生報警信號；如果光纖受到外界擾動，則光纖中的光特性發生變化，變化量則取決于光纖受外界擾動的強度，其振幅和頻率同樣可以被檢測到，借助軟件工具就可將這些變化轉變成可識別的
各種信號，進而觸發報警。

        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，則光的波形改變，并產生干涉圖像，通過軟件可以分辯出事件的真實情況。光纖傳感器的頻率響應范圍從1 Hz至20K Hz。這項技術可以用來檢測動態應變，響應時間在毫秒級，可獲得非常高的靈敏度。微應變傳感器與定位技術結合，可實現遠距離安全保障系統的定位報警功能。定位器技術是FFT公司的一項專有技術，其定位精度一般在50米左右。

        （二）在安防領域應用

        * Secure Fence 周界監控報警__ 機場、邊境、基地、港口、核電站；；
        * Secure Link 光纜安全監控__ 政府、銀行、情報機構；
        * Secure Pipe 管道安全監控__ 石油/天然氣管線、煉油廠、電力線；

        （三）光纖傳感監控系統技術指標

響應時間： 瞬間（動態應變監測）
頻率響應：1Hz —40KHz；
報警概率：>90%；
虛警概率：<5%；
監控距離：40 km/套；
定位精度：50米左右；
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、分布式、無輻射、抗干擾；
報警靈敏度：可自行設定，包括：電平，頻率等；
抗風能力：70km/h；
光纖折斷報警；

        （四）系統特點

1. 分布式動態應變監測
1) 分布傳感，技術先進__ 在整個連續光纖的長度上，任意一點都是“傳感器”。
2) 實時監控，定位準確__ 在線實時監測，響應迅速，克服漏測和難以定位的弊端。
3) 結構簡單，可靠性高__ 傳感光纖既傳輸光，又傳感，故障少，可維護性好，可靠性高。
4) 配置靈活，使用方便__ 系統配置和參數可按用戶具體需求調整，方便靈活，運行成本低。
5) 性能價格比高。測點分布于整個光纖，系統成本遠遠低于采用傳統點式監測系統的價格。
2. 獨特的信號檢測及定位方法
采用獨特的算法以及多參數分析法，對反饋信號進行分析，從紛雜的背景噪聲中提取有用信息，確保高檢測率，并排除自然界的各種干擾，有效降低誤報率，實現精確定位。采用分布式光纖傳感器以及獨特的算法，使傳感器對震動、移動和應力變化十分敏感，可實時監測動態應力變化，及早發現管線周圍的異常情況和潛在的非法事件，具有預警功能。

        3. 三級保障體系

根據國內的實際情況和需求，參照國內外安防行業經驗，建立起三級保障體系，為用戶提供全方位的技術支持和及時有效的服務。
第一級：由用戶操作人員完成，主要任務是觀測系統工作環境，隨時觀察設備運行狀況，記錄系統工作狀態，遇到異常情況及時向技術人員報告。
第二級：由用戶技術人員完成，主要任務是處理系統日常工作中出現的一般性問題，遇到故障及時與集成商聯系。
第三級：由系統集成商工程師完成，主要任務是與代理商保持聯系，得到更多的技術支持；
到用戶現場處理系統疑難問題，排除系統故障。

（六）FFT部分業績（總計超過100個）

* 27個軍事基地/機場周界報警系統，地點：美國、亞洲及澳大利亞；

* 5個管線安全監控系統，地點：亞洲、中歐、澳大利亞；

* 24個政府機構周界報警系統，地點：美國、歐洲、澳大利亞；

* 6個政府、銀行網絡安全系統，地點：澳大利亞、日本、美國；

* 3個大型煉油廠周界報警系統，地點：歐洲、美國；

* 20個其它大型機構安防系統；

 

 

        （七）國內外成功案例
 

        * 美國某空軍軍事基地
 

        FFT在美國空軍事基地建有周界報警系統。該基地周界由網孔型圍欄和鐵柵欄組成，其上部還裝有蛇腹式鐵絲網。該系統安裝在這些圍欄和鐵絲網上，同時安裝地埋式光纖報警系統。該系統已運行一年，通過了用戶的驗收，其定位精度達到50m，并集成了高性能的CCTV系統。當系統檢測到非法入侵時可以自動激活相應的CCTV系統。該基地的周界長度為23km。

 

        * 新加坡軍用機場（Singapore Airfields (x6), Singapore）
 

        FFT在新加坡安裝有六套機場周界報警系統，這些機場周界由網孔型圍欄和鐵柵欄組成，其上部還裝有蛇腹式鐵絲網。系統安裝在這些圍欄和鐵絲網上。所有系統已安全運行2 - 3年，全部通過了用戶的驗收。同時，所有系統的定位精度達到25m左右，并集成了高性能的CCTV系統，其中包括IR 夜視攝像機。系統檢測到非法入侵時，自動激活相應的CCTV系統，使攝像機對準預置的50米監控區。這些機場的周界長度從10km至34km不等。

 

 

        * 意大利Snam 天然氣公司管道監控工程

        SNAM天然氣公司采購了FFT管道安全監控系統，并安裝在意大利一條天然氣主干線上。監控系統保護的管線長度超過30km，用以防止非法入侵和第三方破壞。自2003年管道安全監控系統安裝并運轉至今，系統的各項指標表現良好，滿足了用戶的各項要求。