光纤传感技术在安防监控领域的应用

一．光纤传感工作原理及核心技术

（一）、工作原理
光纤不仅可以用于信号传输，还可以作为安全防范应用中的传感器。当光纤传感器受到外界干扰影响时，光纤中传输光的部分特性就会改变，通过配置特殊的感测设备，经过信号采集与分析，就能检测光的特性变化。通过检测光的特性变化，使得许多事件和状态的测量得以监控。通过报警控制器的特殊算法和分析处理，区分第三方入侵行为与正常干扰，实现报警及定位功能。

（二）、核心技术
1、微应变/定位传感器
微应变传感器基于“干涉检测”原理。为了检测微应变，通常采用两芯单模光纤来实现。这两根光纤组成了“干涉传感器”的一个臂，用相干激光器向其发射一束激光，若光纤没有受到外界的扰动，则光检测器将不对反射波产生报警信号；如果光纤受到外界侵扰，如：运动、声波和触动，则光的波形改变，并产生干涉图像，光检测器可检测到这一波形变化，而且通过软件可以分辩出事件的真实情况。
定位器技术可以与微应变传感器结合。一个典型的系统通常需要三芯光纤，两芯用于微应变传感器，一芯用于定位，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能。激光器向光纤发射激光，激光分别通过“干涉传感器”的一个臂和装有终端单元。该系统根据使用环境的不同，系统的定位精度一般在±100米左右。

2、光纤链路损耗要求
FFT设计的微应变/定位传感器系统，通常采用波长为1550nm的激光，光纤链路的损耗的计量单位是dB。
1） 光缆规格
单模通信级传感光缆，一般要求四芯（其中一芯冗余备用），工作于1550nm窗口；
衰减值：0.21dB/km (典型值)，最大值
工作温度：- 30℃至+60℃，使用寿命>15年；

2） 熔接损耗
光 缆__典型值0.06dB/p，最大损耗
传感器__插入损耗1.8 dB/p；

3） 系统光功率分配
要求总衰减值：（根据工程经验通常要预留一定的冗余）
标准机型≤20 dB（全光程< 60km）；
增强机型≤25 dB（全光程< 80km）；


二、光纤传感监控系统技术指标

响应时间： 瞬间
频率响应： 1Hz — 100KHz；
报警概率： 90%；
虚警概率： 5%；
监控距离： 30 — 60Km/套；
定位精度： ±100米左右（取决于实际工作环境）；
工作状态： 全实时7×24小时监控；
工作温度： 20℃±5℃（主控机），
- 30℃ — +60℃（传感器）；
传感器类型：无源、连续、无辐射、抗干扰；
滤波器带宽：用户可调；
检测门限： 用户可调，电平，幅度，频率，持续时间；
报警门限： 用户可调，幅度，频率，持续时间；
报警灵敏度：用户可自行设定；
光纤折断报警；
预警功能；


三、光纤传感技术在安防领域的应用
澳大利亚未来光纤科技有限公司(以下简称FFT)成立于1994年，公司总部设在墨尔本。经过多年的探索和研究，FFT公司的光纤传感技术在设计和开发上处于世界领先地位，特别是在安全保障方面，该项技术已在国际上获得了多项专利，并获得ISO9001和IQNET组织的认证。
到2004年底，已经有超过100套系统安装在世界各地，用户遍及美国、英国、意大利、俄罗斯、日本、新加坡、泰国、印度尼西亚、澳大利亚等国家和地区，应用领域包括：政府机构、军事基地、银行、石油、安防行业等。

（一）在管道安全监控中的应用
长期以来，维护管道传输的完整性和安全性是管道传输业最为重要、也是最为棘手的事情。原有的探测、检测技术均不十分可靠和有效，也无法确定故障出事地点，往往是泄漏物漏出地表，有明显的迹象污染了环境后才被发觉。维修有时还需停止管道输送，大面积挖掘地面以确定泄漏的位置和状况。
目前传统的管道探测器有两种，一种是分离式，一个探测器只能测试一定区域内的情况，但管道传输往往数百公里，要想不留下探测的空白区，需花费大量的投资和维修费用；另一种不间断的带有传感系统探测器，需在管道内壁安装特殊的电缆，很难维护，而且上述探测器均不可避免环境的污染和电磁波的干扰。
澳大利亚未来光纤有限公司拥有独家专利权，基于光纤传感技术之上的光纤管道传输安全监测系统，利用通讯光缆作为探测工具，可实时的不间断的监测传输管道，具有预警功能，可防止人为破坏，检测穿孔泄漏、地层振动、移动及山体滑坡等现象，并能准确无误的显示遭受破坏或发生故障的地段，为及时制止破坏，及时组织检修、抢修指示方位目标确保管道传输的安全提供了保障。
使用该系统可完全改变过去在管理方面的被动状况，对掌握和控制管道运转情况，及时判断管道故障发生的时间、地点，有效减少因延误对管道事故处理而造成的巨大费用开支有着重大意义。

1.系统主要特点：
1) 系统可长距离的进行全程检测，每套系统可监测40公里距离。如监测距离更长可采用级联的方式构成长距离监测系统，通过中央告警系统（CAMS）将分段监测信号传送给中央控制室，进行集中统一管理。
2)系统能够区分正常运行的数据和环境干扰数据，通过系统自学习模式，将环境干扰数据记录下来，通过与第三方破坏数据的比较、分析、处理，防止误报的发生，实现系统的智能报警功能。
3)系统不受管道所处环境的影响，不管是铺设在喧闹的城市或工业区地下，还是静谧的荒野地下，也不受电磁波等外界干扰，同时还可监测管道附近工程施工、挖掘等现象，提前防止破坏事件发生。
4)系统安装简便，并可与其它安防技术设备如视频传播系统、声音报警器等配置兼容，提供图形化的操作界面，具有完善的数据查询、数据统计功能。
5）系统真正地做到全天候24小时实时地进行自动监测，切实做到监测、管理无人化、实时化、自动化。
6）优越的性能：系统有机地将故障定位功能和地理信息管理结合，能够十分迅速、准确地对事故地点进行定位，系统的频率响应从1Hz到100KHz，定位精度为±100米左右，报警率为90％，虚警率为5％。

2. 系统检测功能
1）用手工工具挖掘；
2）用重型机械挖掘(轮式及履带式电铲)；
3）管线上车辆、机车的运动；
4）农机耕作；
5）管线泄露；
6) 洪水及地震等地质灾害；
7）爆破（地表及地浅层）；
8）硬物撞击 (管线表面)；


(二)在电子围栏中的应用

光缆作为传感器时能够安装在围墙、屋顶、空调管道或埋在岩层中或草地下，用于保护政府机构、军事基地、化学实验室、发电厂、泵站、大使馆、飞机场、工厂、仓库、通信设施、港口甚至是边境线。

FOSTTM围墙安全保障系统是检测现场破坏或入侵的全自动光纤安全监控系统。
系统采用独立但同步的分析技术来进行检测，因而使误警的可能性降至最低。采用这种方法，检测和显示时能够区分紧急和非紧急警报。不仅如此，系统控制软件能够根据操作环境来调节系统，区分无威胁的干扰，如过往车辆的振动，与真正的故意干扰，报警概率90％，虚警概率5％左右。

系统的重要优点之一是除了光缆之外不需要任何其它硬件就能够保证在几十公里以上的距离内进行检测的一致性，基本作到零维护；同时，系统还可以根据用户的实际情况修改系统配置参数，达到最佳的监控效果。


（三）在主干光缆安全监控中的应用

世界各地已经敷设了数百万公里的光纤，监控光纤线路受损情况和完整性，预测故障发生是保障光纤通信系统的可靠性迫切需要解决的问题。当前大多数光缆受损或完整性监控技术是基于OTDR测量方法，只能测量静态和变动非常缓慢的参数变化（即突然弯曲、光纤破裂、光纤衰减、连接器损失等等）。然而，能得到实时、半静态和动态的光纤干扰信息，这将是一个技术上的突破，这样就能够实现光纤通信和传感应用同步实时进行，例如地面监控、结构的整体监控、机械环境监控和入侵检测。与此同时，它也将改变现有光纤链路维护体系。

FFT开发的专利光纤技术能够同时将通信光缆用于干扰报警器、入侵报警和电缆的完整性测试，这样就能提供对光缆和光缆附近的任何结构（即地面、隧道、管道、建筑物、设备、容器等）的持续和实时监控。
FOSLTM系统是FFT的FopticTM振动传感器的一项应用，监控由环境变化导致的光特性的改变。例如，如果有人移动了光缆，系统就能检测到并发出警报。该系统是真正的分布式传感安全保障系统，卓越之处在于能与现有的通信光缆集成，而不要求铺设新的电缆。
系统提供全自动、实时分布式监控，具有双重警报机制 – 基于时间和基于频率的警报，可调节的灵敏度和事件分析，SMTP和UDP连通性（也能提供SNMP和FieldBus接口），信息发送和报警和音频警报，被广泛应用于军事通信、银行、政府等领域。


四．中央报警监控系统软件（CAMS）
通过配置该软件系统，可以实现多系统管理，还可实现远程监控，可完成的任务包括：
* 显示并定位FFT系统产生的警报；
* 判定哪个系统、哪个观察区/位置触发警报；
* 将警报分配到数据库中特定的FFT单元；
* 在屏幕上的现场示意图上显示警报灯，显示警报位置；
* 激活一个包含系统、警报和位置数据的消息窗口；
* 通过以太网向客户的安全保障监控系统发送一个信号；
* 所有FFT控制器都有以太网接口；
* 使用5类线和集线器将所有的控制器与CAMS控制器互联；
* 每个单元有一个TCP/IP地址；