光纤分布式振动检测系统

  背景介绍

  随着经济社会的高速发展，安防问题日显突出，人们对安防的要求也越来越高。尤其对于重点保护设施、重要科研单位、边境线、输油气及供水管道等的安全防范显得尤为重要，一旦发生入侵或者破坏行为将给企业、社会甚至国家带来重大损失。基于φ-OTDR原理的分布式光纤振动传感技术以其分布式、长距离、可定位的独特优势，加上光纤传感技术自身的抗电磁干扰、功耗小、布设灵活、成本较低等优势，特别适用于重点区域周界安防、油气管道防盗挖监测、通信链路安全预警等应用领域。

  基于上述需求和优势，长飞公司开发出光纤分布式振动传感系统（DVS），并在上述领域得到广泛应用。

  DVS概述

  一般而言，光在光纤中传输时会产生三种散射：瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。其中瑞利散射是一种弹性散射，其散射光频率与入射光频率一致，是由于光纤在制备过程中都会存在的微观折射率不均匀造成的；布里渊散射和拉曼散射都是非弹性散射，散射光频率相对于入射光会产生一定偏移，布里渊散射是由电致伸缩引起的光子和声学声子藕合而产生，拉曼散射是光子与由介质分子振动产生的光学声子相互作用而产生。三种散射光强度的大小依次为瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。

  而基于φ-OTDR原理的分布式光纤振动传感技术就是利用后向瑞利散射光进行振动探测，利用光时域反射技术来进行振动事件定位，其基本原理为：窄线宽光源发射连续光，经过声光调制器调制成脉冲光，脉冲光经过光纤放大模块进行放大后进入传感探测光缆中，返回的瑞利散射信号光经环形器进入光电探测模块，实现光信号到电信号的转换，再由数据采集单元和信号处理单元进行数据采集与处理，最终输出振动信号。

  长飞公司对光纤分布式振动传感系统的两大构成是振动探测光缆和信号处理主机进行了深入的研究，形成自身的独特优势。

  长飞DVS系统特性

  振动探测光缆

  长飞光纤光缆股份有限公司作为全球领先的预制棒、光纤和光缆制造商，在特种光纤及特种光纤在传感应用领域也深耕多年，并结合自身在特种光纤光缆及光纤传感领域的优势，研发了多款应用于DVS系统的特种光纤与光缆，包括：1）用于高灵敏度探测场景的瑞利散射增强型DAS光纤，可有效增强瑞利散射信号及光缆的振动探测灵敏度；2）应用于挂网场景的特种振动光缆，通过独特结构设计可有效降低因大风大雨等天气带来的误报，同时不影响入侵事件的振动探测；3）埋地用的振动光缆，具备更优秀的机械性能，保证光缆在埋地环境下能具备良好的光学性能和寿命；

  振动探测主机

  长飞光纤光缆股份有限公司基于φ-OTDR原理开发的分布式振动探测系统利用相干探测技术和偏振分集接收技术可实现全测量段高灵敏度高信噪比的振动探测，同时通过对信号处理技术的深入研究，实现低误报零漏报的报警处理。具体优势如下：

  1)事件提前预警

  独创模式识别算法，有效抑制环境干扰，提前准确预警；

  2)智能化报警显示

  导入定制电子地图，可精确对应地图标出报警点位置，方便及时处理；

  3)振动曲线显示

  系统可以实时显示整个光缆的振动信号分布曲线；

  4)分区事件报警

  软件层面配置报警分区，灵活多变；

  5)多维度报警设置

  灵活配置报警参数，可通过振动信号持续时间、振动信号分布范围、振动强度等多维度进行报警参数设置

  6)历史统计分析

  提供历史振动数据统计分析功能；

  典型应用

  在不断进行技术研发与突破创新的同时，长飞公司也在多个领域实现了DVS系统的示范性应用：

  1）长飞助力甘肃某水利管线建设智能化安防监控系统

  甘肃某水利管线属当地重点民生工程，用于解决当地农田浇灌、居民饮用等多种需求，管线线路全长94.42千米,总投资14.81亿元。其中管道智能化监控系统主要涉及70km供水管道安全监测，通过采用分布式光纤振动传感技术，对沿供水管道同沟并行敷设的光缆进行实时分区监测。同时在倒虹吸段，进行重点部位的管道变形和管道泄露监测。当通讯光缆被挖断或管道局部出现异常状况时，系统能及时捕获这些异常信号，并在地理信息系统（GIS）中定位和标示出事故点所在区间，便于管道维护人员及时检修与处理，避免重大事故的发生。

  2）长飞助力山西某机场建设智能化安防监控系统

  在机场信息化与智能化建设的大背景下，该机场推动智能化安防监控建设，摆脱人工巡检效率低、无法对所有位置实施24小时全天候监控的问题。机场周界长度约9公里，由于一侧靠近马路，无法提前对过往车辆进行入侵预警，时常出现围栏被撞坏的情况；另外几侧有农民田地，可能发生牛羊或人为入侵等情况，造成安全隐患。

  项目完成后，实现了在值班室即可完成对整个机场周界7×24小时全天候安防监控；智能入侵报警、自动断纤报警、声光报警等功能可保证值班人员无需时刻监视，只需要对报警信息进行及时处理即可，极大地提高机场安防的高效性和实时性，为机场安全保驾护航。

  同时在长期运行过程中也可对围网的状态进行反馈，根据振动信号的状态可判断出每个防区围网的牢固情况，及时处理松弛围网。

  另外，对于围网破坏事件也能进行提前预警和及时示警，方便进行及时处理，保证围网安全。