光纤传感监控系统在安防领域的应用

        光纤传感技术是现代通信技术的产物，是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。分布式光纤传感器又是光纤传感技术中十分引人注目的新器件，它不仅具有一般光纤传感器的优点：无辐射干扰性、抗电磁干扰性好等，而且充分利用了光纤一维空间连续分布的特点，可以在沿光纤路径上同时得到被测量场在时间和空间上的分布信息，显示出十分独特的应用前景。总部设在澳大利亚墨尔本的FFT公司成功研制了基于分布式光纤传感器技术的安防监控系统，适用于通信光缆监控、输油/气管道监控和长距离周界报警监控等。FFT公司成立于1994年，其开发的此项技术目前处于世界领先地位，获得了国际专利，已经在世界各地得到广泛应用，应用领域含盖政府机构、军队、机场、港口、核电站、边境线、银行和石油/天然气公司等。

        （一）工作原理

        光纤传感技术是国际上近些年发展成熟的一项尖端技术，其工作特点是光纤本身作为传感器，当光纤受到外界干扰时，光纤中传输光的部分特性就会改变，通过检测光的特性变化，监控这些事件和状态。这些事件包括：张力、位移、震动、冲击、声波、温度等，经控制器的特殊算法和分析处理，确定事件真伪，区分非法入侵行为与环境干扰。传感器应用光干涉检测技术。激光器向光纤发射激光，激光传到光纤的末端后由一个终端单元反射回来；若光纤没有受到外界的扰动，光纤中的光特性不发生改变，则光检测器无输出，不产生报警信号；如果光纤受到外界扰动，则光纤中的光特性发生变化，变化量则取决于光纤受外界扰动的强度，其振幅和频率同样可以被检测到，借助软件工具就可将这些变化转变成可识别的
各种信号，进而触发报警。

        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，则光的波形改变，并产生干涉图像，通过软件可以分辩出事件的真实情况。光纤传感器的频率响应范围从1 Hz至20K Hz。这项技术可以用来检测动态应变，响应时间在毫秒级，可获得非常高的灵敏度。微应变传感器与定位技术结合，可实现远距离安全保障系统的定位报警功能。定位器技术是FFT公司的一项专有技术，其定位精度一般在50米左右。

        （二）在安防领域应用

        * Secure Fence 周界监控报警__ 机场、边境、基地、港口、核电站；；
        * Secure Link 光缆安全监控__ 政府、银行、情报机构；
        * Secure Pipe 管道安全监控__ 石油/天然气管线、炼油厂、电力线；

        （三）光纤传感监控系统技术指标

响应时间： 瞬间（动态应变监测）
频率响应：1Hz —40KHz；
报警概率：>90%；
虚警概率：<5%；
监控距离：40 km/套；
定位精度：50米左右；
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、分布式、无辐射、抗干扰；
报警灵敏度：可自行设定，包括：电平，频率等；
抗风能力：70km/h；
光纤折断报警；

        （四）系统特点

1. 分布式动态应变监测
1) 分布传感，技术先进__ 在整个连续光纤的长度上，任意一点都是“传感器”。
2) 实时监控，定位准确__ 在线实时监测，响应迅速，克服漏测和难以定位的弊端。
3) 结构简单，可靠性高__ 传感光纤既传输光，又传感，故障少，可维护性好，可靠性高。
4) 配置灵活，使用方便__ 系统配置和参数可按用户具体需求调整，方便灵活，运行成本低。
5) 性能价格比高。测点分布于整个光纤，系统成本远远低于采用传统点式监测系统的价格。
2. 独特的信号检测及定位方法
采用独特的算法以及多参数分析法，对反馈信号进行分析，从纷杂的背景噪声中提取有用信息，确保高检测率，并排除自然界的各种干扰，有效降低误报率，实现精确定位。采用分布式光纤传感器以及独特的算法，使传感器对震动、移动和应力变化十分敏感，可实时监测动态应力变化，及早发现管线周围的异常情况和潜在的非法事件，具有预警功能。

        3. 三级保障体系

根据国内的实际情况和需求，参照国内外安防行业经验，建立起三级保障体系，为用户提供全方位的技术支持和及时有效的服务。
第一级：由用户操作人员完成，主要任务是观测系统工作环境，随时观察设备运行状况，记录系统工作状态，遇到异常情况及时向技术人员报告。
第二级：由用户技术人员完成，主要任务是处理系统日常工作中出现的一般性问题，遇到故障及时与集成商联系。
第三级：由系统集成商工程师完成，主要任务是与代理商保持联系，得到更多的技术支持；
到用户现场处理系统疑难问题，排除系统故障。

（六）FFT部分业绩（总计超过100个）

* 27个军事基地/机场周界报警系统，地点：美国、亚洲及澳大利亚；

* 5个管线安全监控系统，地点：亚洲、中欧、澳大利亚；

* 24个政府机构周界报警系统，地点：美国、欧洲、澳大利亚；

* 6个政府、银行网络安全系统，地点：澳大利亚、日本、美国；

* 3个大型炼油厂周界报警系统，地点：欧洲、美国；

* 20个其它大型机构安防系统；

 

 

        （七）国内外成功案例
 

        * 美国某空军军事基地
 

        FFT在美国空军事基地建有周界报警系统。该基地周界由网孔型围栏和铁栅栏组成，其上部还装有蛇腹式铁丝网。该系统安装在这些围栏和铁丝网上，同时安装地埋式光纤报警系统。该系统已运行一年，通过了用户的验收，其定位精度达到50m，并集成了高性能的CCTV系统。当系统检测到非法入侵时可以自动激活相应的CCTV系统。该基地的周界长度为23km。

 

        * 新加坡军用机场（Singapore Airfields (x6), Singapore）
 

        FFT在新加坡安装有六套机场周界报警系统，这些机场周界由网孔型围栏和铁栅栏组成，其上部还装有蛇腹式铁丝网。系统安装在这些围栏和铁丝网上。所有系统已安全运行2 - 3年，全部通过了用户的验收。同时，所有系统的定位精度达到25m左右，并集成了高性能的CCTV系统，其中包括IR 夜视摄像机。系统检测到非法入侵时，自动激活相应的CCTV系统，使摄像机对准预置的50米监控区。这些机场的周界长度从10km至34km不等。

 

 

        * 意大利Snam 天然气公司管道监控工程

        SNAM天然气公司采购了FFT管道安全监控系统，并安装在意大利一条天然气主干线上。监控系统保护的管线长度超过30km，用以防止非法入侵和第三方破坏。自2003年管道安全监控系统安装并运转至今，系统的各项指标表现良好，满足了用户的各项要求。