振动光纤泄漏电缆在周界入侵系统中的运用全解.docx

1、振动光纤泄漏电缆在周界入侵系统中的运用全解振动光纤、泄漏电缆在周界入侵系统中的运用随着社会的不断进步，经济的快速发展及生活质量的不断提高。人们的安全防范要求也在不断增高，因而周界入侵报警系统成为人们安全防范的首要防线。目前在周界防护监控报警应用系统中，主要采用的系统有振动光纤、泄漏电缆、脉冲电子围栏、刀片电子围、红外对射，激光对射、报警主机。针对传统的周界入侵报警产品如红外对射、激光对射、报警主机等安装复杂、设备隐蔽性差、误报率高等缺点。针对以上问题，利用现代的脉冲/刀片电子围栏、振动光纤、泄漏电缆优势，研发的周界入侵报警系统能满足现代社会各种场所。它具有室外无源、传感区域任意定址、可以野外敷

2、设、抗电磁干扰强、能抗雷击电闪等优点。在当代，基于光纤光栅传感技术的监测、测量已经应用于很多领域，如煤矿、油库、石油管道、桥梁等敏感设施。所以基于振动光纤的光纤光栅传感技术周界入侵报警系统的研发具有重要意义。通过分析比较，找出它们的优缺点后，研发了一种基于光纤光栅振动传感器的周界入侵报警系统。它有效弥补了以前防入侵报警系统的不足，能实施全天候报警，具有高抗扰性，能实现科学定址，并且室外无源，能满足现在周界入侵报警系统的要求。随着社会的不断进步、经济的发展和生活质量的提高，人们的安全防范需求也在不断增长，传统的周界防范手段，如：红外对射、激光对射等，已经不能保障人们生命财产的安全。因此，研究适应

3、时代的周界入侵报警技术具有重要意义。将传统的周界防范的物理管理办法上升到智能化，从而有效提高周界入侵的效率。目前，市面上主要有红外线对射器、激光对射、微波探测器、振动光纤、泄漏电缆、等多种周界防入侵设备。这些传感器主要缺点是受气候干扰大，误报、漏报率高等缺点。虽然光纤干涉型的出现克服了上述缺点，但由于其原理，不能对入侵报警的位置进行精确定位。而以光纤栅传感技术为基础的振动光纤、泄漏电缆、电子围栏的周界入侵报警系统不仅保留了光纤振动传感器的抗电磁干扰、传输速度快、距离远等优点，还克服了其它产品不能精确定位的缺点。具有灵敏度高，响应时间短、误报和漏报率低等优点。并且，光纤光栅传感技术能与现代通信设

4、备高度融合，易于构建大范围、长距离的网络型传感。以光纤光栅传感技术为基础的入侵报警系统能在探测率、误报率、漏报率三个界定周界入侵报警系统性能的主要指标上满足人们应用中的需求。目前基于光纤光栅振动振动光纤、泄漏电缆、刀片电子围栏的周界入侵报警系统已广泛应用于机场、油库、核电站、军事基地、监狱、住宅、银行、石油管道等地方。因此，基于光纤光栅传感技术的周界入侵报警系统的研究具有重要意义，具有广泛的应用前景。目前，国内外的周界入侵报警系统主要有如下几种脉冲/刀片电子围栏高压电子围栏作为周界入侵报警系统被大量使用在居民住宅小区中。电子围栏是一种实体防护设施，对入侵者有阻挡作用。其主要由脉冲主机和围栏两部

5、分组成，通常是通过脉冲主机通电后，发射端口向前端围栏分别发射高压低频正脉冲和高压负脉冲或者低压脉冲。在前端围栏上形成回路后，再把脉冲送回到主机接收端口，如果有人攀爬、扯断电子围栏，造成电子系统回路开路，或者在攀爬中造成电子围栏线路短路，主机将产生报警。电子围栏的特点是操作简单。但其不足之处是误报率太高，且易对人体的身体造成影响。泄漏电缆泄漏电缆入侵报警系统是的基本原理是将装有高强度的信号发生器和接收器的两根电缆平行埋入地下，两根平行电缆间形成电磁探测区，两根电缆之间的电磁能的电磁耦合对扰动非常敏感。泄漏电缆的设计关键是内导体、外导体、绝缘体和外护套的结构尺寸、材质、结构均匀性、空气介质比率、蔽

6、形式和光电覆盖率等。其主要电气特性是内、外导体直流电阻、分布电容、电感电阻比、传输衰减、耦合效率、表面转移阻抗及其特性因为实际应用的图片此设备对应用场合要求偏高。振动光纤振动光纤周界入侵报警系统研究现状振动光纤在周界入侵报警系统主要作用的以光纤为基础的光纤传感器。由于光纤是无源的，不需要供电，因为铺设方便、灵活、安全，并且可以做到高隐蔽性。易于融入周围环境；同时它还具有对外无信号辐射，防电磁干扰和射频干扰；和耐腐蚀，抗外界环境和温度的变化能力比较强。可在室外各种恶劣的自然环境中正常地进行二十四小时的防范工作，使用寿命可以长达年以上；除此外最重要的是可以利用光纤的分布式传感原理，增大周界入侵报警

7、系统的信息采集量。这些特点使得周界安防工作得以进入一些以前不曾进入的领域，如长距离、大范围，水中、地下布防等；从而使光纤传感器为基础的周界入侵报警系统的作用范围大幅度的提高。光纤温度传感器抗电磁干扰能力强、室外无源且安全性高是光纤类传感区别于电类传感器的本质特点。正因为光纤传感器具有这些特点，因此在利用光纤温度传感器时，可将其用在油库、石油管道、机场、核电站、高压电缆以及化学工业等易燃易爆的危险区域。在当今社会中，石油以及化学工业中使用光纤温度传感器非常普遍，包括储存易燃易爆化学品和石油的仓库以及石油的输送管道测度监测；使用光纤温度传感器监测电力系统领域主要包括：检测高压电缆表面的温度、各种电

8、力工程管道、火力发电厂的加热发电系统、发热量较大的变压设备和发电设备振动光纤以光纤传感技术为基础的光纤应变传感器的因为有质量轻、体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、并且能实时监测等优点，因而应用领域亦非常广泛。主要包括桥梁、隧道、煤矿、大坝以及高层办公建筑和精细结构中，对它们进行长期的应力监测，随着经济的发展，光纤应变传感器的市场前景越来越好，有着巨大的发展潜力。在人防工程（大坝）、国防工程、基础设施（大型体育场）、民用结构（大型民用住宅）等建筑在长期的使用中，总会碰到诸如材料的老化、外部环境的不断侵蚀等问题。使这些建筑成为人们生活中灾难性事故的重大隐患，因而不管是对它们进行短期的测试监测，还是进行

9、长期的健康监测，都非常重要。而振动光纤的灵敏度高、能实时监测的特点使它在这些领域起着非常重要的作用。振动光纤如今在我们生活的地方，如国境线、工业管道沿线、重要场所、住宅小区以及桥梁，都可以感受到光纤振动传感器给我们带来的。灵敏度高、抗干扰能力强、隐蔽性强、实时监测、可以精确定位等优点，让振动光纤在周界入侵报警这个监控领域，具有其它传感器无可比拟的优势。如管线安全，可以发现管线设施的潜在隐患，并且能精确定位，使工作人员能提前对管道进行相应维护；再如周界防范，可用于家庭、学校、住宅、重要机关、金融重地等场所，即时发现外界入侵；并且，光纤振动传感器可以应用到在地震和海啸检测方面。（）振动光纤类型在当

10、今社会中，光纤传感器应用领域非常广泛，因而类型也非常多。根据测量范围的不同，可将其分为点式光纤传感器、准分布式光纤传感器及全分布式光纤传器；而根据所要测量物理量的不同，又可以将光纤传感器分为光强度调制光纤传感器、光频率调制光纤传感器、光相位调制光纤传感器以及光偏振调制光纤传感器等四类型；但根据其工作原理的不同来区分，则可以将光纤传感器分为以下三种类型：1）基于干涉原理的光纤传感器通常状况下，点式传感器多采用光纤的干涉传感原理，这是因为的信号的长距离传送过程中，对光源的色散要求非常高。但随着科技的发展，激光器的输出高度可以达到级别，因而可以有效解决光纤干涉传感技术的长距离传输问题。并且，当我们在

11、应用干涉型光纤传感器中使用赛格纳克结构的时候，因赛格纳克结构中的光路采用的是对称性结构，因而大大降低了对光源的要求，所以对长距离的干涉传感技术的研究具有重大的深远的意义。基于干涉传感原理的光纤由于在光纤传感过程中，光纤上的每一点且在测量正向光信号的变化过程中，信哭界入侵报警系统的传感器来使用时，可以在传感监测距离上也更具有优势。基于干涉原理的光纤传感器采用的调制方法是相位调制型，虽然具有一定的优势，但是在光信号的长距离传输过程中，正向传输的光信号和干涉仪沿线的相位累积使得报警处的精确定位成为了其发展障碍。根据报道的资料，国外的学者通过将光路进行重新设计，依靠使用长程迈尔逊、马赫增德尔和赛格纳克

12、等干涉结构，进行重新混合设计，使其共享光纤线路，依靠延时技术，形成光程差效果，再将检测到的结果进行分析，来确定测量的物理量，得到我们所要的数据，）基于后向散射技术的光纤传感基于后向散射技术的光时域反射光纤传感器已经很成熟，并且已有大量实用案例。其基本工作原理如下：光进入光纤后产生后向散射光，其中包括与泵浦激光相同波长的弹性散射光一瑞利散射光，以及与泵浦激光波长不同的非弹性散射光一喇曼散射光和布里渊（）散射光。这些散射光的物理特征量（光强、偏振态、频率等）将随着外界环境干扰而改变，再结合光时域反射技术由回波时间确定外界环境干扰发生的位置，由此获得待测参量的空间分布。 1)基于光纤布拉格光栅的光纤

13、传感器为波长调制的光纤传感器，其基本原理是：通过对光纤布拉格光栅反射波长变化量的检测来测量外界变化量，由于其检测对象为波长，因此测量结果不受传感系统中光功率变化的影响，适用于长期探测。型光纤传感器测量范围极为广泛，可以测量多达七十余种变化量，但目前主要使用在温度、应力以及振动等物理参量进行测量，是复合型传感器的最佳选择。并且，由于型传感器具备体积小、动态范围大、可靠性高等诸多优点，因而发展前景很好。目前基于的光纤传感器在实用时，主要采用复用方式，因为是一种准分布式传感器，通常采取分布式结构来扩大监测范围，来减少监控盲区。在复用模式下，所有传感单元共用有源设备，也在一定程度上降低了成本。以光纤光

14、栅为基础的周界入侵报警系统应用的是振动光纤。基本过程是：当有外界作用力（如：挤压、振动）作用在装有光纤振动传感器的电缆上时，光纤中的光强度将随外界扰动而变化。外界振动对光纤中的光通量的影响主要是微弯损耗，即由光纤的几何不均匀引起的，这种不均匀引起的损耗主要以散射模式和耦合模式出现。经解调仪对信号进行解调，进而对解调出来的数据进行分析，可以在上位机上显示出外界入侵的情况。光纤传感技术的光纤光栅周界入侵报警系统，其特点是抗电磁干扰、传输速度快、距离远、能精确定位，并且灵敏度高，响应时间短、误报和漏报率低。新一代周界入侵报警设备与各种传统界入侵报警设备相比，具有一系列的优势：（）结构非常简单，体积小

15、、重量轻、耗能少；（）适合各种场合，尤其适合于埋入地面和墙；（）灵敏度高，监测距离长，且可以精确定位；（）抗电磁干扰、抗外界环境和温度变化能力强，并且抗腐蚀，可在各种恶劣的自然环境中正常地进行二十四小时的报警防范工作；（）可复用性强；（）光纤价格已很低，用于长距离探测有一定的价格优势；（）安全性比较高；因光纤自身不带电，并且在使用过程中也是无源的，用于周界安防时，对人或动物没有危险；（）结构可以根据实际应用需要改变。光纤光栅遵循胡克定理，在光纤弹性范围内，光纤受到外力时发生弯曲，由于弹性效应，外力消失后，光纤能自动恢复原状；（）可靠性强，稳定性好；（）能进行波长编码，便是实现波分复用、时分复用或频分复用，形成大规模的实时监控与测量网络，使大型周界入侵报警系统的构建成为可能。用于周界探测的光纤系统属于分布式光纤传感系统，但它与传统的分布式光纤传感技术相比，主要有以下特点：（）监测距离长，可以达到几公里甚至几十公里；（）定位精度要求低，可以达到几十米；（）对事件判别迅速，并且对事情的性质有一定判别能力。以光纤光栅传感器为基础的周界入侵报警系统凭借这些优点，在矿井、石管道、油库、化工以及航天航空等各种领域中起着重要的作用。特别是近几年的光纤光栅调制解调技术的深入研究和不断成熟，已经加强了光纤光栅传感器在各个方面的应用，为物联网中的智能、实时监控开辟了一种新的领域。