振动光纤.doc

周界报警——振动光纤
伴随光纤通讯技术的成熟，光纤传感技术在近十几年得到突飞猛进的发展。

周界报警设备也出现了多中产品。

北京三安古德科技发展有限公司针对振动光纤的原理、特点优势等信息做详细阐述。

作为光纤传感器的一个重要组成部分，基于干涉技术的测量已经得到很大的关注，以光波波长为单位测量光程差，其测量精度之高是其他测量方法所无法比拟的。

环形干涉光纤传感器凭借其高灵敏度已经在光纤陀螺方面得到了成功的应用。

随着光通信技术在现代社会的高速的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，基于光的传感技术就是其中之一。

以光通信技术为基础的光纤传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。

光纤传感器是２０世纪７０年代中期发展起来的一种新型传感器，与以电为基础的传感器相比，它是用光而不是用电来作为敏感信息的载体；用光纤而不是利用导线来作为传递敏感信息的媒质。

光纤传感器是利用光在不同的物理状态下，在光纤中传播起的光的干涉、衍射、偏振、反射、等物理特征的变化，进行各种物理量的测量装置。

光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。

来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信息处理。

产品特点
●电绝缘。

由于光纤本身是电绝缘的，敏感元件也可用电绝缘材料制作，因此具有良好的电绝缘性能，特别适合于高压供电系统。

●抗电磁场干扰。

这是光纤测量及其光纤传感器的及其独特的性能特征，因此光纤传感器特别适用于高压大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中、能解决许多传统传感器无法解决的问题。

●非侵入性。

由于传感头可以做成电绝缘的，而且其体积可以做的很小（最小可以做成稍大于光纤的芯径），因此，它对电磁场是非入侵式的，对被测场不产生干扰。

这对于弱电磁场及小管道内流速、流量等的检测特别具有实用价值。

●高灵敏度。

高灵敏度是光学测量的优点之一。

利用光作为信息载体的光纤传感器的灵敏度很高，它是某些精密测量和控制的必不可少的工具。

●重量轻、体积小、外形可变。

重量轻、体积小是光纤本身固有的特性，而光纤柔软可绕的特性，则可用它构成外形各异尺寸不同的传感探头。

●动态范围大。

光纤传感器的载体是光，其频率高，传感器频带
范围很宽，动态范围很大。

●测量对象广泛。

可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、气体浓度等多种物理量和化学量。

●容易实现对被测信号的远程监控。

由于光纤的传输消耗很小
（目前石英玻璃系光纤的最小光损耗，可低达０．１６ｄＢ／ｋｍ），因此光纤传感器技术与武汉理工大学硕士学位论文遥测技术相结合，很容易实现对被测场的远程监控，这对于工业生产过程的自动控制及其对核辐射、易燃易爆气体和大气污染等进行检测尤为重要。

正是由于光纤传感器具有诸多优点，可以解决许多传统传感器无法解决的问题，所以被广泛用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑及航空航天等各个领域。

随着信息高速公路热潮的到来，光纤传感技术将走进千家万户，深入到民用和军事的各个方面，目前以研发测量位移、速度、加速度、压力、温度、流量、电场、磁场、气体浓度等各个物理量的数百种光纤传感器。

各类报警系统简介
随着计算机技术和传感技术的迅速发展和各种新技术的不断涌现，人们对银行、仓库、家庭、油库、核工业等重要部门的防入侵
报警系统提出了更高的要求。

目前市场上防盗防入侵系统种类繁多，按探测器的探测原理不同或应用的传感器不同来分，可以分为：雷达式微波探测器、微波墙式探测器、红外探测器、开关式探测器、超声波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、电场感应式探测器、电容变化探测器、视频探测器、光电探测器掣引。

面对如此众多的防盗报警系统，性价比的高低，环境适应力强弱等无疑将成为人们选择设备的首要条件。

红外智能报警系统目前应用最广泛、效果较好、性价比较高的一类防入侵报警系统。

振动光纤优势
光纤光栅传感器除具有一般光纤传感器的优点外。

还具有下列优点：(1)抗干扰能力更强，有很高的可靠性和稳定性FBG 传感器是以光的波长为最小计量单位的。

只需要探测到光纤中光栅波长的移动，而与光强无关，对光强的波动不敏感，因而比一般的光纤传感器具有更高的抗干扰能力。

FBG 传感器是用波长编码的传感器，光源强度的起伏、光纤微弯效
应引起的随机起伏、耦合损耗等都不可能影响传感信号的波长特性，因而该传感系统具有很高的可靠性和稳定性。

(2)测量灵敏度高、分辨率高、精度高，具有良好的重复性光纤布喇格光栅(FBG)传感器。

明显优于普通光纤传感器的地方是它的传感信号为波长调制，因而其测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和测量仪器老化等因素影响。

所以测量结果具有良好的重复性。

并且，由于它是以光的波长为最小计量单位的，而目前对FBG 波长移动的探测达到了pm 量级的高分辨率。

因而具有比传统光纤传感器的测量灵敏度高、精度高的特点。

(3)动态范围大、线性好，能自定标，可用于对外界参量的绝对测量光纤Bragg 光栅传感器。

由于拉、压应力都能对其产生Bragg 波长的变化，因此该传感器在结构检测中具有优异的变形匹配特性。

其动态范围大（达10000×10-6ε）和线性度好。

并且，光纤Bragg 光栅传感器避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固定参考点的需要。

在对光纤Bragg 光栅进行自标定后，能实现对外界参量变化的长期绝对测量。

(4)能在同一根光纤内集成多个传感器复用，便于构成各种形式的光纤传感网络光纤Bragg 光栅传感非常适于作成多路复用式和分
布式的光纤传感器，。

因为它有易于在同一根光纤内集成多个传感器复用的特点。

(5)便于远距离(达5km 以上)监测桥梁等建筑物，能预/报警而使系统实现智能化在光纤光栅应变测试系统中。

光纤光栅传感器获取的稳定、高精度的应变信号，通过光缆远程传输送入调制调解器，然后直接输入计算机信息处理系统。

这样，可利用桥梁等建筑物结构状况评估的专家系统，对桥梁等结构作出安全（正常）和不安全就预/报警的评价，而使系统实现智能化。

同时，还能将评估报告或桥梁等的健康状况信息通过互联网及时传输至桥梁等管理部门，从而可实现结构在线健康监测的信息化管理。

并且，桥梁等现场到解调仪之间仅需一根光缆连接，其距离可达5km 以上，能实现桥梁的分布测量和集中监测处理。

(6)结构简单、寿命长，便于维护保养、便于扩展与安装传感探头结构简单、尺寸小，因其外径和光纤本身等同，也便于扩展与安装，并适合各种应用场合。

并且，传感系统自身运行可靠、传感元件寿命长，其解调器及后续的处理设备可置于集中监控室。

避免了仪器在现场难于保护的缺点，便于保养和维修，从而提高了监测系统的可靠性和易维护性。

(7)光栅的写入工艺已较成熟，便于形成规模生产目前，光纤
Bragg 光栅通过紫外写入的方法已较成熟。

这种紫外写入使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久性变化。

从而较容易在纤芯内形成空间相位光栅，因而也便于形成规模生产。

(8)便于作成智能传感器，应用非常广泛光纤光栅传感器可拓展的应用领域有许多。

如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成智能材料，而便于作成智能传感器。

智能材料是指将敏感元件嵌入被测构件机体和材料中，从而在构件或材料常规工作的同时实现对其安全运转、故障等的实时监控。

其中，光纤和电导线与多种材料的有效结合是关键问题之一，尤其是实现与纺织材料的自动化编织。

系统的工作原理是，采集侵入扰动的波长调制数据后，经过传输光纤送入监控室后端波长移动解调装置解调，经信号处理系统分析处理和智能识别，。

判断出不同的外部干扰类型：如对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭
炮、汽车鸣响、雨声等能进行识别，做出无害判断；
还能识别如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走，以及可能威胁周界建筑物的机械施工等。

因此，可实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。

为了精确定位，只需获取光纤的准确长度，再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离。

在报警信息中得到准确可靠的定位精度，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能。

通过系统提供的入侵地点的位置，还可以联动CCTV 摄像监控进行声光报警或派遣人员到达现场处理。

对于局部高危区域，系统也可实现语音监听和记录。

该功能完全无需采用电或金属的传感器，仅用光纤即可实现，从而丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。

五、智能周界围栏报警系统多处侵入定位报警的解决及应用
(1)智能周界围栏报警系统多处侵入定位报警的解决法
在判断有威胁侵入行为发生时，系统能根据光信号调制的分析，可以实时对侵入行为发生点进行定位，从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施，以制止侵入行为后续事件发生。

为了解决基于FBG 传感器的光纤围栏报警系统中，多个FBG 传感器在同时受扰时，定位报警信号难。

而无法实现对报警信号的有效识别和判断的问题，可以利用一种
基于经验模态分解(EMD)和小波包特征熵算法的分析方法来解决。

这种利用经验模态分解法对于信号的突变性敏感和有效保留，以及其特有的自适应性分解特性。

首先对报警信号进行经验模态分解，再结合小波包分解，得到小波包系数提取其信号的能量分布。

再做归一化得到信号的能量分布特征向量，最后运用相关性分析，以实现对报警信号的识别和判断。

(2)光纤Bragg 光栅传感智能周界围栏报警系统的应用
光纤Bragg 光栅传感智能周界围栏报警系统，能沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。

它可根据各种周界的不同需要，而采用不同的光缆敷设方式：如隐蔽地埋、围栏、围墙敷设，明敷、隐蔽敷设皆可。

①用于作长距离边界的警戒系统如重要国境线、保税区隔
离带、海关港口等长距离大范围防止侵入或越境的场所警戒。

特别是崇山峻岭、沙漠荒野、人工巡逻查检十分不易的场所，敷
设这种光纤警戒线。

②用于作重要设施的周界安全防卫军事要地、
国防设施：如部队、机场、军港、导弹/火箭发射基地、雷达、通讯站点；
国民经济重要设施：电力站、变电所、文博馆、金融库房、体
育场馆；
易燃易爆场所的防卫：油库、气站、油气储存罐区、炸药库等；
重要防护场所：监狱、学校、水库、工业厂矿、重要住宅区等。

③用于作石油天然气管线的防护（防开挖、防偷盗、防破坏）
③用于作通讯电力线缆的防护等。

简单阐述了周界防范需求,分析比较了脉冲式电子围栏、泄漏电缆、震动电缆/光纤等周界报警技术应用情况。

下面就周界报警系统前端探测器所采用的技术作一个详细的归纳比较。

1、脉冲式电子围栏
该围栏由脉冲电子围栏主机和脉冲电子围栏前端两个部分组成。

该主机通电后发射端产生脉冲(输出电压峰值为5～10 kV;脉冲间隔时间为1～1. 5 s,脉冲持续时间小于0. 1 s) 。

脉冲信号通过高压绝缘导线施加于电子围栏的始端,沿着电子围栏的导线由始端传向终端。

再通过高压绝缘导线形成回路施加于控制器的接收端,如果有人入侵或破坏前端电子围栏时,。

控制器会发出报警并把报警信号传输给监控室报警接收系统。

脉冲电子围栏一般采用六线制,适用于各种围墙形状的周界防范。

它是一种有形物的防范技术,受环境的干扰小,目前被推广应用于居住小区的周界防范。

2、泄漏电缆
该系统前端主要由探测器、馈线和两根平行敷设的泄漏电缆组成。

其埋入的“泄漏”式同轴电缆周围产生一种不可见的射频电磁探测
场, 如果磁场被入侵者干扰,将产生一个报警信号并不断地经电缆传送到探测模块或(经网络系统) 在控制中心显示报警。

泄漏电缆可埋入地表隐蔽安装或者直接平行固定在墙体上,不受地形、墙形或周界形状的限制和气象因素的干扰。

3、振动电缆/光纤
该系统前端主要由信号处理器(光信号分析单元) 、馈线(引导纤) 和专用同轴传感电缆/ 光纤构成。

对振动电缆来说,功能强大的信号处理器能通过一条专用同轴传感电缆传送微小扭曲所产生的信号,分析和探测出各种入侵行为的特征。

对振动光纤来说, 外部的压力或变形则转变成光信号的功率、波长相位或色散指标的颤动。

探测器主机(光信号分析单元) 在捕捉到这些变化时,对信号进行放大并处理,当符合报警条件时则输出报警。

振动电缆/ 光纤一般安装在金属围栏网上,也可以采用地埋法,这样就不受环境、气候的影响,也不受地形、墙形或周界形状的限制。

这两种探测方法均采用无源传感线缆技术,适合于防爆要求高的应用场合。

振动光纤的防控距离可达100 km,可定位报警位置(精度为100 m) 。

若采用地埋敷设方案,则在工程安装上要求震动电缆/ 光纤埋设的位置距离公路大于5m,距离人行道2m以上,以避免汽车及行人的干扰。

这就限制其在别墅开放式花园、河道和无人值守变电站等无形的周界防范上的使用。

对于自己的工程需要那种周界报警设备可以来电咨询。