文/李小彤 Fiber SenSys 

　　摘要：防盜報警行業(yè)有多種感應(yīng)探測技術(shù)，如紅外探測、微波探測、震動探測等。而在周界中，以光纖作為感應(yīng)載體則成了高靈敏度、高可靠性的重要防范手段之一。那么，光纖傳感器探測技術(shù)究竟有何神秘之處，讓其在周界安防應(yīng)用中占據(jù)重要的一席之地?

　　周界安防監(jiān)控系統(tǒng)

　　現(xiàn)代社會中城市安全、公共設(shè)施安全、大型活動安全、公共交通安全等公共安全越來越多地受到廣泛的關(guān)注，體現(xiàn)出全球化的趨勢。對于一些重要目標(biāo)和區(qū)域，如：飛機場、軍事基地、核電站、儲備油庫、邊境線、化工廠、變電站、物流倉庫等等，這些常規(guī)目標(biāo)的安防通常分為三個層次，即外層、中層和內(nèi)層，而采取的防范措施也有所不同。

　　最外層周界一般都設(shè)置一些阻擋物，如：鐵柵欄、鐵絲網(wǎng)、圍墻等，監(jiān)控措施多采用紅外線對射裝置、震動電纜、泄露電纜、視頻監(jiān)控和電子圍欄等手段;中層防范多采用主/被動紅外探測、激光掃描探測等設(shè)備;內(nèi)層防范多采用紅外/微波雙鑒探測器、視頻監(jiān)控、門禁、紅外幕簾等手段。這些方法可以根據(jù)自身的特點，發(fā)揮不同的功效，功能互補，提供不同等級、不同功效的安防措施，形成一個完整的安防體系。但是這些安防手段也不是完美無缺的，在功能、性能和使用方面多多少少存在局限性和一些問題，不能完全滿足高端用戶和特殊環(huán)境的需求。

　　這里主要談一談外層防范，即周界安防方面的問題。不同的目標(biāo)周界，所處環(huán)境不同，安防等級不同，周界的長度不同，采取的周界安防措施也不同，對傳感器的要求也不同：

　　對變電站周界如果采用泄露電纜作為監(jiān)控手段，由于存在嚴(yán)重的電磁輻射，容易與報警系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾，甚至使監(jiān)控系統(tǒng)無法正常工作;

　　在一些北方地區(qū)秋冬季節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，如果采用紅外對射裝置或視頻監(jiān)控作為周界報警手段，一旦遇到這種情況就容易出現(xiàn)報警系統(tǒng)失靈的現(xiàn)象;

　　核電站通常建在臨海、環(huán)境復(fù)雜惡劣的地區(qū)，如果采用震動電纜等常規(guī)方式作為周界防范，風(fēng)雨雷電、道路車輛震動、飛機起降等，都會使周界報警器產(chǎn)生非常嚴(yán)重的誤報現(xiàn)象;

　　對于某些軍事基地周界安防，如果采用紅外對射、泄露電纜或微波探測等常規(guī)的傳感器，對外產(chǎn)生電磁輻射，易被高科技手段偵測到，暴露目標(biāo)，所以不能被采用;

　　對于儲備油庫周界安防，對傳感器和探測器有嚴(yán)格的要求，即要求防爆，又要求防雷擊，常規(guī)的傳感器和探測器幾乎都需要供電，盡管是低壓電，要想做好防雷擊，絕非易事。

　　在設(shè)計周界安防方案和選配安防產(chǎn)品時需要考慮的因素包括：

　　目標(biāo)周界的安防等級如何?要防護的目標(biāo)價值和重要性如何?

　　潛在的各種入侵事件都有哪些?風(fēng)險有多大?

　　現(xiàn)場氣候和環(huán)境情況如何、是否有大風(fēng)、大霧、雷雨氣候?

　　現(xiàn)場環(huán)境是否存在各種干擾因素?如：電磁干擾、鐵路、飛機起降等?

　　用戶現(xiàn)場周界是由什么介質(zhì)構(gòu)成的?是圍欄還是圍墻?結(jié)構(gòu)、材質(zhì)是什么?

　　最終用戶對安防的特殊需求是什么?傳感器安裝在圍欄、圍墻還是地埋?

　　隨著科技的發(fā)展，在眾多周界安防監(jiān)控技術(shù)中，光纖傳感技術(shù)脫穎而出，在安防領(lǐng)域它幾乎可以實現(xiàn)傳統(tǒng)傳感器所有的功能，為安防目標(biāo)提供了一個有效的安全保障，它在技術(shù)性能和實際應(yīng)用方面與傳統(tǒng)方法相比具有絕對的優(yōu)勢，可以對位移、震動、壓力、溫度、速度、流量等各種物理量進行檢測，具有靈敏度高、無電磁輻射、動態(tài)范圍大、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，是安防技術(shù)發(fā)展的主流方向。

　　光纖傳感技術(shù)

　　光纖傳感器(Fiber Optical Sensor)是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。因此，它同時具有光纖及光學(xué)測量的特點。

　　光纖傳感器的工作原理是，光纖中傳輸?shù)墓庠谕饨缫蛩氐淖饔孟?，其光學(xué)特性(光強、相位、頻率、偏振態(tài)、模場形態(tài)等)隨之發(fā)生變化，利用各種手段對這些特性進行檢測，通過復(fù)雜的運算和分析，最終實現(xiàn)對外部因素的定性和定量地分析。

　　光纖傳感器特點

　　電絕緣性能好;

　　抗電磁干擾能力強;

　　非侵入性;

　　高靈敏度;

　　容易實現(xiàn)對被測信號的遠距離監(jiān)控。

　　光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量。

　　光纖傳感器分類

　　光纖傳感技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已日趨成熟，應(yīng)用于國防、工業(yè)、民用等各種不同的領(lǐng)域，而光纖傳感器的種類也十分龐大，根據(jù)其光學(xué)現(xiàn)象和探測特點主要分類如表1所示。

　　目前，世界各國都在大力進行光纖傳感技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。在光纖傳感安防應(yīng)用領(lǐng)域，國外和國內(nèi)許多公司都研制出了各種類型和各種功能的光纖探測器，并成功地運用于各國政府、軍隊、銀行、機場、港口、石油公司、核電站等場所，而涉及的領(lǐng)域包括：周界、管線、通信、市政、監(jiān)獄安全監(jiān)控等。

　　光纖傳感器在安防領(lǐng)域的應(yīng)用

　　光纖傳感監(jiān)控系統(tǒng)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用主要在如下三個方面。

　　周界安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　軍事基地、核電站、邊境線等重要設(shè)施通常都地處環(huán)境惡劣的地域，氣候條件復(fù)雜;同時這些設(shè)施的周界安全等級比較高，要求又比較嚴(yán)格，而且這些設(shè)施的基礎(chǔ)設(shè)施也比較差，甚至沒有野外供電的條件，這對周界安防系統(tǒng)提出了更高的要求，也是一個挑戰(zhàn)，常規(guī)的周界安防設(shè)備和手段很難適應(yīng)這種環(huán)境。如某國際品牌的周界安全監(jiān)控系統(tǒng)有一款室外無源監(jiān)控系統(tǒng)，可以將監(jiān)控主機架設(shè)在監(jiān)控室，通過引導(dǎo)光纜將傳感光纜受到的震動信息傳遞到監(jiān)控中心，所有室外設(shè)備均為無源器件，無需野外供電，可以提供有效的周界安全監(jiān)控。

　　管道安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　長期以來，管道安全監(jiān)控是一項艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，電視中經(jīng)常報道某地管線因施工不當(dāng)被破壞，造成重大污染和經(jīng)濟損失，甚至出現(xiàn)大量人員傷亡。常規(guī)的檢測方法是派人員沿管線巡查，也有采用一些傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，但實踐證明效果有限，原有的探測、檢測技術(shù)也不十分可靠。管道安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地解決上述問題，將傳感光纜沿管線埋設(shè)，通過光纖感受管線周圍的震動，并將此信息傳輸給監(jiān)控主機進行分析、判斷，排除一般性干擾，最終產(chǎn)生報警，告知值班人員管線出現(xiàn)事故的區(qū)域。該系統(tǒng)特別適用于化工廠和大型油庫中的石油管線安全監(jiān)控，以及大型社區(qū)市政設(shè)施中的天然氣管線、電力管線和飲水管線等的安全監(jiān)控。

　　骨干光纜安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　骨干光纜是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)和重要通道，光纜運營安全和信息內(nèi)容安全關(guān)系著國民經(jīng)濟和國家安全，因此骨干光纜的安全監(jiān)測就顯的十分重要。傳感的光時域反射儀(OTDR)雖然可以對光纖進行檢測，但它也有局限性，存在盲區(qū)，不能進行實時監(jiān)測，特別是通過高科技手段不用折斷光纖就可以神不知鬼不覺地盜竊光纖中傳輸?shù)男畔?，而傳統(tǒng)的監(jiān)測手段是無法發(fā)現(xiàn)的。骨干光纜安全監(jiān)控系統(tǒng)通過接入光纜豎井中的光纖，對整個光纜進行監(jiān)控。當(dāng)有不法分子企圖盜竊光纜內(nèi)部的信息而觸碰光纜時，系統(tǒng)立即產(chǎn)生報警，可以有效地保證骨干光纜的信息安全。該系統(tǒng)特別適用于政府大樓、軍事機關(guān)、銀行，以及機要和通信部門對骨干光纜安全進行監(jiān)控。

　　光纖傳感器經(jīng)過幾十年的工程實踐和改進，其性能已經(jīng)得到用戶的肯定，其工作原理是基于多模光纖模式干涉探測技術(shù)，其基本檢測原理為(如圖1所示)：光在多模光纖中產(chǎn)生一個隨機強度的光譜，形成光斑。如果光纖沒有受到外界擾動，則該光譜相對是不變的。當(dāng)光纖受到外界擾動時，如移動、振動或受到壓力時，這些光譜發(fā)生相應(yīng)的改變，光纖檢測器可以檢測到光譜發(fā)生了變化，并可確定外界發(fā)生了什么事件。

　　經(jīng)過多年研發(fā)與市場運作，目前業(yè)內(nèi)已開發(fā)出了適用于各種場合和領(lǐng)域的周界安防產(chǎn)品，既有防區(qū)式光纖傳感器，也有分布式定位光纖傳感器，形成適合于短、中、長三種周界系列監(jiān)控系統(tǒng)。與其它類型的安防產(chǎn)品配合使用，如紅外探測器、激光掃描器、紅外幕簾等，采取由外到內(nèi)的多層防護手段，可以為用戶提供全面安全、可靠的安全防護體系。

　　周界安防監(jiān)控是安全保障系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之一。目前市面上設(shè)計和制造的光纖傳感周界安全保障系統(tǒng)能夠滿足安全保障服務(wù)提供商的要求。周界安全保障系統(tǒng)為用戶提供了簡便可靠的操作方式，具有極強的可操作性，并且不會產(chǎn)生“虛警”。使用周界安全保障系統(tǒng)能夠提供廣泛的圍欄安全保障解決方案，適用于大多數(shù)類型的圍欄。

　　光纖傳感周界安防產(chǎn)品

　　光纖周界報警系統(tǒng)配置圖(如圖2所示)

　　光纖傳感周界報警主機(APU)

　　根據(jù)周界安防的不同需求，以某國際品牌開發(fā)的兩大系列光纖傳感器產(chǎn)品為例，介紹其功能和用途，如表2所示。

　　產(chǎn)品特點

　　光纖傳感器是一種防區(qū)式震動傳感器，它采用先進技術(shù)制造，具有全面的監(jiān)測報警功能，能夠針對各種周界不法入侵行為進行7×24小時全實時監(jiān)控，這些入侵行為包括：攀爬圍網(wǎng)、翻躍圍墻、剪斷圍網(wǎng)、借助梯子翻躍圍欄等等。

　　產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能，其報警概率大于90%，虛警概率小于5%，響應(yīng)時間小于2s;每套系統(tǒng)根據(jù)不同的系列設(shè)立獨立的防區(qū)，從二防區(qū)、八防區(qū)到二十五個防區(qū);根據(jù)周界不同的安防等級，每個防區(qū)的長度可以進行調(diào)整，一般情況下每個防區(qū)的長度為200米左右，對于軍事或高安防等級要求，防區(qū)的長度可以為100米甚至更短。

　　產(chǎn)品的最大特點就是抗干擾性強，誤報率低。它可以根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境情況設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，并可以提供風(fēng)力參數(shù)補償，通過特殊算法最大限度地降低誤報，報警率高，虛警率低，可以有效地排除自然界的各種干擾，如：暴風(fēng)雨、來往車輛震動、飛機起降等。

　　產(chǎn)品采用系統(tǒng)管理軟件，提供圖形化操作界面，便于操作員使用;同進還可以對多套設(shè)備進行系統(tǒng)管理，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控，并可與第三方監(jiān)控產(chǎn)品銜接，包括：攝像機、照明燈光和語音告警設(shè)備等;產(chǎn)品還提供SDK軟件包，將本系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)篏入到大的監(jiān)控管理平臺。

　　系統(tǒng)設(shè)計靈活，除傳感光纖外，還設(shè)有傳輸光纖和引導(dǎo)光纖;通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最大限度地減少引導(dǎo)光纖的使用，工程施工相對簡便;同時，系統(tǒng)還設(shè)有故障報警、光纖折斷報警功能，便于操作人員觀察和判斷。