振動(dòng)光纖在安防中的應(yīng)用

1、振動(dòng)光纖在安防中的應(yīng)用振動(dòng)光纜技術(shù)在城市安防中的作用國際上振動(dòng)光/纖纜技術(shù)發(fā)展的概況及技術(shù)分類，并特別介紹了一種基于國產(chǎn)技術(shù)的新型振動(dòng)光纜技術(shù)，以及該技術(shù)在城市應(yīng)用典型環(huán)境大學(xué)校園的實(shí)際案例。該技術(shù)直接利用光纜作為侵入信號(hào)的傳感介質(zhì)，完全采用無源、非金屬器件布設(shè)于周界監(jiān)控區(qū)域。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境振動(dòng)的線性還原技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域周界的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)在能源依賴性、環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)保要求，以及技術(shù)升級(jí)便利性等方面體現(xiàn)了突出的優(yōu)點(diǎn)。一、振動(dòng)光纜技術(shù)綜述穩(wěn)定發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。目前在國內(nèi)安防領(lǐng)域內(nèi)，雖然視頻監(jiān)控、門禁和紅外等傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，占據(jù)市場(chǎng)主流。但其均屬于較低安全級(jí)別的安防技術(shù)，存在被突

2、破幾率較高、防誤報(bào)技術(shù)有待改進(jìn)、定位功能原始等很多缺點(diǎn)。難以滿足現(xiàn)代軍事要地、國家重要機(jī)關(guān)部門和機(jī)場(chǎng)、銀行等特殊場(chǎng)所較高級(jí)別安防的需求，在技術(shù)和市場(chǎng)上還存在很大空白。既便國外最新的安防設(shè)備有類似功能，但在對(duì)國家安全、國防安全極為重要的場(chǎng)合。采用國外壟斷技術(shù)的設(shè)備、產(chǎn)品，在產(chǎn)品調(diào)試、安裝指導(dǎo)、后北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖期維護(hù)、性能升級(jí)上，會(huì)帶來相當(dāng)多的不便。甚至對(duì)保密性帶來了潛在的威脅。上世紀(jì) 90 年代以來，由于光電技術(shù)、光纖技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展。出現(xiàn)了一類新型的基于光纖傳感技術(shù)的安防技術(shù)：振動(dòng)光纖/纜技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)描述如下：用光纜埋設(shè)于地下或者根據(jù)具體情況敷設(shè)

3、在周界監(jiān)控區(qū)域的籬笆、圍欄、墻壁上，通過對(duì)各種進(jìn)入周界的侵入行進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，全球在經(jīng)濟(jì)、文化方面不斷取得進(jìn)步。但“911”事件的發(fā)生，也警示了這個(gè)世界，還存在太多危險(xiǎn)和恐怖因素。2008年的北京奧運(yùn)會(huì)和2010的上海世博會(huì)，對(duì)于反恐的要求提到了一個(gè)新的高度；同時(shí)，和諧社會(huì)和平安城市的建設(shè)，也需要先進(jìn)的安防技術(shù)手段。事實(shí)上， 采用先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)穩(wěn)定可靠的成套儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感和重要部門的安全防護(hù)。一直是各國高度重視的領(lǐng)域，關(guān)系到社會(huì)的為引起的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。當(dāng)有人接近、踏過或穿越布設(shè)光纜的地域時(shí)。即便是最輕微的動(dòng)作，也會(huì)對(duì)光纜中的光纖產(chǎn)生擾動(dòng)。對(duì)于直徑為10 w m左右的光纖芯和其中

4、通過的波長(zhǎng)為微米量級(jí)北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖的光信號(hào)而言，這種擾動(dòng)必然導(dǎo)致光信號(hào)傳輸發(fā)生變化。通過光纜采集到的這種擾動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)由同一根光纜傳輸至遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主機(jī)。再通過各種特殊的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)由復(fù)雜的檢測(cè)方法，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)作出判斷并報(bào)警。與傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖傳感器在周界安防應(yīng)用中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（ 1）對(duì)外無信號(hào)輻射，抗電磁干擾能力強(qiáng)；（ 2）耐腐蝕，適于多種環(huán)境，溫度適應(yīng)范圍達(dá)到-40 到 +70，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20 年以上；（ 3）在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如地埋管道安全監(jiān)控、長(zhǎng)距離通訊線路的安全監(jiān)控上，可以通過埋設(shè)一條感應(yīng)光纜構(gòu)成分布式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定破壞行為的監(jiān)

5、控。這些特點(diǎn)，使得周界安防工作得以進(jìn)入一些以前不曾進(jìn)入的領(lǐng)域，如大范圍的水中、長(zhǎng)距離地下布防等；同時(shí)也可以得以實(shí)現(xiàn)以前難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)，如卓越的抗干擾性能、 對(duì)象模式識(shí)別功能，從而大幅度地提高現(xiàn)有周界整體的防入侵能力。光纖既作為信息傳送的載體與介質(zhì)，又作為一種傳感器而存在。當(dāng)外界干擾作用于光纖時(shí)，光纖傳輸?shù)墓獾牟糠痔匦砸矔?huì)隨之相應(yīng)的變化。通過專門的光路構(gòu)建和信號(hào)解調(diào)技術(shù)就能有效的監(jiān)測(cè)光的特性（即衰減、相位、波長(zhǎng)、極化、模場(chǎng)分布和傳播時(shí)間）變化，進(jìn)而達(dá)北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖到監(jiān)控外界的觸發(fā)事件。如：張力、位移、損壞、振動(dòng)、沖擊、聲波、溫度、負(fù)載等。振動(dòng)光纜技術(shù)用作安防，也獨(dú)具的一

6、些特殊優(yōu)勢(shì)：首先，振動(dòng)光纜采用光纜作為信號(hào)傳輸和通訊合一的介質(zhì)，而這種介質(zhì)本質(zhì)屬于非金屬、無源設(shè)備，耐腐蝕、耐季候變化，對(duì)能源依賴性低、信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，適合于復(fù)雜、惡劣的野外環(huán)境；第二，光纜作為監(jiān)控設(shè)備，完全不受電磁干擾影響，也不會(huì)產(chǎn)生任何電磁輻射，滿足了軍事應(yīng)用的特殊要求，并適用于及機(jī)場(chǎng)、雷達(dá)站、通訊站、變電站等特殊場(chǎng)合；第三，光纜作為布設(shè)外界的監(jiān)控設(shè)備，完全不受雷電影響，也不受雨雪影響，這也滿足了很多軍事場(chǎng)所的要求。經(jīng)過十余年的發(fā)展，目前國際上一些振動(dòng)光纜產(chǎn)品，已經(jīng)得到較大規(guī)模的推廣應(yīng)用，并逐漸由軍事領(lǐng)域進(jìn)入到民用領(lǐng)域。其中如澳大利亞、美國和以色列等國家在振動(dòng)光纜技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域研發(fā)和應(yīng)用較為

7、領(lǐng)先。大量成熟產(chǎn)品已經(jīng)推廣應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、領(lǐng)館、 高檔別墅等場(chǎng)所。據(jù)報(bào)道，美國五角大樓的外圍周界安防系統(tǒng)就采用了振動(dòng)光纜報(bào)警技術(shù)。二、新型振動(dòng)光纜技術(shù)特點(diǎn)目前，國內(nèi)外的振動(dòng)光纜技術(shù)，大多基于光纖干涉技術(shù)。但具體的技術(shù)路線也有很大差異。國外技術(shù)產(chǎn)品所采用的技術(shù)路線，多存在難以克服的偏振影響問北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖題。即使采用的技術(shù)是以偏振變化為光纖感應(yīng)基礎(chǔ)，由于外界擾動(dòng)引起的偏振變化有很大的隨機(jī)性，系統(tǒng)探測(cè)的不確定性高。同時(shí)， 這些產(chǎn)品采用技術(shù)路線決定了系統(tǒng)本身無法有效屏蔽溫度影響（光信號(hào)偏振態(tài)不僅僅受到環(huán)境擾動(dòng)影響，也受到環(huán)境溫度變化影響）。為消除溫度影響，往往需要采用特殊的位置來固

8、定光纜內(nèi)光纖，也即需要采用多芯光纜，導(dǎo)致系統(tǒng)安裝、布設(shè)方式復(fù)雜化。此外， 由于采用了非線性的信號(hào)還原技術(shù)，導(dǎo)致振動(dòng)光纜技術(shù)對(duì)環(huán)境擾動(dòng)的還原，有失真、畸變甚至遺漏，也直接造成了誤報(bào)率。技術(shù)與應(yīng)用往往不是“全光纖”技術(shù)設(shè)備，也就是說，在監(jiān)控區(qū)域的周界，往往間隔一定距離。還是需要有依賴供電的電氣設(shè)備，或者以控制終端，或者以報(bào)警處理器的形式出現(xiàn)，布設(shè)于外場(chǎng)。這樣， 依然不能擺脫現(xiàn)場(chǎng)供電依賴性，也削弱了系統(tǒng)整體抗雷電、抗電磁干擾的可靠性。為此， 復(fù)旦大學(xué)研發(fā)的新型振動(dòng)光纜技術(shù)，采用了全新的技術(shù)路線和系統(tǒng)架構(gòu)，具有一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在技術(shù)系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理和信息分析方法以及技術(shù)系統(tǒng)整

9、體架構(gòu)幾大方面，如下所述：1 單根光纖和全光纖無源組件構(gòu)成的分布式光纖干涉定位技術(shù)北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖本技術(shù)路線僅使用沿周界布設(shè)的單根長(zhǎng)光纖作為分布式的敏感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用以拾取沿線的入侵?jǐn)_動(dòng)信息。實(shí)現(xiàn)了光纖干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與光纖分布傳感技術(shù)的有效結(jié)合，從而充分發(fā)揮了這兩大技術(shù)用于傳感領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)具有很高的靈敏度。該結(jié)構(gòu)使得光纖線性地拾取外界擾動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)不易受溫度和偏振的影響。2光纖干涉信號(hào)處理程序技術(shù)的另一個(gè)核心在于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光纖干涉信號(hào)處理程序?？删€性地從干涉信號(hào)中實(shí)時(shí)獲取擾動(dòng)的數(shù)理特征量，進(jìn)而還原出現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)情況。因此， 系統(tǒng)具有線性獲取、還原擾動(dòng)信號(hào)

10、的能力，這種效果可直觀表現(xiàn)在，若將信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音，可直接用聽覺辨識(shí)出擾動(dòng)源性質(zhì)。同時(shí)， 該技術(shù)甚至可以對(duì)布設(shè)光纜區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的各種語音信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地監(jiān)控。3技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)特點(diǎn)目前，該技術(shù)與國外市場(chǎng)化產(chǎn)品的一個(gè)重要區(qū)別在于，布設(shè)于監(jiān)控區(qū)域周界的傳感設(shè)備。完全是光纜和光無源器件，在外場(chǎng)完全無需布設(shè)供電線路，實(shí)現(xiàn)了周界“全光纖”架構(gòu)。徹底擺脫了現(xiàn)場(chǎng)電力依賴，并完全屏蔽了雷電影響和其他各種電北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖磁干擾。而布設(shè)設(shè)備本身為沒有任何電磁信號(hào)的光纜，也提供了一個(gè)對(duì)人身安全的環(huán)保技術(shù)手段。三、應(yīng)用于城市安防的特殊要求伴隨著近年來構(gòu)建和諧社會(huì)的要求和平安城市建設(shè)發(fā)展，我們對(duì)城市安防技術(shù)設(shè)

11、備的要求，有了一些新的認(rèn)識(shí)。應(yīng)用于城市安防的報(bào)警探測(cè)、控制技術(shù)應(yīng)符合如下要求：1. 穩(wěn)定性好，保證極低的誤報(bào)率城市里各種出發(fā)安防系統(tǒng)的因素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軍事場(chǎng)所、監(jiān)獄、 電站等特殊領(lǐng)域。在保證漏報(bào)率的情況下，對(duì)于城市安防，要盡量降低誤報(bào)率。因?yàn)檫^高的誤報(bào)率往往是城市技術(shù)防范設(shè)備被棄置不用乃至最終淘汰的主要原因。城市安防技術(shù)不但要求對(duì)于各種惡意的侵入、干擾行為能夠準(zhǔn)確告警。而且對(duì)于風(fēng)、雨、 小動(dòng)物等干擾因素能進(jìn)行屏蔽，還要盡量降低對(duì)于無意觸發(fā)或無傷害事件的誤報(bào)。2. 和諧美觀，隱蔽布防城市的建設(shè)，是在和諧社會(huì)宗旨之下進(jìn)行的。過于突兀、具有威懾性的安防設(shè)備，有可能會(huì)破壞城市建設(shè)的和諧美觀，帶來緊張的氣

12、氛。因此， 面向未來城市建設(shè)，應(yīng)對(duì)安防產(chǎn)品的美觀性提出較高要求，北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖并可以隱蔽布防。3. 監(jiān)控靠技防，制止靠人防城市安防，由于人員繁多、觸發(fā)因素多、對(duì)于非惡意侵入防區(qū)或?qū)Ψ绤^(qū)的擾動(dòng)行為應(yīng)能聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控進(jìn)行判別，并聯(lián)動(dòng)聲音提醒進(jìn)行驅(qū)散。技術(shù)防范設(shè)備本身應(yīng)完美地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，但制止和防范工作，應(yīng)該交給保安人員去完成。城市技術(shù)防范設(shè)備應(yīng)減少傷害性，以避免對(duì)人員造成過度傷害。4. 防雷電、耐腐蝕，防電磁、射頻干擾我國幅員廣闊，城市季候環(huán)境差異極大。因此， 城市安防對(duì)于技術(shù)防范設(shè)備的防雷電、耐腐蝕功能也提出了較高要求。5. 環(huán)保、節(jié)能、安全城市安防技術(shù)設(shè)備，還應(yīng)考慮可能存

13、在的無線電等各種覆蓋發(fā)射信號(hào)。安防設(shè)備本身對(duì)于其它可能的設(shè)備或信號(hào)資源應(yīng)不具任何的輻射、干擾。同時(shí)，安防設(shè)備本身也不應(yīng)該成為電磁輻射源。而在國家大力提倡節(jié)能環(huán)保的當(dāng)下，設(shè)備的清潔、無源、節(jié)能、環(huán)保性也是必需考慮的因素之一。目前， 用于周界防范的探測(cè)器多采用紅外對(duì)射探測(cè)器、激光對(duì)射探測(cè)器、微波探測(cè)器等。這些系統(tǒng)除了各有自己的特點(diǎn)和適用范圍外，也存在一些缺點(diǎn)：北京三安古德科技發(fā)展有限公司振動(dòng)光纖首先， 系統(tǒng)均由各個(gè)監(jiān)測(cè)單元集合而成，每個(gè)單元都配有一個(gè)檢測(cè)主機(jī)，由各主機(jī)將探測(cè)到的入侵信號(hào)送到中控系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。要想在大范圍的周界上更加準(zhǔn)確地確定入侵位置，就必須增加監(jiān)測(cè)單元及相應(yīng)的檢測(cè)主機(jī)數(shù)量，這將

14、使整個(gè)系統(tǒng)更加龐大和復(fù)雜，成本也將直線上升；其次，各單元檢測(cè)主機(jī)（甚至探頭）必須置于戶外使用。不僅對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和各種防護(hù)性能提出了更高的要求，而且在很大程度上破壞了整個(gè)系統(tǒng)的隱蔽性。對(duì)于有著較高美觀性要求的花園式環(huán)境，也是個(gè)不小的破壞。而且， 當(dāng)周界情況比較復(fù)雜時(shí)，尤其是綠樹如蔭、遍栽各種灌木、喬木的校園周界。通常會(huì)有很多樹木覆蓋在圍墻上，致使紅外對(duì)射探測(cè)器等不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。即便短期內(nèi)修剪，長(zhǎng)期維護(hù)對(duì)射類探測(cè)系統(tǒng)光路暢通，也是個(gè)問題。而從大多數(shù)城市周界建設(shè)的美觀性考慮，也不適合采用可能破壞已建成的周界設(shè)施、環(huán)境形態(tài)面貌的施工或設(shè)備安裝方式。而對(duì)于以脈沖電流為探測(cè)信號(hào)的電子圍欄而言，長(zhǎng)距離使用時(shí)，一方面沿著周界仍需布設(shè)供電線路，并架設(shè)圍欄。因此在樹