分布式光纤传感监控系统

laury_lee

分布式光纤传感监控系统在安防领域的应用Future Fibre Technologies 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、化学稳定性好等，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。特别适用于通信缆线、输油/气管道、长距离周界报等，目前尚未有一种传统传感器能有效完成对这些长距离、分布式系统的传感，而分布式光纤传感器恰好具有这种能力。澳大利亚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。FFT公司成立于1994年总部设于澳大利亚墨尔本，该公司开发的此项技术目前处于世界领先地位，获得了国际专利，已经在澳大利亚、新加坡、美国、英国、日本、意大利等国家和地区得到应用，应用领域含盖政府机构、军队、机场、港口、边境线、银行和石油/天然气公司等。（一）工作原理 光纤不仅可以用于信号传输，还可以作为安全防范应用中的传感器。当光纤传感器受到外界干扰影响时，光纤中传输光的部分特性就会改变，通过配置特殊的感测设备，经过信号采集与分析，就能检测光的特性（即衰减、相位、波长、极化、模场分布和传播时间）变化。通过检测光的特性变化，使得许多事件和状态的测量得以监控，这些事件包括：张力、位移、损坏、破坏、振动、冲击、声波、温度、负载等。通过报警控制器的特殊算法和分析处理，区分第三方入侵行为与正常干扰，实现报警及定位功能。（二）核心技术 1、移动和震动感应器 该传感器应用光相移检测器专利技术，可以检测光缆受外界的干扰情况。传感器中的相干激光器向多模光纤发射连续激光波，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，则光检测器将不对反射波产生报警信号；如果光纤受到外界扰动，，则光的特性产生变化，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。该传感器通常用于区域报警或通道报警类的安全保障系统，适合于分区域和短距离（小于5km）周界报警。 2、微应变/定位传感器 微应变传感器基于“干涉检测”原理。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，光检测器可检测到这一波形变化，通过软件可以分辩出事件的真实情况。 相干激光器发射是连续波激光束，光纤传感器的频率响应范围从1Hz至1Mz，通常情况下只需1 Hz至40K Hz。这项技术可以用来检测动态应变，而响应时间在毫秒级。 定位器技术可以与微应变传感器结合。一个典型的系统通常需要三芯光纤，两芯用于微应变传感器，一芯用于定位，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能。 激光器向光纤发射激光，激光分别通过“干涉传感器”的一个臂和装有FFT专利技术的终端单元。为了精确定位，需要将光纤的长度信息输入计算机软件中。根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离，该系统根据使用环境的不同，系统的定位精度一般在50至100米左右。（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 — 80km/套；定位精度： 50 — 100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：用户可自行设定，包括：电平，幅度，频率等； 抗风能力： 80km/h；光纤折断报警；预警功能；（四）系统特点1. 分布式动态应变监测1) 分布式传感，信息量大。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。系统长期在线监测数据，对异常征兆反应迅速，克服传统点式监测容易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) 使用方便。系统参数可按用户具体情况按需调整，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。3. 预警功能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