文/李小彤 Fiber SenSys 

　　摘要：防盗报警行业有多种感应探测技术，如红外探测、微波探测、震动探测等。而在周界中，以光纤作为感应载体则成了高灵敏度、高可靠性的重要防范手段之一。那么，光纤传感器探测技术究竟有何神秘之处，让其在周界安防应用中占据重要的一席之地?

　　周界安防监控系统

　　现代社会中城市安全、公共设施安全、大型活动安全、公共交通安全等公共安全越来越多地受到广泛的关注，体现出全球化的趋势。对于一些重要目标和区域，如：飞机场、军事基地、核电站、储备油库、边境线、化工厂、变电站、物流仓库等等，这些常规目标的安防通常分为三个层次，即外层、中层和内层，而采取的防范措施也有所不同。

　　最外层周界一般都设置一些阻挡物，如：铁栅栏、铁丝网、围墙等，监控措施多采用红外线对射装置、震动电缆、泄露电缆、视频监控和电子围栏等手段;中层防范多采用主/被动红外探测、激光扫描探测等设备;内层防范多采用红外/微波双鉴探测器、视频监控、门禁、红外幕帘等手段。这些方法可以根据自身的特点，发挥不同的功效，功能互补，提供不同等级、不同功效的安防措施，形成一个完整的安防体系。但是这些安防手段也不是完美无缺的，在功能、性能和使用方面多多少少存在局限性和一些问题，不能完全满足高端用户和特殊环境的需求。

　　这里主要谈一谈外层防范，即周界安防方面的问题。不同的目标周界，所处环境不同，安防等级不同，周界的长度不同，采取的周界安防措施也不同，对传感器的要求也不同：

　　对变电站周界如果采用泄露电缆作为监控手段，由于存在严重的电磁辐射，容易与报警系统产生相互干扰，甚至使监控系统无法正常工作;

　　在一些北方地区秋冬季节经常出现大雾天气，如果采用红外对射装置或视频监控作为周界报警手段，一旦遇到这种情况就容易出现报警系统失灵的现象;

　　核电站通常建在临海、环境复杂恶劣的地区，如果采用震动电缆等常规方式作为周界防范，风雨雷电、道路车辆震动、飞机起降等，都会使周界报警器产生非常严重的误报现象;

　　对于某些军事基地周界安防，如果采用红外对射、泄露电缆或微波探测等常规的传感器，对外产生电磁辐射，易被高科技手段侦测到，暴露目标，所以不能被采用;

　　对于储备油库周界安防，对传感器和探测器有严格的要求，即要求防爆，又要求防雷击，常规的传感器和探测器几乎都需要供电，尽管是低压电，要想做好防雷击，绝非易事。

　　在设计周界安防方案和选配安防产品时需要考虑的因素包括：

　　目标周界的安防等级如何?要防护的目标价值和重要性如何?

　　潜在的各种入侵事件都有哪些?风险有多大?

　　现场气候和环境情况如何、是否有大风、大雾、雷雨气候?

　　现场环境是否存在各种干扰因素?如：电磁干扰、铁路、飞机起降等?

　　用户现场周界是由什么介质构成的?是围栏还是围墙?结构、材质是什么?

　　最终用户对安防的特殊需求是什么?传感器安装在围栏、围墙还是地埋?

　　随着科技的发展，在众多周界安防监控技术中，光纤传感技术脱颖而出，在安防领域它几乎可以实现传统传感器所有的功能，为安防目标提供了一个有效的安全保障，它在技术性能和实际应用方面与传统方法相比具有绝对的优势，可以对位移、震动、压力、温度、速度、流量等各种物理量进行检测，具有灵敏度高、无电磁辐射、动态范围大、适应范围广等优点，是安防技术发展的主流方向。

　　光纤传感技术

　　光纤传感器(Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。

　　光纤传感器的工作原理是，光纤中传输的光在外界因素的作用下，其光学特性(光强、相位、频率、偏振态、模场形态等)随之发生变化，利用各种手段对这些特性进行检测，通过复杂的运算和分析，最终实现对外部因素的定性和定量地分析。

　　光纤传感器特点

　　电绝缘性能好;

　　抗电磁干扰能力强;

　　非侵入性;

　　高灵敏度;

　　容易实现对被测信号的远距离监控。

　　光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量。

　　光纤传感器分类

　　光纤传感技术经过多年的发展，已日趋成熟，应用于国防、工业、民用等各种不同的领域，而光纤传感器的种类也十分庞大，根据其光学现象和探测特点主要分类如表1所示。

　　目前，世界各国都在大力进行光纤传感技术的研发和应用。在光纤传感安防应用领域，国外和国内许多公司都研制出了各种类型和各种功能的光纤探测器，并成功地运用于各国政府、军队、银行、机场、港口、石油公司、核电站等场所，而涉及的领域包括：周界、管线、通信、市政、监狱安全监控等。

　　光纤传感器在安防领域的应用

　　光纤传感监控系统在安防领域的应用主要在如下三个方面。

　　周界安全监控系统

　　军事基地、核电站、边境线等重要设施通常都地处环境恶劣的地域，气候条件复杂;同时这些设施的周界安全等级比较高，要求又比较严格，而且这些设施的基础设施也比较差，甚至没有野外供电的条件，这对周界安防系统提出了更高的要求，也是一个挑战，常规的周界安防设备和手段很难适应这种环境。如某国际品牌的周界安全监控系统有一款室外无源监控系统，可以将监控主机架设在监控室，通过引导光缆将传感光缆受到的震动信息传递到监控中心，所有室外设备均为无源器件，无需野外供电，可以提供有效的周界安全监控。

　　管道安全监控系统

　　长期以来，管道安全监控是一项艰巨而复杂的任务，电视中经常报道某地管线因施工不当被破坏，造成重大污染和经济损失，甚至出现大量人员伤亡。常规的检测方法是派人员沿管线巡查，也有采用一些传统的监测手段，但实践证明效果有限，原有的探测、检测技术也不十分可靠。管道安全监控系统可以有效地解决上述问题，将传感光缆沿管线埋设，通过光纤感受管线周围的震动，并将此信息传输给监控主机进行分析、判断，排除一般性干扰，最终产生报警，告知值班人员管线出现事故的区域。该系统特别适用于化工厂和大型油库中的石油管线安全监控，以及大型社区市政设施中的天然气管线、电力管线和饮水管线等的安全监控。

　　骨干光缆安全监控系统

　　骨干光缆是现代通信的基础和重要通道，光缆运营安全和信息内容安全关系着国民经济和国家安全，因此骨干光缆的安全监测就显的十分重要。传感的光时域反射仪(OTDR)虽然可以对光纤进行检测，但它也有局限性，存在盲区，不能进行实时监测，特别是通过高科技手段不用折断光纤就可以神不知鬼不觉地盗窃光纤中传输的信息，而传统的监测手段是无法发现的。骨干光缆安全监控系统通过接入光缆竖井中的光纤，对整个光缆进行监控。当有不法分子企图盗窃光缆内部的信息而触碰光缆时，系统立即产生报警，可以有效地保证骨干光缆的信息安全。该系统特别适用于政府大楼、军事机关、银行，以及机要和通信部门对骨干光缆安全进行监控。

　　光纤传感器经过几十年的工程实践和改进，其性能已经得到用户的肯定，其工作原理是基于多模光纤模式干涉探测技术，其基本检测原理为(如图1所示)：光在多模光纤中产生一个随机强度的光谱，形成光斑。如果光纤没有受到外界扰动，则该光谱相对是不变的。当光纤受到外界扰动时，如移动、振动或受到压力时，这些光谱发生相应的改变，光纤检测器可以检测到光谱发生了变化，并可确定外界发生了什么事件。

　　经过多年研发与市场运作，目前业内已开发出了适用于各种场合和领域的周界安防产品，既有防区式光纤传感器，也有分布式定位光纤传感器，形成适合于短、中、长三种周界系列监控系统。与其它类型的安防产品配合使用，如红外探测器、激光扫描器、红外幕帘等，采取由外到内的多层防护手段，可以为用户提供全面安全、可靠的安全防护体系。

　　周界安防监控是安全保障系统中最重要的环节之一。目前市面上设计和制造的光纤传感周界安全保障系统能够满足安全保障服务提供商的要求。周界安全保障系统为用户提供了简便可靠的操作方式，具有极强的可操作性，并且不会产生“虚警”。使用周界安全保障系统能够提供广泛的围栏安全保障解决方案，适用于大多数类型的围栏。

　　光纤传感周界安防产品

　　光纤周界报警系统配置图(如图2所示)

　　光纤传感周界报警主机(APU)

　　根据周界安防的不同需求，以某国际品牌开发的两大系列光纤传感器产品为例，介绍其功能和用途，如表2所示。

　　产品特点

　　光纤传感器是一种防区式震动传感器，它采用先进技术制造，具有全面的监测报警功能，能够针对各种周界不法入侵行为进行7×24小时全实时监控，这些入侵行为包括：攀爬围网、翻跃围墙、剪断围网、借助梯子翻跃围栏等等。

　　产品具有优良的性能，其报警概率大于90%，虚警概率小于5%，响应时间小于2s;每套系统根据不同的系列设立独立的防区，从二防区、八防区到二十五个防区;根据周界不同的安防等级，每个防区的长度可以进行调整，一般情况下每个防区的长度为200米左右，对于军事或高安防等级要求，防区的长度可以为100米甚至更短。

　　产品的最大特点就是抗干扰性强，误报率低。它可以根据现场实际环境情况设置系统参数，并可以提供风力参数补偿，通过特殊算法最大限度地降低误报，报警率高，虚警率低，可以有效地排除自然界的各种干扰，如：暴风雨、来往车辆震动、飞机起降等。

　　产品采用系统管理软件，提供图形化操作界面，便于操作员使用;同进还可以对多套设备进行系统管理，实现远距离监控，并可与第三方监控产品衔接，包括：摄像机、照明灯光和语音告警设备等;产品还提供SDK软件包，将本系统作为一个子系统篏入到大的监控管理平台。

　　系统设计灵活，除传感光纤外，还设有传输光纤和引导光纤;通过结构优化，最大限度地减少引导光纤的使用，工程施工相对简便;同时，系统还设有故障报警、光纤折断报警功能，便于操作人员观察和判断。