光纤传感器在安防领域中的作用

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摘 要 本文介绍了安防产品的发展过程，光纤振动传感器的工作原理和实际应用状况，以及光纤传感器的应用前景。

关键词 光纤 传感器 安防

中图分类号：TP212 文献标识码：A

随着经济的发展和人们生活水平的提高，重要场所对周界入侵报警的需求越来越迫切，而传统的报警产品，如红外对射探测器、光缆振动探测器，已经无法适应用户更高的需求。在此情况下发展而来的光纤振动传感器，由于其体小质轻、响应快、精度高、动态范围宽，具有抗电磁干扰、电绝缘和耐腐蚀性等优点，越来越受用户青睐，在许多领域得到了广泛的应用。

光纤传感器按其工作原理可分为功能型和传光型两种。功能型传感器是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成，传光型传感器光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。这里探讨的是功能型传感器，它主要由三部分构成：发送检测部分，信号传输部分和接收处理部分。光纤传感器将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，待测参数与进入调制区的光相互作用后导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。同时通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。这就是光纤振动传感器的工作原理。

窄线宽是光纤振动传感器的关键，是系统能够响应光相位变化的基本条件。极窄的线宽和极小的频率漂移，能极大提高系统对振动事件识别的灵敏度和定位精度。光纤振动传感器的传感光缆一般埋设于室外。当入侵者走在埋设光缆的地面上或附近时，产生的振动会导致光纤中的瑞利散射光相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将会引起光强度的变化，通过实时地将当前时刻的分布式光纤振动传感系统后向散射信号与其前一时刻的后向瑞利散射信号连续相减，检测这种干涉效应就可以定位入侵位置。光纤振动传感器系统测量的空间范围大，采集的数据很多，因此对系统时间分辨率的稳定可靠性有很高的要求。信号数据采集一般采用了实时采样方式，即信号一到就开始逐点采样，直到将整个信号波形被采集完为止。同时采样点以时间为顺序采集，易于实现波形的快速显示。其要求模数转换模块处理速度足够快，即每个采样点的采入、量化、存储和运算过程必须在光源的光脉冲所缺的时间间隔内完成。

光纤传感以光纤为媒介，光波为信息载体，利用光纤的一维空间连续特性来感知和传输外界测量信号，且整个光纤长度上任一点都是敏感点，沿光纤链路不存在监测盲区。光纤既是传输媒介又是传输介质，使得传感系统的结构也大为简化。光纤振动传感技术，能与现代通信设备高度融合，易于构建大范围长距离的网络型传感，从而使其在多个领域中有着成功的应用。光纤振动传感器，相比于传统的传感器，具有独特显著的优点：

1灵敏度高

由于光是一种波长极短的电磁波，通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例，由于所使用的光纤直径很小，受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化，从而引起较大的相位变化。假设用10米的光纤，l℃的变化引起1000ard的相位变化，若能够检测出的最小相位变化为0.01ard，那么所能测出的最小温度变化为l 0℃ ，可见其灵敏度之高。

2抗电磁干扰，耐高温高压，耐化学腐蚀

光纤是一种电介质，耐高压，能够免疫电磁干扰，不受雷电干扰破坏，不受土壤中金属、盐水和矿物质影响，耐腐蚀，能在恶劣的环境下稳定工作抗电磁干扰，由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，并且安全可靠，这使它可以方便有效地适用于恶劣环境中。

3测量速度快

光的传播速度最快且能传送二维信息，因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率，应用电子学的方法难以实现，利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。

4信息容量大

被测信号以光波为载体，而光的频率极高，所容纳的频带很宽，同一根光纤可以传输多路信号。此外，光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。

光纤振动传感器非常适合于长距离实时测量，无论在民用还是军用领域都具有广泛的应用前景。大多数石化站场现有的安防监控系统主要是视频监控系统及保安人员定期巡检，由于摄像机照射范围的局限性及人力巡检的固有缺点，不能够完全解决安全漏洞问题。一些重要的建筑场所，如机场、学校等，传统的栅栏、围墙等周界防范手段已经不可能阻挡入侵的发生。光纤振动传感器能实时感应周围压力、振动等情况，将周界防范从单纯的物理隔绝上升到智能手段，实现对这些重要场所的智能在线监测，实现对人员非法入侵的报警和监视，杜绝人员通过非正规渠道进入工作区域，全方位保护站场及其他场所，不留死角，有效地提高了周界防入侵的效率。

光纤振动传感由于其独有的优点，有着巨大的应用价值，随着安防产业的进一步发展，其将发挥的作用会越来越大。但是目前还存在许多技术问题有待更好的解决，比如如何保证在各种复杂环境下保持系统的可靠性等系列的问题。国内对光纤振动传感器的研究开发已经取得了一定的成绩，但如何在最短的时间内赶超外国厂商，摆脱国外产品占据国内大部分市场份额的局面，是摆在国内厂商的重要课题。

参考文献

[1] 秦培林，杨春森.光纤振动传感器在安防周界中的应用[J].装备制造技术，2005.

[2] 罗巧梅.分布式光纤振动传感器及其在安防领域的应用[J].中国安防，2014.