光纖傳感技術在周界安防系統中的應用

萬超

摘 要 2016年《中華人民共和國反恐怖主義法》的實施，國家對安防的重視加深，市場各種周界安防類產品，得到了快速的發展。其中光纖傳感技術在周界安防系統的應用，因其前端探測器無源，節約能源，探測精度高，響應快，技術新穎而受到各類客戶的青睞。本文針對光纖傳感技術中的一類，即光纖光柵傳感技術，分析其原理并與其它周界安防技術做對比，分析優缺點，通過案例說明光纖傳感技術在周界安防系統應用前景。

【關鍵詞】光纖傳感技術 光纖光柵 周界安防

1 光纖光柵傳感技術原理介紹

1978年，加拿大通信研究中心 K.O.Hill 發明光纖光柵技術。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，柵區位于纖芯內部，長度10mm左右。實質上是在纖芯內形成一個窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。當一束寬光譜光經過光纖光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產生反射，其余的波長透過光纖光柵繼續傳輸（如圖1）。

當探測器受外界力作用時，懸掛于光纖光柵上的質量塊依據力度大小以相應幅度和頻率進行受迫振動，從而引起布拉格波長發生變化。通過測量波長變化量，來實現對入侵事件進行判斷。如圖2。

近幾年技術快速發展，光纖光柵傳感器自動化生產已走向成熟，產品供應穩定，為市場上大規模應用提供了基礎。圖3為自動化生產設備。

2 各類周界安防技術原理與優缺點分析

目前市場常見的周界安防產品主要有以下幾類：

2.1 紅外對射探測器

紅外對射全名叫“光束遮斷式感應器”（Photoelectric Beam Detector），其基本的構造包括瞄準孔、光束強度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等。其偵測原理乃是利用紅外線經LED紅外光發射二極體，再經光學鏡面做聚焦處理使光線傳輸出去，此光束為脈沖光束，由受光器接受。當光線被遮斷時就會發出警報。紅外線是一種不可見光，而且會擴散，投射出去會形成圓錐體光束，故傳輸距離有限。常見的紅外對射有兩光束、三光束、四光束，其防區距離一般為40米到250米。

系統優缺點；

（1）系統造價低，架構簡單，技術接收度高。

（2）全密封防雨、霧、塵、蟲等的一體化結構設計，可在惡劣天氣下使用。

（3）可全天候工作，對強光不敏感。

（4）具備防拆報警功能。

（5）系統誤報高，當有樹葉等物體遮擋時，容易產生誤報。

（6）需經常性維護，調整對射角度，否者無法正常工作。

（7）前端需有源供電，容易受電磁干擾，不適用于有防爆要求的場所。

2.2 微波探測器

微波傳感器的原理：由發射天線發出的微波，遇到被測物體時將被反射，利用接收天線接收通過被測物體或由被測物反射回來的微波，并將它轉換成電信號，再由測量電路處理，就實現了微波檢測。運用微波偵測原理，可在檢測區域形成一個橢圓型警戒空間監視區，當可疑人員進入監視區時，雷達測出可疑人員信號后，通過通信網絡發送到后臺控制中心，發出報警信號。

系統優缺點：

（1）系統結構簡單，隱蔽性好，安裝方便。

（2）探測器探測區域為立體空間，且有效距離遠，防護范圍大。

（3）微波受外界干擾小，適合各種天氣。

（4）微波探測器，需安裝在空曠，直線位置。如轉彎較多，需加裝探測器。

（5）微波探測器如安裝于有樹木或外界干擾的區域，容易產生誤報。

（6）前端需有源供電，容易受電磁干擾，不適用于有防爆要求的場所。

2.3 雙鑒探測器

為了克服單一技術探測器的缺陷，通常將2種不同技術原理的探測器整合在一起，只有當2種探測技術的傳感器都探測到人體移動時才報警的探測器稱為雙鑒探測器。雙鑒探測器通常是多普勒微波和被動紅外波相結合的探測器，這樣可以有效地降低誤報率，因為一個報警信號的產生必須同時滿足兩種傳感器的條件。

系統優缺點：

（1）適合各種天氣下使用，適用溫度范圍大。

（2）架構簡單，安裝方便，能耗小，造價低。

（3）誤報率相對較低。

（4）有效探測距離短，僅適合小范圍使用。

（5）對有樹木等外界側擋的地方不適用

（6）易受電磁干擾，不適用與強電與易燃易爆區域。

2.4 光纖光柵振動傳感器

光纖光柵作為一種新穎的技術，其原理為輸入光傳輸到光纖光柵傳感器時，會反射回特定波長的光，當傳感器受到擾動時，光纖光柵傳感器的中心柵距發生變化，反射光的中心波長也會發生變化。對發生變化的中心波長進行分析后，進行報警輸出，如圖4所示。

系統優缺點：

（1）系統精度高，報警位置準確，響應時間短。

（2）探測信號采用光傳輸，系統穩定信號，基本免維護。

（3）適用于各類惡劣極端天氣，并能全天候實用。

（4）系統前端探測部分無源，本質防爆，適合易燃易爆場所。

（5）系統安裝要求低，前端探測纜為柔性材料，可適當彎曲。

（6）技術新穎，市場對此技術了解不夠。

（7）探測器不能任意彎曲，不適用與長期開關的大門處。

3案例說明

周界安防系統一般來說，應具有如下特點：

（1）安裝方便，美觀，對周圍環境要求低。

（2）適合各種天氣，能全天候使用，抗電磁干擾，并少維護。

（3）低誤報，無漏報，響應速度快。

基于以上要求，某政府大院，坐落于鬧市區，周圍環境復雜。根據現場環境，使用了一套光纖光柵周界安防系統，傳感器間距根據現場定制，為3-8米，無盲區死角，采用隱蔽的安裝方式進行，安裝后圍墻外觀無異常。在安裝不久，一名小偷翻越圍墻準備進入盜竊，光纖光柵周界安防系統迅速示警，值班人員通知現場守衛，成功將小偷抓獲。避免經濟遭受損失。

4 總結

通過對市場常見的周界安防系統進行介紹比較，光纖傳感器較傳統探測器相比技術新穎，應用在周界安防系統中具有一定優勢，其主要體現在：能沿著任何地形鋪設；均衡的探測靈敏度；不受電磁、無線電信號干擾、不受雷電干擾、具有數字信號處理能力、誤報率低、總成本較低等特點。因此，光纖傳感器在未來的周界安防的應用會越來越廣泛。

參考文獻

[1]趙勇.光纖光柵及其傳感技術[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]廖延彪.光纖光學[M].北京：清華大學出版社，2000.

作者單位

武漢理工光科股份有限公司 湖北省武漢市 430223