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傳統(tǒng)的周界安防或圍欄報(bào)警系統(tǒng)：如主動(dòng)紅外對(duì)射、微波對(duì)射、泄漏電纜、振動(dòng)電纜、電子圍欄、電網(wǎng)等，雖為安全技術(shù)防范做出了一定的貢獻(xiàn)，但受一些客觀技術(shù)條件等因素所限，還存在著一定的缺陷。而利用光電技術(shù)中的新型光纖傳感技術(shù)做成的周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本文介紹傳統(tǒng)周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的缺陷及光纖傳感的優(yōu)勢(shì)，光纖Bragg光柵傳感器的原理、優(yōu)點(diǎn)，基于光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及工作原理，系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決法及其應(yīng)用與市場(chǎng)前景等。 一、光纖傳感技術(shù)與周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)比較 多年來(lái)，傳統(tǒng)的周界安防或圍欄報(bào)警系統(tǒng)：如主動(dòng)紅外對(duì)射、微波對(duì)射、泄漏電纜、振動(dòng)電纜、電子圍欄、電網(wǎng)等，為安全技術(shù)防范做出了一定的貢獻(xiàn)。但是，受一些客觀技術(shù)條件等因素所限，還存在著一定的缺陷：如主動(dòng)紅外對(duì)射的圍欄報(bào)警系統(tǒng)，易受地形條件的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等環(huán)境限制，而且它們不適合惡劣氣候，容易受高溫、低溫、強(qiáng)光、灰塵、雨、雪、 霧、霜等自然氣候的影響，易出現(xiàn)誤報(bào)率；再如泄露電纜、振動(dòng)電纜、電子圍欄、電網(wǎng)等圍欄報(bào)警系統(tǒng)，均屬于有源的電傳感，系統(tǒng)功耗很大；且電子圍欄、電網(wǎng)等又有一定危害性；它們又易受電磁干擾、信號(hào)干擾、串?dāng)_等，而使靈敏性下降，誤報(bào)率、漏報(bào)率上升等。 與上述周界安防或圍欄報(bào)警系統(tǒng)相比，利用光電技術(shù)中的新型光纖傳感技術(shù)做成的周界安防或圍欄報(bào)警系統(tǒng)具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)： (1)抗電磁干擾，電絕緣性好、安全可靠，耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定，因而完全不受雷電影響，能在惡劣的化學(xué)環(huán)境、野外環(huán)境及強(qiáng)電磁干擾等場(chǎng)所下工作； (2)體積小、重量輕，幾何形狀可塑，傳輸損耗小，傳輸容量大，具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性； (3)不僅能發(fā)現(xiàn)外界擾動(dòng)，而且可確定外界擾動(dòng)的位置，系統(tǒng)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于擴(kuò)展與安裝容易； (4)無(wú)輻射、無(wú)易燃易爆材料，既防水又環(huán)保； (5)能源依賴性低，可大大節(jié)省供電設(shè)備與線路的成本，適合長(zhǎng)距離使用； (6)可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的情況選擇不同的檢測(cè)方法，再加上其對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小，所以它非常有利于在結(jié)構(gòu)檢測(cè)等具有復(fù)雜環(huán)境的領(lǐng)域中應(yīng)用等。 周界安防或圍欄報(bào)警系統(tǒng)，在光纖傳感技術(shù)中可利用兩種光纖傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是利用光纖Bragg光柵分布式光纖傳感器；二是利用光纖干涉型光纖傳感器。本文討論前者，后者己另外撰文介紹。 近年來(lái)，光纖傳感技術(shù)中的光纖光柵是發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的光纖無(wú)源器件之一。光纖光柵傳感主要優(yōu)點(diǎn)之一是便于構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)，而構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)最關(guān)鍵技術(shù)之一是復(fù)用技術(shù)，包括波分復(fù)用(WDM)、時(shí)分復(fù)用(TDM)、空分復(fù)用(SDM)及它們的組合復(fù)用技術(shù)。由于它的敏感變化參量為光的波長(zhǎng)，所以，不受光源、傳輸線路損耗等因素所引起的對(duì)光強(qiáng)度變化的干擾，并且光纖光柵具有制作簡(jiǎn)單、體積小、性能穩(wěn)定可靠、又易與系統(tǒng)及其他光纖器件連接等特點(diǎn)。若將其作為傳感部件，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和分布式測(cè)量。 由于光纖布拉格(Bragg)光柵對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有反射作用，并且其反射中心波長(zhǎng)隨著溫度、應(yīng)力等物理量的變化而變化，具有優(yōu)良的溫度和應(yīng)變響應(yīng)特性，因此它在傳感領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。隨著光纖布拉格光柵傳感技術(shù)在測(cè)量方面的廣泛應(yīng)用，為安全技術(shù)防范系統(tǒng)的研究提供了廣闊的生機(jī)。顯然，能利用光纖布拉格光柵的應(yīng)變與溫度傳感特性制成周界安防及圍欄報(bào)警系統(tǒng)，因而對(duì)它的研究具有很大的實(shí)際意義和社會(huì)意義。 上面己簡(jiǎn)述了傳統(tǒng)周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的缺陷及光纖傳感的優(yōu)勢(shì)，下面再介紹光纖Bragg光柵傳感器的原理、優(yōu)點(diǎn)，基于光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及工作原理，系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決法及其應(yīng)用與市場(chǎng)前景等。 二、光纖Bragg光柵傳感器原理 光纖布拉格光柵FBG(Fiber Bragg Grating）是衍射光柵概念的發(fā)展，其衍射是由光纖內(nèi)部折射率的變化實(shí)現(xiàn)的。FBG于1978年問(wèn)世，它利用摻雜（如鍺、磷等）光纖的光敏性，通過(guò)紫外寫入的方法使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜粒子相互作用，導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久性變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，如圖1所示。圖中，光纖Bragg光柵的周期Λ一般小于1μm。 圖1、均勻周期光纖Bragg光柵結(jié)構(gòu) 光纖布拉格(Bragg)光柵FBG傳感的基本原理如圖2所示。 圖2、光纖布拉格(Bragg)光柵傳感原理 光纖布拉格(Bragg)光柵傳感的原理是，當(dāng)一束光送進(jìn)Bragg光纖光柵時(shí)，根據(jù)光柵理論，在滿足Bragg條件的情況下，就會(huì)發(fā)生全反射，其反射光譜在Bragg波長(zhǎng)處出現(xiàn)峰值。光柵受到外部物理場(chǎng)（如應(yīng)力、應(yīng)變溫度等）的作用時(shí)，其柵距Λ隨之發(fā)生變化，從而改變了后向反射光的波長(zhǎng)。根據(jù)ΔλB變化的大小就可以確定待測(cè)部位相應(yīng)物理量的變化。 FBG好像一個(gè)窄帶的反光鏡，只反射一個(gè)波長(zhǎng)而透射其余的波長(zhǎng)。被反射的波長(zhǎng)稱為Bragg波長(zhǎng)，滿足光纖光柵的Bragg方程式，即滿足條件 (1) 式中，∧為Bragg光柵周期；neff為反向耦合模有效折射率。該方程式為光纖光柵在外界作用下Bragg波長(zhǎng)的傳感響應(yīng)提供了理論工具，即任何使這兩個(gè)參量發(fā)生改變的過(guò)程，都將引起光柵Bragg波長(zhǎng)的移位。因此，常見(jiàn)的FBG傳感器，就是通過(guò)測(cè)量布拉格波長(zhǎng)的漂移而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的檢測(cè)的。 在所有引起光柵Bragg波長(zhǎng)移位的外界因素中，最直接的是應(yīng)力、應(yīng)變參量。因?yàn)闊o(wú)論是對(duì)光柵進(jìn)行拉伸或擠壓，都將導(dǎo)致光柵周期∧的變化，并且光纖本身所具有的彈光效應(yīng)，使得有效折射率也隨著外界應(yīng)力狀態(tài)的變化而改變。據(jù)此，可用光纖Bragg光柵制成靈敏的光纖傳感器。其中，應(yīng)力引起光柵Bragg波長(zhǎng)的移位可以由下式統(tǒng)一描述 (2) 式中，ΔΛ為光纖本身在應(yīng)力作用下的彈性形變；Δneff為光纖的彈光效應(yīng)。不同的外界應(yīng)力狀態(tài)將導(dǎo)致ΔΛ和Δneff的不同變化。因此，只要檢測(cè)到反射信號(hào)中光柵Bragg波長(zhǎng)的移位ΔλB，即可檢測(cè)到待測(cè)傳感量的變化。 從彈光效應(yīng)的角度來(lái)看，光纖光柵對(duì)縱向壓力較橫向壓力更為敏感。綜合彈光和波導(dǎo)兩種效應(yīng)，光纖光柵對(duì)于均勻橫向應(yīng)力的靈敏度較縱向伸縮要小，因而在復(fù)雜應(yīng)力情況下，由縱向壓力引起的波長(zhǎng)移位將會(huì)占主要地位。 若只考慮軸向應(yīng)變(即縱向壓力)時(shí)，則引起中心波長(zhǎng)位移的相對(duì)變化為 （3） 式中， 為光纖光柵應(yīng)變靈敏度系數(shù)， 為軸向應(yīng)變。由式（3）可得 （4） 由公式（4）看出，反射波長(zhǎng)的變化與應(yīng)變成正比。也就是說(shuō)，由反射波長(zhǎng)的變化可以得到相應(yīng)的應(yīng)變力。 外界溫度改變，同樣也會(huì)引起光纖光柵Bragg波長(zhǎng)的移位。從物理本質(zhì)看，引起波長(zhǎng)移位的原因主要有：光纖熱光效應(yīng)、光纖熱膨脹效應(yīng)、光纖內(nèi)部熱應(yīng)力引起的彈光效應(yīng)。從光柵Bragg方程式(1)出發(fā)，當(dāng)外界溫度改變時(shí)，對(duì)式(2)展開(kāi)，可得到溫度變化ΔT時(shí)所引起的光纖光柵Bragg波長(zhǎng)的移位。通過(guò)理論推導(dǎo)證實(shí)，當(dāng)材料確定后，光纖光柵對(duì)溫度的靈敏度系數(shù)基本上是與材料系數(shù)相關(guān)的常數(shù)。因此，對(duì)于純?nèi)廴谑⒐饫w，當(dāng)不考慮外界因素的影響時(shí)，其溫度靈敏度系數(shù)基本上取決于材料的折射率溫度系數(shù)，而彈光效應(yīng)與波導(dǎo)效應(yīng)將不對(duì)光纖光柵的波長(zhǎng)移位造成顯著影響。故可得到下列表達(dá)式，即 （5） 式中，αn為熱光系數(shù)；αΛ為線性熱膨脹系數(shù)。對(duì)于熔融石英光纖，αn=0.86×10-5/oC，而αΛ=5.5×10-7/oC。 由式（5）可看出，反射波長(zhǎng)的變化與溫度變化ΔT成正比。即由反射波長(zhǎng)的變化可以得到相應(yīng)的溫度。對(duì)1.55μm波長(zhǎng)，可得到單位溫度變化下引起的波長(zhǎng)移位為10.8pm/oC。 三、光纖Bragg光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn) 光纖傳感器的種類較多，它能以高分辨率測(cè)量許多物理參數(shù)，與傳統(tǒng)的機(jī)電類傳感器相比具有很多優(yōu)勢(shì)：如體積小、重量輕、靈活方便、本質(zhì)防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫和無(wú)接地要求等，因此其應(yīng)用范圍非常廣泛。光纖光柵傳感器除具有一般光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)抗干擾能力更強(qiáng)，有很高的可靠性和穩(wěn)定性 FBG傳感器是以光的波長(zhǎng)為最小計(jì)量單位的，只需要探測(cè)到光纖中光柵波長(zhǎng)的移動(dòng)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，對(duì)光強(qiáng)的波動(dòng)不敏感，因而比一般的光纖傳感器具有更高的抗干擾能力。FBG傳感器是用波長(zhǎng)編碼的傳感器，光源強(qiáng)度的起伏、光纖微彎效應(yīng)引起的隨機(jī)起伏、耦合損耗等都不可能影響傳感信號(hào)的波長(zhǎng)特性，因而該傳感系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。 (2)測(cè)量靈敏度高、分辨率高、精度高，具有良好的重復(fù)性 光纖布喇格光柵(FBG)傳感器，明顯優(yōu)于普通光纖傳感器的地方是它的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，因而其測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測(cè)量?jī)x器老化等因素影響，所以測(cè)量結(jié)果具有良好的重復(fù)性。并且，由于它是以光的波長(zhǎng)為最小計(jì)量單位的，而目前對(duì)FBG波長(zhǎng)移動(dòng)的探測(cè)達(dá)到了pm量級(jí)的高分辨率，因而具有比傳統(tǒng)光纖傳感器的測(cè)量靈敏度高、精度高的特點(diǎn)。 (3)動(dòng)態(tài)范圍大、線性好，能自定標(biāo)，可用于對(duì)外界參量的絕對(duì)測(cè)量 光纖Bragg光柵傳感器，由于拉、壓應(yīng)力都能對(duì)其產(chǎn)生Bragg波長(zhǎng)的變化，因此該傳感器在結(jié)構(gòu)檢測(cè)中具有優(yōu)異的變形匹配特性，其動(dòng)態(tài)范圍大（達(dá)10000×10-6ε）和線性度好。 并且，光纖Bragg光柵傳感器避免了一般干涉型傳感器中相位測(cè)量的不清晰和對(duì)固定參考點(diǎn)的需要，在對(duì)光纖Bragg光柵進(jìn)行自標(biāo)定后，能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界參量變化的長(zhǎng)期絕對(duì)測(cè)量。 (4)能在同一根光纖內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用，便于構(gòu)成各種形式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò) 光纖Bragg光柵傳感非常適于作成多路復(fù)用式和分布式的光纖傳感器，因?yàn)樗幸子谠谕桓饫w內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用的特點(diǎn)。圖3所示即為光纖光柵傳感器在一根光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的示例。如美國(guó)的MICRON-OPTICS公司所研制的FBG應(yīng)用系統(tǒng)Si425，可同時(shí)測(cè)量多達(dá)4路512個(gè)FBG傳感器，掃描范圍50nm、分辨率1pm、測(cè)量頻率可達(dá)244Hz。 圖3、利用單根光纖實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的分布式測(cè)量 FBG型分布式傳感系統(tǒng)在應(yīng)力多點(diǎn)分布式測(cè)量中有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)完成溫度和應(yīng)力的雙參量測(cè)量，為FBG應(yīng)用開(kāi)辟了更為廣闊的前景。圖4介紹了采用WDM/TDM解調(diào)的FBG陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。顯然，這種光纖光柵傳感器，便于構(gòu)成各種形式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。 圖4、采用WDM/TDM的FBG陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (5)便于遠(yuǎn)距離(達(dá)5km以上)監(jiān)測(cè)橋梁等建筑物，能預(yù)/報(bào)警而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化 在光纖光柵應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)中，光纖光柵傳感器獲取的穩(wěn)定、高精度的應(yīng)變信號(hào)，通過(guò)光纜遠(yuǎn)程傳輸送入調(diào)制調(diào)解器，然后直接輸入計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)。這樣，可利用橋梁等建筑物結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估的專家系統(tǒng)，對(duì)橋梁等結(jié)構(gòu)作出安全（正常）和不安全就預(yù)/報(bào)警的評(píng)價(jià)，而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化。同時(shí)，還能將評(píng)估報(bào)告或橋梁等的健康狀況信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)傳輸至橋梁等管理部門，從而可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在線健康監(jiān)測(cè)的信息化管理。并且，橋梁等現(xiàn)場(chǎng)到解調(diào)儀之間僅需一根光纜連接，其距離可達(dá)5km以上，能實(shí)現(xiàn)橋梁的分布測(cè)量和集中監(jiān)測(cè)處理。 (6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)保養(yǎng)、便于擴(kuò)展與安裝 傳感探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，因其外徑和光纖本身等同，也便于擴(kuò)展與安裝，并適合各種應(yīng)用場(chǎng)合。并且，傳感系統(tǒng)自身運(yùn)行可靠、傳感元件壽命長(zhǎng)，其解調(diào)器及后續(xù)的處理設(shè)備可置于集中監(jiān)控室，避免了儀器在現(xiàn)場(chǎng)難于保護(hù)的缺點(diǎn)，便于保養(yǎng)和維修，從而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。 (7)光柵的寫入工藝已較成熟，便于形成規(guī)模生產(chǎn) 目前，光纖Bragg光柵通過(guò)紫外寫入的方法已較成熟，這種紫外寫入使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜粒子相互作用，導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久性變化，從而較容易在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，因而也便于形成規(guī)模生產(chǎn)。 (8)便于作成智能傳感器，應(yīng)用非常廣泛 光纖光柵傳感器可拓展的應(yīng)用領(lǐng)域有許多，如將分布式光纖光柵傳感器嵌入材料中形成智能材料，而便于作成智能傳感器。智能材料是指將敏感元件嵌入被測(cè)構(gòu)件機(jī)體和材料中，從而在構(gòu)件或材料常規(guī)工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其安全運(yùn)轉(zhuǎn)、故障等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，光纖和電導(dǎo)線與多種材料的有效結(jié)合是關(guān)鍵問(wèn)題之一，尤其是實(shí)現(xiàn)與紡織材料的自動(dòng)化編織。圖5展示了一件嵌入光纖和電導(dǎo)線的背心。其中光纖和電導(dǎo)線的嵌入均已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為智能型服裝的商業(yè)化解決了又一難題。 光纖Bragg光柵傳感器，可對(duì)大型構(gòu)件的載荷、應(yīng)力、溫度和振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)；光柵也可以代替其它類型結(jié)構(gòu)的光纖傳感器，用于化學(xué)、壓力和加速度傳感中。 當(dāng)前，光纖光柵傳感器被普遍認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“光纖靈巧結(jié)構(gòu)”、“光纖機(jī)敏材料”的理想器件。它在航空航天器、石油化學(xué)工業(yè)設(shè)備、電力設(shè)備、船舶結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、醫(yī)療器具、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)等都有廣泛的應(yīng)用。 圖5、智能背心 四、光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理 光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)是利用激光、光纖傳感和光通信等高科技技術(shù)構(gòu)建的安全報(bào)警系統(tǒng)，是一種對(duì)威脅公眾安全的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警的現(xiàn)代防御體系。它是基于光纖Bragg光柵分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于周界監(jiān)控防護(hù)的新系統(tǒng)。 光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理如圖6所示。 圖6、光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理 由圖6可見(jiàn)，這種系統(tǒng)是利用單根光纖（光纜）作為傳感傳輸二合一的器件，通過(guò)對(duì)直接觸及光纖（纜）或通過(guò)承載物，如覆土、鐵絲網(wǎng)、圍欄、管道等，傳遞給光纖（纜）的各種擾動(dòng)，以進(jìn)行全程任意點(diǎn)全天候不間斷地持續(xù)和實(shí)時(shí)的監(jiān)控。 系統(tǒng)的工作原理是，采集侵入擾動(dòng)的波長(zhǎng)調(diào)制數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)傳輸光纖送入監(jiān)控室后端波長(zhǎng)移動(dòng)解調(diào)裝置解調(diào)，經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)分析處理和智能識(shí)別，判斷出不同的外部干擾類型：如對(duì)非危害性環(huán)境干擾如雷鳴、鞭炮、汽車?guó)Q響、雨聲等能進(jìn)行識(shí)別，做出無(wú)害判斷；還能識(shí)別如攀爬鐵絲網(wǎng)、按壓圍墻、禁行區(qū)域的奔跑或行走，以及可能威脅周界建筑物的機(jī)械施工等。因此，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警或?qū)崟r(shí)告警，從而達(dá)到對(duì)侵入設(shè)防區(qū)域周界的威脅行為進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)的目的。為了精確定位，只需獲取光纖的準(zhǔn)確長(zhǎng)度，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將光纖長(zhǎng)度距離換算為實(shí)際距離，在報(bào)警信息中得到準(zhǔn)確可靠的定位精度，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全保障系統(tǒng)的定位報(bào)警功能。通過(guò)系統(tǒng)提供的入侵地點(diǎn)的位置，還可以聯(lián)動(dòng)CCTV攝像監(jiān)控進(jìn)行聲光報(bào)警或派遣人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理。 對(duì)于局部高危區(qū)域，系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音監(jiān)聽(tīng)和記錄。該功能完全無(wú)需采用電或金屬的傳感器，僅用光纖即可實(shí)現(xiàn)，從而豐富了用單一光纖實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能和防護(hù)等級(jí)。 五、智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決及應(yīng)用 (1)智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決法 在判斷有威脅侵入行為發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)光信號(hào)調(diào)制的分析，可以實(shí)時(shí)對(duì)侵入行為發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行定位，從而便于安保人員對(duì)目標(biāo)明確地及時(shí)采取有效措施，以制止侵入行為后續(xù)事件發(fā)生。 為了解決基于FBG傳感器的光纖圍欄報(bào)警系統(tǒng)中，多個(gè)FBG傳感器在同時(shí)受擾時(shí)，定位報(bào)警信號(hào)難，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的有效識(shí)別和判斷的問(wèn)題，可以利用一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)和小波包特征熵算法的分析方法來(lái)解決。這種利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法對(duì)于信號(hào)的突變性敏感和有效保留，以及其特有的自適應(yīng)性分解特性，首先對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，再結(jié)合小波包分解，得到小波包系數(shù)提取其信號(hào)的能量分布，再做歸一化得到信號(hào)的能量分布特征向量，最后運(yùn)用相關(guān)性分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的識(shí)別和判斷。這樣，通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)采集到的報(bào)警信號(hào)做了分析，證明了該方法對(duì)于解決光纖圍欄報(bào)警系統(tǒng)中FBG傳感器的級(jí)聯(lián)判斷報(bào)警信號(hào)的有效性。 (2)光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用 光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)，能沿光纖敷設(shè)區(qū)域全程任意點(diǎn)全天候不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。它可根據(jù)各種周界的不同需要，而采用不同的光纜敷設(shè)方式：如隱蔽地埋、圍欄、圍墻敷設(shè)，明敷、隱蔽敷設(shè)皆可。 ①用于作長(zhǎng)距離邊界的警戒系統(tǒng) 如重要國(guó)境線、保稅區(qū)隔離帶、海關(guān)港口等長(zhǎng)距離大范圍防止侵入或越境的場(chǎng)所警戒。特別是崇山峻嶺、沙漠荒野、人工巡邏查檢十分不易的場(chǎng)所，敷設(shè)這種光纖警戒線。 ②用于作重要設(shè)施的周界安全防衛(wèi) ◆軍事要地、國(guó)防設(shè)施：如部隊(duì)、機(jī)場(chǎng)、軍港、導(dǎo)彈/火箭發(fā)射基地、雷達(dá)、通訊站點(diǎn)； ◆國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要設(shè)施：電力站、變電所、文博館、金融庫(kù)房、體育場(chǎng)館； ◆易燃易爆場(chǎng)所的防衛(wèi)：油庫(kù)、氣站、油氣儲(chǔ)存罐區(qū)、炸藥庫(kù)等； ◆重要防護(hù)場(chǎng)所：監(jiān)獄、學(xué)校、水庫(kù)、工業(yè)廠礦、重要住宅區(qū)等。 ③用于作石油天然氣管線的防護(hù)（防開(kāi)挖、防偷盜、防破壞） ④用于作通訊電力線纜的防護(hù)等。 由上述介紹可知，基于長(zhǎng)距離準(zhǔn)分布式FBG傳感器的光纖圍欄作為一種新型的安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅具有抗電磁干擾、抗腐蝕、易復(fù)用的特點(diǎn)，而且FBG技術(shù)成熟、成本較低、報(bào)警定位精確等優(yōu)勢(shì)，在安防領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，也是將來(lái)智能安防監(jiān)測(cè)的主流發(fā)展方向。 當(dāng)布置的光纖Bragg光柵傳感光纖受到外界入侵后，使光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)發(fā)生變化，而引起光強(qiáng)突變，從而觸發(fā)了報(bào)警。當(dāng)然，在安全技術(shù)防范系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)最好要同時(shí)經(jīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)復(fù)核，再驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警，以提高安防系統(tǒng)的可靠性。 基于準(zhǔn)分布式的FBG傳感技術(shù)已經(jīng)用于橋梁、建筑的健康監(jiān)測(cè)等方面，其傳感原理是通過(guò)外界參量如溫度、應(yīng)力等對(duì)Bragg中心波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)外界引起FBG 溫度、應(yīng)力改變時(shí)都會(huì)導(dǎo)致光柵周期和折射率發(fā)生變化，從而引起反射波長(zhǎng)的變化。與其他相比采用FBG的優(yōu)點(diǎn)包括：復(fù)用能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離準(zhǔn)分布式的周界監(jiān)測(cè)；抗電磁干擾、抗腐蝕能力強(qiáng)，適用于惡劣的環(huán)境中；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易與其他材料結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)；以光纖為傳感介質(zhì)的入侵監(jiān)測(cè)隱蔽性強(qiáng)等。而且波長(zhǎng)解調(diào)并且成本越來(lái)越低，為該系統(tǒng)的實(shí)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 基于光纖Bragg光柵傳感的智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)是，簡(jiǎn)單高效、安裝便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本較低，且靈敏度還可以根據(jù)實(shí)際的安裝環(huán)境變化而調(diào)整，很方便用戶。因此，在它轉(zhuǎn)化定型生產(chǎn)后，將非常適合于大中小型的周界圍欄布防用戶的使用，在市場(chǎng)上定會(huì)得到迅速普及推廣。 |
