光纖分布式振動檢測系統(tǒng)

  背景介紹

  隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，安防問題日顯突出，人們對安防的要求也越來越高。尤其對于重點保護(hù)設(shè)施、重要科研單位、邊境線、輸油氣及供水管道等的安全防范顯得尤為重要，一旦發(fā)生入侵或者破壞行為將給企業(yè)、社會甚至國家?guī)碇卮髶p失?；讦?OTDR原理的分布式光纖振動傳感技術(shù)以其分布式、長距離、可定位的獨特優(yōu)勢，加上光纖傳感技術(shù)自身的抗電磁干擾、功耗小、布設(shè)靈活、成本較低等優(yōu)勢，特別適用于重點區(qū)域周界安防、油氣管道防盜挖監(jiān)測、通信鏈路安全預(yù)警等應(yīng)用領(lǐng)域。

  基于上述需求和優(yōu)勢，長飛公司開發(fā)出光纖分布式振動傳感系統(tǒng)（DVS），并在上述領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

  DVS概述

  一般而言，光在光纖中傳輸時會產(chǎn)生三種散射：瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射。其中瑞利散射是一種彈性散射，其散射光頻率與入射光頻率一致，是由于光纖在制備過程中都會存在的微觀折射率不均勻造成的；布里淵散射和拉曼散射都是非彈性散射，散射光頻率相對于入射光會產(chǎn)生一定偏移，布里淵散射是由電致伸縮引起的光子和聲學(xué)聲子藕合而產(chǎn)生，拉曼散射是光子與由介質(zhì)分子振動產(chǎn)生的光學(xué)聲子相互作用而產(chǎn)生。三種散射光強(qiáng)度的大小依次為瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射。

  而基于φ-OTDR原理的分布式光纖振動傳感技術(shù)就是利用后向瑞利散射光進(jìn)行振動探測，利用光時域反射技術(shù)來進(jìn)行振動事件定位，其基本原理為：窄線寬光源發(fā)射連續(xù)光，經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制成脈沖光，脈沖光經(jīng)過光纖放大模塊進(jìn)行放大后進(jìn)入傳感探測光纜中，返回的瑞利散射信號光經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入光電探測模塊，實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，再由數(shù)據(jù)采集單元和信號處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，最終輸出振動信號。

  長飛公司對光纖分布式振動傳感系統(tǒng)的兩大構(gòu)成是振動探測光纜和信號處理主機(jī)進(jìn)行了深入的研究，形成自身的獨特優(yōu)勢。

  長飛DVS系統(tǒng)特性

  振動探測光纜

  長飛光纖光纜股份有限公司作為全球領(lǐng)先的預(yù)制棒、光纖和光纜制造商，在特種光纖及特種光纖在傳感應(yīng)用領(lǐng)域也深耕多年，并結(jié)合自身在特種光纖光纜及光纖傳感領(lǐng)域的優(yōu)勢，研發(fā)了多款應(yīng)用于DVS系統(tǒng)的特種光纖與光纜，包括：1）用于高靈敏度探測場景的瑞利散射增強(qiáng)型DAS光纖，可有效增強(qiáng)瑞利散射信號及光纜的振動探測靈敏度；2）應(yīng)用于掛網(wǎng)場景的特種振動光纜，通過獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計可有效降低因大風(fēng)大雨等天氣帶來的誤報，同時不影響入侵事件的振動探測；3）埋地用的振動光纜，具備更優(yōu)秀的機(jī)械性能，保證光纜在埋地環(huán)境下能具備良好的光學(xué)性能和壽命；

  振動探測主機(jī)

  長飛光纖光纜股份有限公司基于φ-OTDR原理開發(fā)的分布式振動探測系統(tǒng)利用相干探測技術(shù)和偏振分集接收技術(shù)可實現(xiàn)全測量段高靈敏度高信噪比的振動探測，同時通過對信號處理技術(shù)的深入研究，實現(xiàn)低誤報零漏報的報警處理。具體優(yōu)勢如下：

  1)事件提前預(yù)警

  獨創(chuàng)模式識別算法，有效抑制環(huán)境干擾，提前準(zhǔn)確預(yù)警；

  2)智能化報警顯示

  導(dǎo)入定制電子地圖，可精確對應(yīng)地圖標(biāo)出報警點位置，方便及時處理；

  3)振動曲線顯示

  系統(tǒng)可以實時顯示整個光纜的振動信號分布曲線；

  4)分區(qū)事件報警

  軟件層面配置報警分區(qū)，靈活多變；

  5)多維度報警設(shè)置

  靈活配置報警參數(shù)，可通過振動信號持續(xù)時間、振動信號分布范圍、振動強(qiáng)度等多維度進(jìn)行報警參數(shù)設(shè)置

  6)歷史統(tǒng)計分析

  提供歷史振動數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能；

  典型應(yīng)用

  在不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與突破創(chuàng)新的同時，長飛公司也在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了DVS系統(tǒng)的示范性應(yīng)用：

  1）長飛助力甘肅某水利管線建設(shè)智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)

  甘肅某水利管線屬當(dāng)?shù)刂攸c民生工程，用于解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)田澆灌、居民飲用等多種需求，管線線路全長94.42千米,總投資14.81億元。其中管道智能化監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及70km供水管道安全監(jiān)測，通過采用分布式光纖振動傳感技術(shù)，對沿供水管道同溝并行敷設(shè)的光纜進(jìn)行實時分區(qū)監(jiān)測。同時在倒虹吸段，進(jìn)行重點部位的管道變形和管道泄露監(jiān)測。當(dāng)通訊光纜被挖斷或管道局部出現(xiàn)異常狀況時，系統(tǒng)能及時捕獲這些異常信號，并在地理信息系統(tǒng)（GIS）中定位和標(biāo)示出事故點所在區(qū)間，便于管道維護(hù)人員及時檢修與處理，避免重大事故的發(fā)生。

  2）長飛助力山西某機(jī)場建設(shè)智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)

  在機(jī)場信息化與智能化建設(shè)的大背景下，該機(jī)場推動智能化安防監(jiān)控建設(shè)，擺脫人工巡檢效率低、無法對所有位置實施24小時全天候監(jiān)控的問題。機(jī)場周界長度約9公里，由于一側(cè)靠近馬路，無法提前對過往車輛進(jìn)行入侵預(yù)警，時常出現(xiàn)圍欄被撞壞的情況；另外幾側(cè)有農(nóng)民田地，可能發(fā)生牛羊或人為入侵等情況，造成安全隱患。

  項目完成后，實現(xiàn)了在值班室即可完成對整個機(jī)場周界7×24小時全天候安防監(jiān)控；智能入侵報警、自動斷纖報警、聲光報警等功能可保證值班人員無需時刻監(jiān)視，只需要對報警信息進(jìn)行及時處理即可，極大地提高機(jī)場安防的高效性和實時性，為機(jī)場安全保駕護(hù)航。

  同時在長期運行過程中也可對圍網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行反饋，根據(jù)振動信號的狀態(tài)可判斷出每個防區(qū)圍網(wǎng)的牢固情況，及時處理松弛圍網(wǎng)。

  另外，對于圍網(wǎng)破壞事件也能進(jìn)行提前預(yù)警和及時示警，方便進(jìn)行及時處理，保證圍網(wǎng)安全。