光纖分布式振動檢測系統(tǒng)

  背景介紹

  隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，安防問題日顯突出，人們對安防的要求也越來越高。尤其對于重點保護設施、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。基于φ-OTDR原理的分布式光纖振動傳感技術以其分布式、長距離、可定位的獨特優(yōu)勢，加上光纖傳感技術自身的抗電磁干擾、功耗小、布設靈活、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、通信鏈路安全預警等應用領域。

  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），并在上述領域得到廣泛應用。

  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聲子藕合而產(chǎn)生，拉曼散射是光子與由介質分子振動產(chǎn)生的光學聲子相互作用而產(chǎn)生。三種散射光強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就是利用后向瑞利散射光進行振動探測，利用光時域反射技術來進行振動事件定位，其基本原理為：窄線寬光源發(fā)射連續(xù)光，經(jīng)過聲光調制器調制成脈沖光，脈沖光經(jīng)過光纖放大模塊進行放大后進入傳感探測光纜中，返回的瑞利散射信號光經(jīng)環(huán)形器進入光電探測模塊，實現(xiàn)光信號到電信號的轉換，再由數(shù)據(jù)采集單元和信號處理單元進行數(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)的兩大構成是振動探測光纜和信號處理主機進行了深入的研究，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先的預制棒、光纖和光纜制造商，在特種光纖及特種光纖在傳感應用領域也深耕多年，并結合自身在特種光纖光纜及光纖傳感領域的優(yōu)勢，研發(fā)了多款應用于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型DAS光纖，可有效增強瑞利散射信號及光纜的振動探測靈敏度；2）應用于掛網(wǎng)場景的特種振動光纜，通過獨特結構設計可有效降低因大風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)秀的機械性能，保證光纜在埋地環(huán)境下能具備良好的光學性能和壽命；

  振動探測主機

  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)利用相干探測技術和偏振分集接收技術可實現(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)事件提前預警

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

  2)智能化報警顯示

  導入定制電子地圖，可精確對應地圖標出報警點位置，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、振動強度等多維度進行報警參數(shù)設置

  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；

  典型應用

  在不斷進行技術研發(fā)與突破創(chuàng)新的同時，長飛公司也在多個領域實現(xiàn)了DVS系統(tǒng)的示范性應用：

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

  甘肅某水利管線屬當?shù)刂攸c民生工程，用于解決當?shù)剞r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，對沿供水管道同溝并行敷設的光纜進行實時分區(qū)監(jiān)測。同時在倒虹吸段，進行重點部位的管道變形和管道泄露監(jiān)測。當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）中定位和標示出事故點所在區(qū)間，便于管道維護人員及時檢修與處理，避免重大事故的發(fā)生。

  2）長飛助力山西某機場建設智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)

  在機場信息化與智能化建設的大背景下，該機場推動智能化安防監(jiān)控建設，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。機場周界長度約9公里，由于一側靠近馬路，無法提前對過往車輛進行入侵預警，時常出現(xiàn)圍欄被撞壞的情況；另外幾側有農民田地，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行及時處理即可，極大地提高機場安防的高效性和實時性，為機場安全保駕護航。

  同時在長期運行過程中也可對圍網(wǎng)的狀態(tài)進行反饋，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)破壞事件也能進行提前預警和及時示警，方便進行及時處理，保證圍網(wǎng)安全。