万超

摘 要 2016年《中华人民共和国反恐怖主义法》的实施，国家对安防的重视加深，市场各种周界安防类产品，得到了快速的发展。其中光纤传感技术在周界安防系统的应用，因其前端探测器无源，节约能源，探测精度高，响应快，技术新颖而受到各类客户的青睐。本文针对光纤传感技术中的一类，即光纤光栅传感技术，分析其原理并与其它周界安防技术做对比，分析优缺点，通过案例说明光纤传感技术在周界安防系统应用前景。

【关键词】光纤传感技术 光纤光栅 周界安防

1 光纤光栅传感技术原理介绍

1978年，加拿大通信研究中心 K.O.Hill 发明光纤光栅技术。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，栅区位于纤芯内部，长度10mm左右。实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输（如图1）。

当探测器受外界力作用时，悬挂于光纤光栅上的质量块依据力度大小以相应幅度和频率进行受迫振动，从而引起布拉格波长发生变化。通过测量波长变化量，来实现对入侵事件进行判断。如图2。

近几年技术快速发展，光纤光栅传感器自动化生产已走向成熟，产品供应稳定，为市场上大规模应用提供了基础。图3为自动化生产设备。

2 各类周界安防技术原理与优缺点分析

目前市场常见的周界安防产品主要有以下几类：

2.1 红外对射探测器

红外对射全名叫“光束遮断式感应器”（Photoelectric Beam Detector），其基本的构造包括瞄准孔、光束强度指示灯、球面镜片、LED指示灯等。其侦测原理乃是利用红外线经LED红外光发射二极体，再经光学镜面做聚焦处理使光线传输出去，此光束为脉冲光束，由受光器接受。当光线被遮断时就会发出警报。红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去会形成圆锥体光束，故传输距离有限。常见的红外对射有两光束、三光束、四光束，其防区距离一般为40米到250米。

系统优缺点；

（1）系统造价低，架构简单，技术接收度高。

（2）全密封防雨、雾、尘、虫等的一体化结构设计，可在恶劣天气下使用。

（3）可全天候工作，对强光不敏感。

（4）具备防拆报警功能。

（5）系统误报高，当有树叶等物体遮挡时，容易产生误报。

（6）需经常性维护，调整对射角度，否者无法正常工作。

（7）前端需有源供电，容易受电磁干扰，不适用于有防爆要求的场所。

2.2 微波探测器

微波传感器的原理：由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被反射，利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。运用微波侦测原理，可在检测区域形成一个椭圆型警戒空间监视区，当可疑人员进入监视区时，雷达测出可疑人员信号后，通过通信网络发送到后台控制中心，发出报警信号。

系统优缺点：

（1）系统结构简单，隐蔽性好，安装方便。

（2）探测器探测区域为立体空间，且有效距离远，防护范围大。

（3）微波受外界干扰小，适合各种天气。

（4）微波探测器，需安装在空旷，直线位置。如转弯较多，需加装探测器。

（5）微波探测器如安装于有树木或外界干扰的区域，容易产生误报。

（6）前端需有源供电，容易受电磁干扰，不适用于有防爆要求的场所。

2.3 双鉴探测器

为了克服单一技术探测器的缺陷，通常将2种不同技术原理的探测器整合在一起，只有当2种探测技术的传感器都探测到人体移动时才报警的探测器称为双鉴探测器。双鉴探测器通常是多普勒微波和被动红外波相结合的探测器，这样可以有效地降低误报率，因为一个报警信号的产生必须同时满足两种传感器的条件。

系统优缺点：

（1）适合各种天气下使用，适用温度范围大。

（2）架构简单，安装方便，能耗小，造价低。

（3）误报率相对较低。

（4）有效探测距离短，仅适合小范围使用。

（5）对有树木等外界侧挡的地方不适用

（6）易受电磁干扰，不适用与强电与易燃易爆区域。

2.4 光纤光栅振动传感器

光纤光栅作为一种新颖的技术，其原理为输入光传输到光纤光栅传感器时，会反射回特定波长的光，当传感器受到扰动时，光纤光栅传感器的中心栅距发生变化，反射光的中心波长也会发生变化。对发生变化的中心波长进行分析后，进行报警输出，如图4所示。

系统优缺点：

（1）系统精度高，报警位置准确，响应时间短。

（2）探测信号采用光传输，系统稳定信号，基本免维护。

（3）适用于各类恶劣极端天气，并能全天候实用。

（4）系统前端探测部分无源，本质防爆，适合易燃易爆场所。

（5）系统安装要求低，前端探测缆为柔性材料，可适当弯曲。

（6）技术新颖，市场对此技术了解不够。

（7）探测器不能任意弯曲，不适用与长期开关的大门处。

3案例说明

周界安防系统一般来说，应具有如下特点：

（1）安装方便，美观，对周围环境要求低。

（2）适合各种天气，能全天候使用，抗电磁干扰，并少维护。

（3）低误报，无漏报，响应速度快。

基于以上要求，某政府大院，坐落于闹市区，周围环境复杂。根据现场环境，使用了一套光纤光栅周界安防系统，传感器间距根据现场定制，为3-8米，无盲区死角，采用隐蔽的安装方式进行，安装后围墙外观无异常。在安装不久，一名小偷翻越围墙准备进入盗窃，光纤光栅周界安防系统迅速示警，值班人员通知现场守卫，成功将小偷抓获。避免经济遭受损失。

4 总结

通过对市场常见的周界安防系统进行介绍比较，光纤传感器较传统探测器相比技术新颖，应用在周界安防系统中具有一定优势，其主要体现在：能沿着任何地形铺设；均衡的探測灵敏度；不受电磁、无线电信号干扰、不受雷电干扰、具有数字信号处理能力、误报率低、总成本较低等特点。因此，光纤传感器在未来的周界安防的应用会越来越广泛。

参考文献

[1]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2]廖延彪.光纤光学[M].北京：清华大学出版社，2000.

作者单位

武汉理工光科股份有限公司 湖北省武汉市 430223