[00140898]基于光纤传感原理的分布式周界安防系统

1、课题来源与背景 基于光纤传感原理的分布式周界安防系统是公共安全领域周界安防技术发展的主流方向。系统具有结构简单、稳定性高、抗干扰能力强、不受外界环境影响等有点,已越来越引起人们的关注。该系统可用来实时监测银行、学校、工业园区、居民小区等场所的非法入侵情况,实现对国家财产、生命安全进行有效保护。由于该系统有着传统的周界安防系统无法相比的优势,成功开发后将迅速推向周界安防市场,在银行、学校、工业园区、居民小区等场所广泛应用。 在光纤振动传感技术的研发和产业化方面,现阶段我们的专利数量暂居全国第一。我们是国内第一个进行多点定位型分布式光纤振动传感技术研发和产业化的团队,同时我们已经完成了多项光纤传感产品的研发和产业化。在光纤传感周界安防系统技术方面,公开的资料显示英国的Sensa公司和美国的Fiber SenSys公司整体实力比我们强。 2、技术原理及性能指标 基于光纤瑞利后向散射光自干涉机理开发了分布式光纤周界安防系统,实现了长距离分布式周界入侵探测和报警。完成了光纤周界安防系统的硬件、软件设计和开发,系统测量距离达到34.31公里,侧向传感距离达到110厘米。 3、技术的创造性与先进性 本项目从测量距离、定位精度、事件识别和系统设计四个方面着手,对基于光纤传感原理的分布式周界安防系统进行技术攻关。分析激光的中心波长、光谱宽度、光脉冲宽度、脉冲峰值功率,光电探测模块的动态范围、响应度,数据采集模块的采样率、采用分辨率等参数与系统性能的关系,总结一套测量距离、定位精度和事件识别率的提高方法,开发一款高性能、高稳定性的分布式光纤周界安防系统,系统结构图如附件1所示。 首先,研究激光的中心波长、峰值功率、光脉冲宽度、光脉冲幅度等参数对系统测量距离和振动灵敏度的影响,总结提高激光干涉效果的关键工艺技术; 其次,分析光电探测器的响应度、灵敏度、动态范围等参数对系统测量距离和灵敏度的影响,总结提高光电检测灵敏度和动态范围的关键工艺技术; 再次,优化数据采样模块的采样率、采样位数等参数对系统定位精度的影响,总结提高系统定位精度的方法; 然后,对振动事件数据进行时域、频域算法处理,提取振动事件的时域、频域特征参数,总结提高振动事件识别率的关键工艺技术; 最后,优化系统设计,完成高性能、高稳定性的分布式光纤周界安防系统的开发。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目已经完成了分布式光纤周界安防系统的样机开发,后续将进一步进行系统的产业化应用开发。通过本项目对基于光纤传感原理的分布式周界安防系统关键技术研究和开发。从系统测量距离、定位精度、事件识别等指标进行技术攻关,提升了测量距离、定位精度,掌握系统关键技术,开发出了一套新型高性能分布式光纤传周界安防系统。该项技术的成功开发,解决了安防领域的技术难题,提升公共安全技术水平,维护社会稳定。同时,也提高了我省安防产品的档次,增强了我省光电产业的核心竞争力。由于该分布式周界安防技术有着传统的周界安防技术无法相比的优势,本项目产业化后将迅速进入安防市场,替代传统的周界安防产品,因此本项目有着广阔的市场应用前景。 5、应用情况及存在的问题 在实际应用中,由于测量距离比较长,大多数情况下测量距离都是在30公里以上。为了能很好地提取和定位振动信号,数据采集模块的采用参数为100MHz/14bit,对应着传感光纤长度分布方向上为1米一个采样点。同时,为了能实现对1kHz频率范围内振动事件进行探测,注入到光纤中脉冲的重复频率应高于2kHz。按照这样的条件计算,则每秒就有6×10^7个数据点。每个数据点占2个字节,这样在1秒钟内采集到的数据就有120MB。同时,分布式光纤振动传感器是一个实时的系统,即需要在0.5ms内对所采集的振动数据进行实时分析和处理。这种情况下计算处理数据的压力非常大,下一步我们将在底层硬件中采用粗扫描+精细扫描的方式对振动信号进行处理,通过FPGA对原始数据进行粗扫描,找到有振动信号的位置,在把振动信号送给计算机进行处理。