光纤周界安防技术研究现状及应用前景
时间：2021-01-04 12:03:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】 本文主要介绍了Sagnac干涉型光纤安防系统、M-Z干涉型光纤安防系统、OTDR技术光纤周界安防技术和基于光纤光栅传感技术的光纤周界安防技术原理，并进行相互比较对比各自优劣。
【关键词】 光纤技术 安防应用
伴随着安防技术的飞速发展，现代人的安防意识不断提高，传统的基于电类传感器的周界安防系统已不能满足人们高标准的物质需求。由于光纤具有易于组网、耐腐蚀性强、稳定性好以及能长距离传输等特点，研发人员早就将光纤应用于周界安防技术。
一、光纤周界安防技术研究现状
与电类传感器比较，光纤传感器应用于周界安防，主要有以下几个无法超越的优点：耐腐蚀、抗干扰、无源、监测长度广、抗雷击电击、体积小、便于野外敷设。而且能适用于各种恶劣自然环境，而且光纤本身不仅是传输通道还能做传感器，更能够实施长距离探测。
1.1 Sagnac干涉型光纤安防系统
整个光路的组成为一个光纤环，耦合器把光分为2束，分别沿相反方向传输，最后在耦合器内产生干涉。当光纤受到外力作用时，返回的光信号相位将发生改变，在检测和解调后，可确定相位差。由此可见，虽然灵敏度较高，但对慢变化振动产生的相位调制不明显，信噪比不能进一步提高，在实际应用中是一个难以克服的问题。
1.2 M-Z干涉型光纤安防系统
系统是在光相移检测器技术基础之上，相干光束在通过耦合器之后被一分为二，分别在传感臂和参考臂内部进行传播，当有细微振动产生在信号臂上时，其内部的传播光波被施加了相位调制，光束之间被引入相位差。在解调干涉光强度后，能够获取原始振动引发的相位调制信号。不难得出，相位调制频率跟外力作用点的位置毫无关系。在实际应用中，由于存在误差，信号臂的臂长不能和参考臂一模一样，并且两个臂长还会随着环境的变化而发生改变，所以出现的相位漂移的难题还无法解决，干涉输出的幅值会出现衰落现象。目前，由澳大利亚的FutureFiber Technology公司所研制的基于Mach-Zehnder干涉技术传感系统已经在市场上出现运用。
1.3 OTDR技术的光纤周界安防技术
当前主要技术支撑是在B—OTDR以及Φ—OTDR还有P—OTDR技术的基础上建立的。其原理不同于干涉效应，主要是通过对入侵前后功率谱曲线进行相互比较获，从而获取入侵点具体信息。整个系统设计仅仅需要一根光纤，距离大多以公里为单位，长达几十公里，在同一端口监测，能够直接对入侵位置进行定位。从技术层面来看，OTDR的脉冲宽度直接影响其空间分辨率。其中Φ—OTDR技术目前比较成熟，已被广泛应用。
1.4基于FBG传感技术的光纤周界安防技术原理
FBG即光纤光栅传感器，由于其不仅具备光纤传感器的优点，还能被封装制作成不同应用类型的传感器，因此，是近几年来运用最为广泛的新型光纤传感器之一。目前，FBG传感器已经广泛应用于应变、温度、压力、振动声波、速度加速度和位移等物理量的测量，正是由于FBG传感器应用范围广、测量参数多，可以完美解决周界安防系统中多参量测量的难题，其已经成为光纤周界安防系统中最成功应用的传感器。
其工作原理为：当作用在FBG上的参数发生改变时，必然会导致有效折射率以及光纤光栅周期等自身参数改变，谐振波长随之产生改变，对波长的移动量进行测量就能直接获取被测参数的改变。FBG的最大特点就是波长解码，它的传感信号采用裤长调制方式，光源光功率的变化以及光纤耦合器导致的光损耗不会影响到其波长的变化。主要特点可以概括为：智能感知、分布式检测、监测多个参数、响应速度快、可拓展性。
二、光纤周界安防技术的运用前景
美国在“911”事件爆发后，率先加大了周界安防预警领域的研发力度，进而带动了世界各国。主要是对军事基地、军用民用机场、石油天然气场站等要害部门加重投资金额，以期进一步提高周界安防预警系统效能。据IMS研究调查报告指出，在世界市场中周界安防系统每年同比上升8%的速度不断飙升。尤其是在非洲、中东等天然气和石油的原产地，光纤类的安防应用产品需求量激增；在东欧随着核电站数量的不断增加，用来防止恐怖主义袭击的周界安防类产品也存在较大市场；在美洲则主要集中在对国防边界线等基础设施的应用上；截至目前，亚洲市场为全世界需求量最小的，大多均自给自足，由本土企业供货。
随着改革开放进入深水区，人民生活日益改善，国人对安防需求量也越来越大，要求也层出不穷。在《中国安防行业“十一五”发展规划指导思想》中就明确指出，“十一五”期间安防产业年增长率要达到20%以上。大多数专家也相继指出，我国安防市场的年需求量也将以超过20%而不断递增。特别是在国境线的安全、通信光缆电缆保护、机场的安检、油气储运等方面，周界安防产品还存在较大市场潜力。
三、总结
本文深入剖析了多种光纤周界安防系统的优缺点，对比分析了其自身存在的优缺点。光纤周界安防系统在不久的将来，必然会凭借性价比高、灵敏度高、稳定性高等特点，创造出更大的社会价值和经济效益。
