一种新型光纤光栅围栏防火防入侵同步预警系统
光纤光栅技术在周界入侵报警系统中的运用分析
光纤光栅技术在周界入侵报警系统中的运用分析
光纤栅技术是一种新型的无线入侵报警系统，在最近几年受到了广泛关注。
它利用独特的光纤栅布线设置，可以有效检测、屏蔽外界干扰，实现周界安全防护。
一、安全护栏外围入侵报警系统，光纤光栅技术
光纤光栅技术是一种新型无线周边安全入侵报警系统，它是通过一组有序的光栅布线，将安全护栏外围的一定区域内的任何物体及动态，通过光纤光栅传感器传感器实现从线路发出信号，当有任何物体进入或触碰到布线时，信号就会发出，实现安全报警。
二、优势与应用
（1）光纤光栅技术具有可靠性高、安装简单、维护成本低、稳定性强等特点，用于安全防范报警系统比较理想。
（2）光纤光栅技术抗干扰性强，可以有效抵抗无线电波的干扰，通过双模传输，实现精确的防区报警，有效保障安全护栏的安全性。
（3）光纤光栅技术可以实现防区的无缝对接，有效避免由于传感器安装不当导致的保护区域漏洞。
（4）该技术能够有效检测细微的动态，比如车辆、散步等，可以及时报警。
三、结论
通过上述分析，可以看出光纤光栅技术在周界安全入侵报警系统中具有一定的优势，比如可靠性高、安装简单、抗干扰性强、稳定性强等。
一种光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统
一种光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统传统的周界安防或围栏报警系统：如主动红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆、电子围栏、电网等，虽为安全技术防范做出了一定的贡献，但受一些客观技术条件等因素所限，还存在着一定的缺陷。
而利用光电技术中的新型光纤传感技术做成的周界围栏报警系统具有非常明显的技术优势。
本文介绍传统周界围栏报警系统的缺陷及光纤传感的优势，光纤Bragg光栅传感器的原理、优点，基于光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统的组成及工作原理，系统多处侵入定位报警的解决法及其应用与市场前景等。
一、光纤传感技术与周界围栏报警系统比较多年来，传统的周界安防或围栏报警系统：如主动红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆、电子围栏、电网等，为安全技术防范做出了一定的贡献。
但是，受一些客观技术条件等因素所限，还存在着一定的缺陷：如主动红外对射的围栏报警系统，易受地形条件的高低、曲折、转弯、折弯等环境限制，而且它们不适合恶劣气候，容易受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响，易出现误报率；再如泄露电缆、振动电缆、电子围栏、电网等围栏报警系统，均属于有源的电传感，系统功耗很大；且电子围栏、电网等又有一定危害性；它们又易受电磁干扰、信号干扰、串扰等，而使灵敏性下降，误报率、漏报率上升等。
与上述周界安防或围栏报警系统相比，利用光电技术中的新型光纤传感技术做成的周界安防或围栏报警系统具有非常明显的技术优势：(1)抗电磁干扰，电绝缘性好、安全可靠，耐腐蚀、化学性能稳定，因而完全不受雷电影响，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰等场所下工作；(2)体积小、重量轻，几何形状可塑，传输损耗小，传输容量大，具有非常好的可靠性和稳定性；(3)不仅能发现外界扰动，而且可确定外界扰动的位置，系统具有成本低、结构简单、便于扩展与安装容易；(4)无辐射、无易燃易爆材料，既防水又环保；(5)能源依赖性低，可大大节省供电设备与线路的成本，适合长距离使用；(6)可根据被测对象的情况选择不同的检测方法，再加上其对被测介质影响小，所以它非常有利于在结构检测等具有复杂环境的领域中应用等。
一种新型的光纤围栏报警系统结构及共安装工艺
纤 围栏 报警系统 ，定位精度能达 到２ 米 ，误报率在３ ５ ％ 以内。但是由于这些技术 刚刚 由军用转 向民用 ，各 国虽 然逐步 向中国开放其产品 ，但价格 昂贵 ，还无 法在 国内 进行大范围推广 。另一方面 ，该技术还存在许 多保密 因 素 ，更增加了其在推广 、使用和维护方面 的困难。本文 提 出一种新型的短距离 、低成本 、易安装维护实用性强 的光纤围栏报警系统 ，并对其实际应用给 出了几种实用 的安装工艺 。
槽 内，其防护面积就显得很小 ；同时 ，有人人侵时 ，其
反应灵敏度也稍低 ，入侵后对铝合金槽产生 的损坏也是 不可逆的 ；安装 时，支架之 间的间隔对入侵灵敏度和误 报有很大的影 响 ，间隔太近 ，铝合金槽 固定太牢 ，会 时 而监测不到有入侵 ，产生漏报 ；间隔太远 ，由于地面的
信息 系统 工程 Ｉ２ １．． ０２４２ ０ ５１
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一
种新型的光纤围栏报警系统结构及共安装工艺
◆陈 俊 李 成 刘永利
摘要 ：光纤围栏是一种将光 纤作为传感煤质 的传感 系统，在传感光纤铺设 范围
内，能对突发事件进行远程和 实时的监测 ， 本文基 于可行 的技术原理提 出了一种新
根据光缆 的外径大小 ，我们专门制作 了两段可 以互 相扣合起来 的铝合金槽 ，将光缆放置其 中，这样可 以起 到很好的 固定效果 ，同时对 于外界 自然环境的影响能起 到很好的隔绝作用 ，最后用小支架将一段铝合金槽 固定
于地面。
二 、基 于 迈 克 尔 逊 干 涉 仪 的 光 纤 围栏 报警 系统
光缆 以曲线的形式用线卡固定其上 ，最后铺上一层人造
基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统设计
基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统设计随着城市化和工业化的不断发展，火灾事故的发生频率也在不断上升。
火灾造成的人员伤亡和财产损失不容小觑。
因此，设计一套可靠的火灾预警系统，对于防范火灾、减少火灾损失具有重要意义。
当前，基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统已经逐渐成为研究的热点。
本文将从系统的原理、设计方案、实现及发展前景等方面进行探讨。
一、技术原理基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统，通过光纤光栅的变化来检测环境温度和烟雾浓度等气体信息。
光栅传感器是一种基于光学波导原理的传感器，可以对物理量进行实时监测。
当光栅传感器受到外界力、温度、压力等因素作用时，光栅内部产生位移或形变，材料的折射率也会发生改变，因此通过测量反射光的强度和频率变化，可以确定被测物理量的大小。
二、设计方案光栅传感器的设计需要考虑多个因素，包括光纤的长度、光栅周期、光栅反射率等。
为了保证系统的稳定性和可靠性，我们选择细长型的光栅传感器，可以在有限空间内实现高精度的测量。
同时，还需灵活选择光栅周期和反射率，以满足不同环境的需求。
基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统，需要同时测量环境温度和烟雾浓度。
为了提高测量精度和响应速度，我们选择了高灵敏度的探头，并将探头放置在可能出现火灾的区域，如厨房、石化工厂等。
系统还需要配备数据采集设备和报警器等组件，实现对数据的采集、存储和分析，并能够及时发出火灾警报。
三、实现在实现基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统时，首先需要进行光纤的布线。
通常情况下，光纤采用多芯硅光纤或单芯双层光纤，具有高稳定性和耐高温性。
接着安装探头和报警器，对系统进行调试和测试，检查光栅传感器稳定性、精度和灵敏度等性能参数是否满足要求。
最后对数据采集设备和报警器进行调试，测试系统是否能够正常运行并发出准确的报警信号。
四、发展前景基于光纤光栅传感技术的火灾预警系统，具有精度高、响应速度快、布线方便等优点，可以为火灾预防和减少火灾损失做出重要贡献。
光纤光栅周界入侵报警系统-企标-最终版
Q/W U T O S 武汉理工光科企业标准Q/WUTOS-01-2012振动入侵探测器（光纤光栅类）Vibration intrusion detector Based on optical fiber and grating2012－04－05发布 2012－05－05实施武汉理工光科股份有限公司发布目次前言 (I)1范围 (1)2规范性引用文件 (2)3术语和定义 (2)4一般要求 (4)5要求和试验方法 (5)6检验规则 (11)前言本标准规定了振动入侵探测器（以下简称探测器）的一般要求、要求和试验方法、检验规则。
本标准适用于一般工业与民用建筑外使用的振动入侵探测器，也适用于一般室内环境使用的系统。
对于在特殊环境中使用的及特殊技术要求的系统，除特殊部分应由有关标准另行规定外，亦应执行本标准。
本标准由武汉理工光科股份有限公司提出本标准负责起草单位：武汉理工光科股份有限公司本标准主要起草人：祁耀斌、朱万明、于本化振动入侵探测器（光纤光栅类）1范围本标准规定了振动入侵探测器的一般要求、要求和试验方法、检验规则，是振动入侵探测器设计、制造和验收的技术依据。
本标准适用安全防范报警系统中的振动入侵探测器。
2规范性文件下列文件中的条文通过本标准的引用而成为本标准的条文。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。
鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 10408.8-2008 《振动入侵探测器》GB 10408.1-2000《入侵探测器第1部分:通用要求》GB 16796-1997《安全防范报警设备安全要求和试验方法》GB/T 15211-1994 报警系统环境试验3 术语和定义下列术语和定义适用于本部分。
3.1 振动入侵探测器Vibration intrusion detector Based on optical fiber and grating在探测范围内能对入侵者引起的机械振动（冲击）产生报警信号的装置。
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第４０卷第１１期
２０１１年１１月 光 子 学 报ＡＣＴＡ ＰＨＯＴＯＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４０Ｎｏ．１１
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ
２０１１ 基金项目：
国家自然科学基金（Ｎｏ．１２３４５４６）资助第一作者：吴慧娟（１９８０－），女，讲师，博士，主要研究方向为光纤传感系统与信号处理．Ｅｍａｉｌ：ｈｊ
ｗｕ＠ｕｅｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０１１－０５－２７；修回日期：２０１１－０７－２９
文章编号：１００４－４２１３（２０１１）１１－１６７１－
６一种新型光纤光栅围栏防火防入侵同步预警系统
吴慧娟，李姗姗，卢祥林，吴宇，饶云江
（电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，成都６１１７３１
）摘 要：利用布喇格光纤光栅传感器对应变和温度同时敏感的特性，根据应变和温度导致光栅中心波长变化趋势及规律的不同，
在光纤光栅围栏入侵监测系统中，从信号时域、频域提取的多方位特征对周界入侵和火灾发生等威胁安全事件进行智能识别和报警．在光纤光栅围栏防入侵功能基础上，无需做任何硬件封装的改变，也无需另外增加温度敏感光缆和集成其他温度监测系统，即可同时达到火灾监测的目的，实现防火和防入侵的同步预警．处理结果验证了该方法的有效性．关键词：光纤光栅围栏；安防；火灾报警；布喇格光纤光栅中图分类号：ＴＮ２ 文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３７８８／ｇ
ｚｘｂ２０１１４０１１．１６７１０ 引言
对于军事基地、机场、博物馆及其他重要防范区域，火灾的预警与周界的入侵监测同等重要．目前无论是基于电学传感器还是基于光学传感器的安防系
统［１－
６］，均有一个共同特点即功能的单一性，要么只
对周界入侵进行监测，
要么只对区域火灾进行预警，如果要同时满足用户对区域入侵和火灾等的多项安防需求，通常需要集成多个监测系统，将防入侵和防火系统进行集成、联动，才能满足特殊重要场合对安全防范的特殊要求．然而系统的集成或并行安装，不仅造成系统冗余庞杂，而且势必会造成安防设施成本急剧增加，
因此需要一种传感系统能同时对多个参量进行监测，
在一套安防系统上实现火灾和入侵的同步预警，达到事半功倍的效果．
布喇格光纤光栅（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ
Ｇｒａｔｉｎｇｓ，ＦＢＧ）传感器［７－
９］不仅拥有一般光纤传感器的抗电磁干扰，
耐高温、耐腐蚀等极端恶劣环境等的所有优点，同时由于它是波长检测型，
相对于干涉等光强检测型传感器具有较强的抗干扰能力，而且ＦＢＧ传感器对温度、
应变等多种参量同时敏感，可以封装为温度、应变、
振动等多种类型传感器，或者封装为多参量同时测量的传感器［１０］．ＦＢＧ对温度和应变的同时测量方法，无论是双光栅法还是单光栅法［１１］
，其物理本质
都是类似的，利用靠近的具有不同敏感系数的两个光栅感知相同区域的温度和应变，
通过两组测量结果，解方程组分别得到该点的应变量和温度测量量．
但由于温度、应变同步测量的靠近光栅需要特别工艺进行制造和封装，因此成本较高．
本文火灾预警方法不是通过温度绝对测量值，而是利用信号的变化趋势和特征来判断火灾发生．因此在基于应变或振动型ＦＢＧ传感器的防入侵光
纤围栏［１２－
１３］基础上，利用ＦＢＧ传感器对应变、
温度同时敏感的特性，根据应变或振动与温度对ＦＢＧ反射波长的不同影响，
分析不同监测信号的变化特点，通过信号处理方法判断异常是来自外界环境温度变化还是由周界上入侵动作产生的应变或振动引起，在光纤围栏入侵监测系统防入侵功能的基础上，实现防火和防入侵的同步预警．
１ 光纤光栅围栏入侵监测系统
１．１ 基于ＦＢＧ传感网络的光纤光栅围栏入侵监测系统
基于ＦＢＧ光纤光栅传感器构建的准分布式光纤围栏入侵监测系统由三部分构成：挂设在周界围栏上或埋在地下的传感光缆（由ＦＢＧ应变或振动传感器串接而成）、光源及ＦＢＧ光信号解调装置、中央处理主机，见图１．根据监测周界长度要求，若需增加传感系统的网络复用能力，
则通过一个光开关进行扩展，四通道解调仪经过４×８或４×１６光开关扩展后，传感器复用数目可以增加２倍或４倍，尽管每个通道的采样率此时降低至原来的１／２或１／４．携带有入侵信息的光传感信号通过传感光缆传输给解调设备，经过解调、光电转换和Ａ／Ｄ模数转换，
通过
光 子 学 报４０卷
以太网或串口形式传输给处理主机或者报警系统，处理主机将接收的传感网络所有节点的信号进行实时处理，判断异常的发生、异常情况的具体类别，并启动报警，同时进行异常点的定位显示
．
图１ 基于ＦＢＧ传感网络的光纤光栅围栏入侵监测系统
Ｆｉｇ．１ Ｆｉｂｅｒ ｆｅｎｃｅ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ＦＢＧ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ１．２ 非均匀灵敏度异构传感网络节点异常检测方法采用相互独立的ＦＢＧ传感器组网构建的准分布式监测网络系统，各传感节点实际灵敏度有差异，同时对于多种围栏结构形式的区域周界采用异构传感网络，信号阵列响应形式也不同，直接通过比较监测信号幅值或能量来判断异常有无，容易漏警和误警，特别是当异常信号能量级别低于或等于无异常信号能量级别，则造成入侵检测的失效，而且设定的阈值大小与围栏材质、天气、环境等条件密切相关，不容易事先确定．因此本文依据信号产生机理分析异常特征，并提出根据观测时间段的信号自相关性来判断异常的存在［１３］．图２为应变型入侵监测网络实际采集信号的异常特征，尽管微弱的异常信号不具备能量或幅值优势，
其自相关特征显著区别于无
１１期吴慧娟，等：一种新型光纤光栅围栏防火防入侵同步预警系统移，如图４（ａ），外界局部温度的升高则导致相应的
ＦＢＧ传感器中心波长朝长波长方向缓慢漂移，如图
４（ｂ）．图４所示信号均为采用５００Ｈｚ采样率时１ｓ
内采集的数据，由图４可以看出入侵引入的波长变
化通常是在基准静态值附近震荡变化，且变化速度
比较快．对于应变型传感器，入侵信号变化频率通常
在０～１０Ｈｚ范围，而对于振动型传感器，入侵信号
变化频率通常在１５～４０Ｈｚ范围．这种变化与温度
对波长漂移的影响完全不同，因此根据监测信号时
域波形变化的不同特征，可以将入侵和火灾事件进
行区别．
光 子 学 报４０卷
１１期吴慧娟，等：一种新型光纤光栅围栏防火防入侵同步预警系统
光 子 学 报４０卷
Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｉｒｅ Ａｌａｒｍ ｉｎ
ａＳｉｎｇｌｅ ＦＢＧ－ｂａｓｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｆｅｎｃｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＷＵ Ｈｕｉ－ｊｕａｎ，ＬＩ Ｓｈａｎ－ｓｈａｎ，ＬＵ Ｘｉａｎｇ－ｌｉｎ，ＷＵ Ｙｕ，ＲＡＯ Ｙｕｎ－ｊｉａｎｇ
（Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ
ｉｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｒｉｆｔｓ ｄｉｆｆｅｒ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａ ｌｏｔ．Ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｆｉｂｅｒ ｆｅｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｅｎｓｉｎｇ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ ｔｈｅ ａｒｅａ ｆｉｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｉｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ａ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｙ ｔｅｌｌ ｉｆ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎｙ ｔｈｒｅａｔ ａｎｄ ｗｈｉｃｈ ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｖｅｎｔ ｉｔ ｉｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｄｏｍａｉｎｓ．Ｔｈｕｓ ａ ｎｏｒｍａｌ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ａ ｓｅｃｏｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ
ｃａｂｌｅｓ ｏｒｏｔｈｅｒ ｆｉｒｅ ａｌａｒｍ ｓｙ
ｓｔｅｍｓ ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：Ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｅｎｃｅ；Ｓｅｃｕｒｉｔｙ；Ｆｉｒｅ ａｌａｒｍ；Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ６７６１。