ВВЕДЕНСКИЙ Борис Сергеевич, кандидат физико-математических наук
СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРОВ С ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМИ СЕНСОРАМИ
Общие принципы действия охранных систем с волоконно-оптическими сенсорами
Волоконно-оптические кабели, используемые обычно для передачи информации, можно использовать также и в качестве датчиков для периметральных охранных систем. Деформация оптического волокна изменяет его оптические параметры и, как следствие, характеристики проходящего через волокно излучения. В силу специфики используемых физических принципов оптоволоконные системы отличаются очень малой восприимчивостью к электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в неблагоприятной электрофизической обстановке.
Оптическое волокно в общем случае представляет собой коаксиальный световод. Свет распространяется вдоль центральной части (сердцевины) кабеля. К сердцевине волокна прилегает прозрачная оболочка, которая обладает меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Свет, распространяющийся под углом к оси световода, отражается от границы раздела между сердцевиной и оболочкой и концентрируется в центральной части волокна. Внешнее непрозрачное покрытие служит для механической защиты кабеля.
В качестве источника излучения обычно используются миниатюрные полупроводниковые лазеры или светодиоды. На выходе кабеля излучение регистрируется фотоприемником, который преобразует оптический сигнал в электрический. При деформациях волокна изменяются условия внутреннего отражения, в результате чего претерпевают изменения фазовые и пространственные характеристики луча на выходе кабеля. Эти изменения регистрируются фотоприемником и обрабатываются анализатором сигналов.
Волоконные световоды делятся на многомодовые и одномодовые. Диаметр сердцевины многомодовых волокон обычно составляет 50…100 микрон. По такому волокну одновременно распространяется большое количество типов волн (мод) с различными геометрическими параметрами. Эти лучи испытывают множественные отражения от границы между сердцевиной и оболочкой, что приводит к заметному затуханию сигналов.
Диаметр сердцевины одномодовых световодов составляет не более 10 микрон. В таком световоде может распространяться только один тип волны (мода), и затухание света здесь существенно меньше, чем в многомодовых световодах.
В волоконно-оптических охранных системах используются различные методы регистрации сигналов вторжения:
Метод регистрации межмодовой интерференции
Полупроводниковый лазер обычно генерирует несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру излучения. Если многомодовый оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе регистрируемый приемником спектр излучения меняется, что позволяет детектировать деформации кабеля.
Метод регистрации спекл-структуры
На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая “спекл-структура”, представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. При деформациях или вибрациях волокна спекл-структура излучения претерпевает изменения. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.
Интерференционный метод
В этом методе используется принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических волокна, одно из которых является детектирующим, а другое – опорным. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на чувствительный кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые и регистрируются фотоприемником.
За последние годы разработано большое количество охранных систем с волоконно-оптическими сенсорами, которые применяются для защиты периметров различных видов. Ниже кратко описаны некоторые из современных систем.
Системы для защиты эластичных оград
Австралийская компания Future Fibre Technologies (FFT) использует две основных технологии детектирования с использованием волоконно-оптических датчиков.
Первая технология, получившая название M/V, позволяет обнаруживать движение и вибрации кабеля (Movement & Vibration – M/V). Сенсорный кабель (рис. 1) подключается к начальному и оконечному модулям. M/V-анализатор связан с начальным модулем через пассивный оптический кабель. Излучение от полупроводникового лазера подается в чувствительный элемент и система регистрирует отраженный от концевого модуля сигнал.
Рис. 1. Структурная схема технологии M/V фирмы FFT
для обнаружения движения и вибраций волоконно-оптического кабеля
При перемещениях или вибрациях многомодового оптического волокна изменяется распределение энергии между отдельными модами. Эти изменения регистрируются оптическим фотоприемником и обрабатываются анализатором. В системе M/V используется многомодовые оптические волокна с диаметром сердечника 62,5 мкм. Источником света служит полупроводниковый лазер мощностью 1…2 мВт, работающий на длине волны 1,31 мкм. Технология M/V позволяет регистрировать вибрации в диапазоне частот от нескольких герц до 300…600 герц. Система на базе многомодового волокна позволяет организовывать зоны охраны протяженностью до 6 км и используется главным образом на эластичных (деформируемых) оградах.
Вторая технология фирмы FFT построена на принципе обнаружения микронапряжений в оптическом волокне и получила сокращенное название MSL (от MicroStrain Locator – Локатор Микродеформаций). На рис. 2 показана структурная схема системы. В состав протяженного датчика входят три отдельных волокна многожильного оптического кабеля. Два верхних волокна выполняют функцию чувствительных элементов: в них подается излучение от полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме. Третье (выходное) волокно служит для передачи сигналов на анализатор системы. Источник излучения расположен в блоке анализатора, от него излучение лазера по входному пассивному кабелю подается на начальный модуль. В этом модуле излучение расщепляется на два пучка, которые подаются на два волокна. Излучение через оба волокна передается на оконечный модуль, в котором происходит интерференция обоих лучей. По сути дела эта система является интерферометром. Если оба плеча этого интерферометра находятся в невозмущенном состоянии, то интерференционная картинка на его выходе, т.е. на оконечном модуле, остается неизменной. При этом сигнал, передаваемый с оконечного модуля по выходному оптическому волокну на анализатор, не имеет переменной составляющей. При деформациях или вибрациях кабеля оптическая разность хода в чувствительных волокнах (т.е. плечах интерферометра) изменяется и оконечный модуль регистрирует переменную составляющую сигнала, передавая ее на анализатор. В системе MSL используются серийно выпускаемые одномодовые оптические волокна с диаметром сердечника 9 мкм.
Рис. 2. Структурная схема технологии MSL фирмы FFT
для обнаружения микродеформаций волоконно-оптического кабеля
Особенность системы MSL состоит в том, что в качестве чувствительных элементов могут использоваться одномодовые жилы стандартного многожильного волоконно-оптического кабеля, предназначенного для передачи сигналов. На рис. 3 показана структура такого кабеля, где две одномодовых жилы являются плечами чувствительного интерферометра. Жилы должны быть расположены на диаметрально противоположных краях кабеля, чтобы чувствительность сенсора к изгибу была максимальной.
Рис. 3. Схема многожильного волоконно-оптического кабеля фирмы FFT
В качестве источников света в технологии MSL используются полупроводниковые лазеры с выходной мощностью 12…50 мВт, работающие на длине волны 1,31 или 1,55 мкм. Высокая мощность излучения и малые потери в сенсоре позволяют увеличить длину отдельной зоны до 60 км. Как заявляют разработчики, по чувствительности технология MSL примерно на три порядка превосходит технологию M/V. Система MSL регистрирует вибрации в диапазоне частот примерно от 300 Гц до 2 кГц, что соответствует характерным частотам, возникающим в типовых металлических оградах при попытках их преодоления.
Очевидно, что длина зоны в несколько десятков километров неудобна для практического применения. При отсутствии информации о конкретном месте вторжения сигнал тревоги будет почти бесполезен. Поэтому весьма интересно, что модифицированная технология MSL позволила реализовать функцию определения места вторжения с достаточно высокой точностью. Для этого используются три активных сенсорных волокна, конструктивно объединенных в многожильном оптическом кабеле. Два верхних волокна (рис. 4) используются для обнаружения вторжения интерферометрическим способом, а в третье волокно подается зондирующий сигнал, определяющий расстояние от начала кабеля до точки возникновения микродеформаций. Начальный и оконечный модули здесь используются для обработки сигналов от всех трех волокон. Данные о примененном методе локализации вторжения являются секретом фирмы, однако можно предположить, что здесь использована модифицированная технология оптической рефлектометрии во временном диапазоне (OTDR), применяемая для диагностики повреждений коммуникационных волоконно-оптических кабелей.
Рис. 4. Схема волоконно-оптической охранной системы фирмы FFT
с функцией обнаружения места вторжения
Разработанные фирмой FFT технологии реализованы в нескольких версиях охранных систем с протяженными сенсорами. Система Secure Fence в версии M/V предназначена для эластичных сетчатых оград. Длина отдельной зоны – до 2 км. Сенсорный кабель крепится непосредственно к сетке с помощью пластиковых стяжек. Начальный и оконечный модули (фото 1) помещаются под землей в стандартных телекоммуникационных колодцах, расположенных на краях зоны.
Фото 1. Начальный модуль системы Secure Fence в подземном колодце
Компания FFT выпускает периметральную охранную систему Secure Fence Taut Wire, которая представляет собой комбинацию волоконно-оптического сенсора и проводно-натяжного барьера. Сенсорный кабель монтируется на опорных столбах высотой 3,2 м. Лучи из колючей проволоки механически связаны с волоконными сенсорами на опорных столбах, которые регистрируют изменения натяжения проволоки. Максимальная длина отдельной зоны – 4 км. Система устойчива к ветрам со скоростью до 100 км/час; система автоматической коррекции регулирует параметры сенсоров при изменении температуры в диапазоне от –40° до +75° С. Система Secure Fence Taut Wire обнаруживает попытки перелезания через ограду, раздвижения проволочных лучей или перерезания их. Фирма-изготовитель отмечает очень высокую обнаруживающую способность системы при весьма умеренной стоимости ее обслуживания.
Для всех систем фирмы FFT анализатор конструктивно представляет собой промышленный компьютер, устанавливаемый на посту охраны. Алгоритм обработки сигналов сенсора позволяет отфильтровывать помехи окружающей обстановки (ветер, дождь, шум транспорта, птицы и т.п.). Анализаторы снабжены релейными выходами для управления дополнительным оборудованием.
Английская компания Remsdaq выпускает несколько систем серии Sabre с волоконно-оптическими датчиками. Система SabreFonic предназначена для защиты периметров из сетчатых или решетчатых металлических оград. Кабель, прикрепленный к сетке, генерирует низкочастотные сигналы при попытках преодоления ограды или ее перерезания. Сенсорным элементом служит пара оптических волокон кабеля типа LS2H с защитной оболочкой, упрочненной кевларом. Диаметр сердечника – 62,5 мкм, диаметр оболочки – 125 мкм, внешний диаметр кабеля 4,8 мм. Максимальная длина кабеля между передатчиком и приемником – 1000 м; для подключения к анализатору применяются стандартные оптические разъемы типа SMA. Источник излучения – полупроводниковый лазер с длиной волны 0,78 мкм. Изменения спекл-структуры при деформации кабеля детектируются позиционно-чувствительным фотоприемником.
Для системы SabreFonic компания разработала новый анализатор Sabre II Processor, снабженный мощной системой цифровой обработки сигналов. Анализатор снабжен встроенным интерфейсом пользователя, выполненным в виде трех 7-сегментных светодиодных индикаторов, а также кнопок выбора меню и установки режимов. Анализатор имеет также коммуникационные порты для дистанционной настройки и диагностики. Напряжение питания анализатора – 10…14 В, потребляемый ток – 300 мА, диапазон рабочих температур от -10° до +70° С.
В системе SabreTape фирмы Remsdaq волоконно-оптический датчик прикреплен к режущей ленте, смонтированной на ограде или козырьке (фото 2). Оцинкованная стальная лента толщиной 0,5 мм и шириной 20 мм натянута так, что попытка перелезть через ограду вызывает механические деформации, регистрируемые сенсором. Система рассчитана на обнаружение только весьма энергичных действий нарушителя, но зато практически не дает ложных срабатываний. Датчиком является многомодовое волокно с диаметром сердечника/оболочки 50/125 мкм; источником излучения служит лазер с длиной волны 0,85 мкм. Оптические потери в волокне не превышают 3 дБ/км. Система разработана по спецификации Министерства обороны Великобритании; она рассчитана на эксплуатацию в неблагоприятных атмосферных условиях (морской туман, кислотные пары, индустриальные выбросы, песок) и диапазоне температур от -30° до +70° С.
Фото 2. Сигнальный барьер системы SabreTape фирмы Remsdaq
Датчиком периметральной системы F-5000 Fibernet израильской фирмы TRANS Security Systems and Technology (TSS) является сеть, спаянная из одножильного многомодового оптического волокна, защищенного пластиковой оболочкой, упрочненной кевларом. Оболочка обеспечивает защиту волокна от УФ-излучения, влаги, соленой воды и т.п. Сеть состоит из ячеек со стороной 16 см; в каждом пересечении волокна спаяны ультразвуком и защищены пластиковой накладкой. По всей сети распространяется импульсное излучение светодиода, работающего в ближнем ИК-диапазоне (длина волны 0,85 или 1,3 мкм). Приемником излучения служит PIN-фотодиод. Подключение излучателя и приемника к сети осуществляется стандартными оптическими разъемами типа ST. Обработка сигналов осуществляется процессором серии F-5000, рассчитанными на 2 или 4 зоны длиной до 100 м каждая. Автономный процессор F-5000-1 имеет на выходе релейные контакты, а процессор F-5000-2 подключается к компьютерной системе управления ТЕЕ-400. Процессоры размещаются в герметизированных корпусах размерами 500х400х200 мм; они питаются от источника постоянного тока напряжением 48 В; диапазон рабочих температур системы – от -30° до +70° С.
В зависимости от выбора порога срабатывания, система F-5000 выдает сигнал тревоги при натяжении или при обрыве волокна в любой из ячеек сети. Волоконно-оптическая сеть 1 (рис. 5) устанавливается автономно или крепится рядом с уже существующей оградой 2. Она разделена на две части: нижняя часть высотой 2 – 3 м крепится к ограде, а верхняя часть сети выполняется в виде козырька, прикрепленного к эластичным фиберглассовым стойкам 3, устанавливаемым с наклоном через каждые 2 метра. Нижняя часть сети натягивается между горизонтальными металлическими трубками 4, укрепленными соответственно вдоль верхнего и нижнего краев основной ограды. Нижняя часть сигнального барьера образует отдельную зону охраны, которая настраивается на срабатывание только в случае разрыва ячеек сети, что позволяет исключить срабатывания от случайных факторов (животные, проходящие рядом люди, транспорт и т.п.) при использовании системы в густонаселенных регионах.
Верхняя часть сигнального барьера F-5000 образует отдельную зону охраны. Вдоль верхнего торца козырька смонтирован волоконно-оптический кабель 5 в прочной оплетке, позволяющей использовать этот кабель в качестве натяжного элемента. Кабель оптически соединен с чувствительной сетью с помощью преобразователей 6. Конструкция козырька является достаточно гибкой, и процессор данной зоны охраны настраивается на регистрацию перелезания через козырек. Отметим, что при разрыве отдельных ячеек не требуется менять всю сеть. Восстановление сенсора производится с помощью отрезков кабеля и специальных оптических перемычек.
Рис. 5. Сигнальный барьер охранной системы F-5000 фирмы TSS:
1 – сеть из волоконно-оптического кабеля; 2 – существующая ограда;
3 – фиберглассовые стойки; 4 – натяжные металлические трубки;
5 – волоконно-оптический кабель в упрочненной оплетке;
6 – оптические преобразователи
Система F-5000 может также встраиваться в стены (защита зданий и помещений) или монтироваться под землей на глубине до 50 см (противоподкопные барьеры). Для объектов с очень высокой степенью защиты фирма выпускает модифицированную систему F-6000, образующую сигнальный барьер высотой 4 метра.
Американская компания Fiber SenSys Inc. выпускает несколько волоконно-оптических периметральных систем серии Fiber Defender (FD). Модель FD-205 предназначена как для охраны оград и стен, так и для подземной установки. Максимальная протяженность одной зоны охраны составляет 2000 м. Система использует цифровую обработку сигналов сенсоров; процессор системы автоматически регулирует параметры системы в зависимости от шумов, создаваемых ветром. Для регулировки процессора может быть использован подключаемый к нему анемометр, регистрирующий скорость ветра. Процессоры серии FD-205 монтируются на ограде; в единую систему с помощью одного коммуникационного волоконного кабеля можно включить до 127-ми процессоров.
Система FD-208 предназначена для объектов с неблагоприятными условиями для работы электронной аппаратуры (электромагнитные помехи, агрессивные среды и т.п.). Все процессоры устанавливаются в стойке на посту охраны, который может быть удален от периметра на расстояние до 10 км.
Модификация системы, получившая наименование FD-220, использует как стандартные волоконные кабельные сенсоры (типа SC3), так и сенсоры в защитной оболочке (SC4). Максимальная длина одной зоны охраны – 2000 м. Оптические кабели подключаются к процессору с помощью стандартных разъемов типа ST. По данным изготовителей срок службы кабельного сенсора составляет не менее 20 лет. Процессор системы FD-220 может использоваться как в качестве автономного охранного прибора, так и в составе сетевой системы с последовательным опросом через интерфейс RS-232C. Процессор питается от источника с напряжением 10…24 В, потребляемая мощность – 2,1 Вт. Диапазон рабочих температур систем серии SDI – от -30° до +55° С.
Израильская фирма Magal выпустила волоконно-оптический сигнальный барьер FiberMESH 2005, устанавливаемый на сетчатых оградах. Волоконно-оптический датчик покрыт защитной оболочкой из полиэстера; внешний диаметр кабеля равен 3,5 мм. В качестве источника излучения используется импульсный полупроводниковый инфракрасный лазер. Двумерная сенсорная сетка имеет ячейки размером 15х15 см; в каждом узле сетки производится сварка волоконных кабелей. Нижняя кромка сетки прикреплена к горизонтальной трубе, препятствующей попыткам приподнять сетку. Верхняя часть сетки, высотой около 1 м, выполнена в виде козырька над основной оградой. Верхним элементом сигнального козырька является проводно-натяжной датчик, к которому прикреплена чувствительная волоконно-оптическая сетка. При попытке разрезать или деформировать сетку сигнал тревоги дает волоконно-оптический датчик. При попытке перелезть через ограждение активируется проводно-натяжной (электромеханический) датчик, имеющий регулируемый порог срабатывания (натяжение от 15 до 40 кг).
Сигнальное ограждение FiberMESH 2005 поставляется в виде секций длиной 10 м и высотой 2,0, 2,5 или 3,0 м. Соседние секции соединяются механически и состыковываются по оптическому каналу. Стандартная длина одной зоны составляет 100 м.
Электронный блок для обработки сигналов располагается в центре зоны; к нему подключаются две 50-метровых половины волоконно-оптического барьера и преобразователь натяжного датчика. С контрольным постом электронный блок периметральной системы соединяется через интерфейс RS-422. Система питается от источника напряжением 10 – 30 В; потребляя в дежурном режиме ток 4 мА и в режиме тревоги – ток 45 мА. По сообщению разработчиков, система устойчива к ветрам со скоростью до 70 км/час и сохраняет работоспособность при дожде и снеге; диапазон рабочих температур – от -30° до +72° С.
Канадская компания Senstar-Stellar выпускает волоконно-оптическую охранную систему IntelliFIBER, предназначенную для защиты сетчатых периметральных оград. Сенсорный кабель содержит две волоконно-оптических жилы в защитной оболочке; сенсор крепится непосредственно к ограде. Оптические жилы подключаются с помощью стандартных оптических разъемов типа ST к выходу полупроводникового лазера и входу фотоприемника на плате электронного блока (анализатора). Электронный блок регистрирует изменения оптических параметров кабеля, вызванные деформациями ограды при попытках вторжения. Интересно, что конструктивное решение новой системы базируется на использовании электронного блока Intelli-FLEX от широко известной охранной системы той же фирмы, использующей в качестве датчика вибрационно-чувствительный коаксиальный кабель. При использовании оптического кабеля электронный блок дополняют оптическим модулем, который содержит лазерный излучатель, фотоприемник и измеритель мощности принимаемого излучения со светодиодным индикатором. Сам оптический модуль потребляет мощность 1,2 Вт; при его установке сохраняются функции всех сигнальных кабелей, подключаемых к стандартному процессору серии Intelli-FLEX.
Процессор Intelli-FLEX настраивается на обнаружение двух основных типов вторжения – перелезание через ограду или разрушение ее. По каждому из каналов в процессоре задаются пороги чувствительности, минимальная продолжительность вторжения и временное окно счетчика событий. С помощью автономного программатора задаются параметры чувствительности процессора и режимы компенсации погодных условий. Максимальная протяженность одной зоны охраны с волоконно-оптическим сенсором составляет 2 км; диапазон рабочих температур системы – от -40° до +70° С. Как и все волоконно-оптические устройства, данная система характеризуется невосприимчивостью к электромагнитным и радиочастотным помехам. Для защиты электронного блока от грозовых разрядов применены газовые разрядники на всех релейных выходах, а также на клеммах кабелей питания и сигнализации.
Системы для защиты жестких оград и стен
Чувствительность волоконно-оптического сенсора обычно недостаточна для непосредственной регистрации вибраций жестких металлических оград, поэтому изготовители охранных систем разрабатывают специальные барьеры с интегрированными в них волоконно-оптическими сенсорами.
Для защиты жестких металлических оград израильская фирма Magal разработала систему INNO-FENCE. Отличительная особенность системы состоит в том, что волоконный датчик встроен в верхний горизонтальный канал панели ограды, через которую проходят вертикальные стойки ограды. Датчик полностью скрыт крышкой; он реагирует на деформации горизонтального канала ограды, возникающие при попытке ее преодоления. Многомодовый волоконный кабель имеет сердечник со структурой 100/140 мкм, удельное поглощение – 7 дБ/км. В системе использован полупроводниковый лазер с длиной волны 850 нм и эффективной полосой частот не менее 200 МГц. Электронный блок приемника/передатчика анализирует сигналы кабеля и выдает сигнал тревоги при превышении определенного порога механического воздействия на ограду. По заявлениям разработчиков, система отличается низким уровнем ложных тревог и практически не нуждается в техническом обслуживании. Однако недостатком системы является ее относительно низкая чувствительность. Для срабатывания системы требуется приложить к ограде усилие более 40 кг или деформировать прутья ограды, создав между ними зазор не менее 220 мм. Поэтому система будет регистрировать только “силовые” вторжения, сопровождаемые значительными механическими воздействиями. Двухзонный электронный блок системы INNO-FENCE – FOST (Fiber Optic Sensor Transponder – Транслятор Волоконно-Оптического Сенсора) – питается от источника напряжением 12 В, потребляя в дежурном режиме ток всего 4 мА. Он имеет релейные выходы и интерфейс RS-422 для передачи данных. Диапазон рабочих температур системы – от -20° до +71° С.
Австралийская компания FFT разработала серию специальных барьеров типа Secure Fence Palisade с интегрированными в них сенсорами. Оптический сенсорный кабель скрыт в верхнем коробчатом канале, через который проходят вертикальные стойки ограждения. Эти стойки имеют определенную степень свободы и могут слегка перемещаться, поворачиваться или вибрировать при механическом воздействии, генерируя сигнал в прикрепленном к стойкам сенсорном кабеле. Система обнаруживает различные виды вторжения – перелезание, перепиливание или раздвижение стоек.
По такому же принципу построен полужесткий сигнальный барьер Secure Fence Palisade, который устанавливается по верху стен или оград. Металлические элементы такого сигнального барьера механически скреплены с проложенным вдоль торца стены волоконным сенсором. Когда нарушитель опирается на барьер, последний деформируется и система генерирует сигнал тревоги.
Для защиты жестких стен и барьеров фирма Remsdaq выпускает систему Optimesh, где волоконно-оптические кабели образуют сеть с квадратными ячейками, которую монтируют внутри стен или перегородок. Система срабатывает только при обрыве кабеля, поэтому она регистрирует только жесткие “силовые” воздействия (например, пролом стены). Правда, при таком критерии детектирования вероятность ложных срабатываний получается достаточно низкой.
Подземные системы с волоконно-оптическими кабелями
Cистема SabreLine фирмы Remsdaq (рис. 6) предназначена для защиты подходов к объектам или для запретных зон. Оптический кабель располагается вдоль границы охраняемого периметра и маскируется защитным покрытием. Кабель помещают между двумя эластичными матами и укладывают в виде параллельных петель с шагом 20 см под поверхностью земли на глубине 5 см. Сенсор обнаруживает изменения давления, вызываемые идущим или ползущим человеком. Кабель имеет сердечник диаметром 100/140 мкм; внешний диаметр кабеля – 2,4 мм. Излучатель и анализатор по своим характеристикам аналогичны системе SabreFonic. Электронный блок устанавливают под землей в специальном колодце, закрытом металлической крышкой. Подземный сигнальный кабель соединяет анализатор с контрольной панелью. Фирма Remsdaq утверждает, что при правильной подготовке периметральной траншеи подземная охранная система эффективно работает в пустынях, на травяных и гравийных грунтах, а также под асфальтовыми дорогами.
Рис. 6. Структурная схема подземной волоконно-оптической системы SabreLine фирмы Remsdaq
Система F-7000-FOBS компании TSS также предназначена для подземной установки и регистрирует давление почвы, создаваемое нарушителем (фото 3). Для этого оптический кабель помещают на глубине 5 – 10 см под поверхностью грунта, изгибая его в виде петли, перекрывающей полосу шириной 1 – 2 метра. Для обеспечения высокой и однородной чувствительности кабель укладывают на легкую металлическую решетку и сверху накрывают такой же решеткой. Такая система может применяться практически во всех типах грунта – песок, гравий, глинистые почвы и т.п.
Фото 3. Волоконно-оптическая система F-7000-FOBS
для подземного применения
В качестве датчика во всех вариантах системы F-7000 используется многомодовый волоконно-оптический кабель в прочной защитной оболочке. Источник излучения – полупроводниковый лазер с длиной волны 1,3 мкм. Максимальная длина кабеля – 5000 м; для стыковки с процессором используются стандартные разъемы типов FC или ST. Процессоры серии F-7500 выполняются в двух- или четырехзонных вариантах. Они помещены в пластиковые герметизированные корпуса размером 300х400х200 мм; для питания используется источник напряжением 12 В/0,5 А с резервной батареей.
В подземной системе компании FFT, получившей название Secure Fence BGS (от Below Ground System – Подземная система), два отдельных сенсорных кабеля прокладываются вдоль периметра. Обычно эта система применяется как второй рубеж охраны, параллельный основной ограде. Кабели укладываются в траншею на глубине 50…75 мм и прикрепляются к пластиковой сетке (рис. 7), которая повышает чувствительность системы и вероятность регистрации идущего по земле человека. Корреляционная обработка сигналов от обоих волоконно-оптических кабелей позволяет отфильтровать сигналы помех (шум дождя, транспорта и т.п.) и выделить на их фоне сигналы реального вторжения. Система позволяет обнаруживать идущего или бегущего нарушителя, а также регистрировать попытки подкопа под линией периметра. При использовании технологии MSL точность локализации вторжения системы Secure Fence BGS составляет +/- 50 м при максимальной длине одной зоны до 60 км.
Рис. 7. Расположение сенсорных кабелей подземной системы Secure Fence BGS
Системы для защиты водных рубежей
Для защиты морских и подводных объектов компания TSS (Израиль) выпускает волоконно-оптическую систему F-8000-Marinet. Чувствительным элементом системы является сеть, по параметрам аналогичная сети системы F-5000 и отличающаяся лишь наличием дополнительной оболочки, защищающей волокно от соленой воды. Сеть выпускается в двух вариантах – для крепления к жестким конструкциям охраняемого объекта и для установки в открытых акваториях (фото 4). Во втором случае сеть устанавливают на скрепленных друг с другом трубчатых поплавках 1, к которым крепятся подводная 2 и надводная 3 части сети. Такой сетчатый датчик используют для защиты причалов, отдельно стоящих судов и т.п. Типовая протяженность одной зоны охраны – 100 м. Процессор F-8005 регистрирует попытки разрезать, разорвать, растянуть, замкнуть или смять сеть. При этом в процессоре предусмотрена фильтрация фоновых шумов, вызываемых морскими волнами.
Фото 4. Система F-8000 Marinet
для охраны подводных объектов
Специально для подводных применений компания Remsdaq разработала вариант волоконно-оптической сети, получившую название Aquamesh. Сенсорный кабель этой системы помещен в жесткую защитную оболочку. Такая сенсорная сеть применяется для охраны водозаборных каналов, морских буровых установок и т.п.
Заключение
Волоконно-оптические распределенные сенсоры находят широкое применение для охраны периметров и могут использоваться для организации сигнальных рубежей различных типов.
К несомненным достоинствам волоконно-оптических систем следует отнести их невосприимчивость к электромагнитным излучениям и электробезопасность.
В большинстве систем используются промышленно выпускаемые волоконно-оптические кабели; хотя для некоторых тяжелых оград чувствительность таких сенсоров оказывается недостаточной.
Волоконные датчики, построенные из диэлектрических элементов, можно применять не только на оградах или стенах, но также и на взрывоопасных объектах или под водой.
Максимальная длина одной зоны охраны может достигать десятков километров. Привлекательной особенностью систем является отсутствие на периметре активного электронного оборудования; это позволяет снизить расходы на монтаж и обслуживание охранной системы.
К ограничениям применения оптоволоконных систем можно отнести сложность процедуры сращивания и ремонта кабелей в полевых условиях, для которых требуется применение микроскопа и дорогостоящего устройства для сварки волокон.
Статья опубликована на сайте: 05.05.2006