使用光纖通信技術(shù)提高報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性

摘要:光纖光柵傳感技術(shù)是上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種新型信息傳感技術(shù)，并且使用基于光時(shí)反射計(jì)(OTDR)原理進(jìn)行溫度檢測(cè)報(bào)警。作為結(jié)構(gòu)組成的半導(dǎo)體激光器(LD)的高速驅(qū)動(dòng)電路和雪崩二極管(APD)增益的溫漂步長(zhǎng)電路等優(yōu)化了軟件的編譯和反應(yīng)速度，實(shí)時(shí)累加采集卡也能提高時(shí)間分辨率，是一種穩(wěn)定性明顯的特征技術(shù)。

關(guān)鍵字:APD;光纖光柵;探測(cè);火災(zāi)報(bào)警

光纖光柵技術(shù)在發(fā)展起來(lái)的近十多年來(lái)多用溫度、壓力、流量、液位等測(cè)量上，主要應(yīng)用原理是使用激光加工的手段在光纖內(nèi)形成多個(gè)光柵元件，在寬帶光源經(jīng)光纖傳輸時(shí)經(jīng)過(guò)特定光纖光柵時(shí)某些特定波長(zhǎng)的光被反射回來(lái)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。因此光纖通信中的光纖光柵技術(shù)提供給了報(bào)警工程設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)保障。

一、光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)

光纖通信技術(shù)本身的光纖材料就具有防爆、抗腐蝕、抗磁干擾、電絕緣等多種優(yōu)點(diǎn)，具有特色的還是以下幾點(diǎn):

1.可靠性高，壽命長(zhǎng)

光纖通信技術(shù)是依據(jù)光束波長(zhǎng)的數(shù)字檢測(cè)的，不受光源、彎曲度、探測(cè)器老化影響，而且光纖光柵技術(shù)還能規(guī)避光纖連接損耗的影響，所以具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。

2.超遠(yuǎn)距離傳輸，組網(wǎng)便利

光纖傳輸攜帶傳感技術(shù)的光信號(hào)，能達(dá)到經(jīng)過(guò)超遠(yuǎn)距離傳輸不失真的效果，傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)雖好幾乎可以忽略。由于超遠(yuǎn)傳輸方式的便利，還可以支持大面積組網(wǎng)，方便網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控管理。

3.可進(jìn)行數(shù)字編碼和傳送

光纖上的光柵波長(zhǎng)不同，傳感器所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行波分多址的復(fù)用傳輸能夠擴(kuò)大傳輸量，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)化的編碼和傳輸。

4.高反應(yīng)度和精度

光纖設(shè)備的核心是光纖光柵傳感器，其所使用的特征波長(zhǎng)對(duì)溫度和壓力的感應(yīng)明顯而且快速，并且波長(zhǎng)特征具有一致性，所以制作的傳感器響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量精度較高。

5.簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)利于施工

光纖本身體積小重量輕，易彎轉(zhuǎn)，方便制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳感器探頭。其結(jié)構(gòu)的便利性和兼容性使得工程施工的難度降低，使設(shè)備維護(hù)也能夠更加簡(jiǎn)單。

6.應(yīng)用范圍廣

由于其感應(yīng)環(huán)境變化的方式其可應(yīng)用在勘探、冶金、電力等行業(yè)，在其質(zhì)地抗性方面也適應(yīng)于石油、化工等行業(yè)，其高速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)反饋也適應(yīng)于火災(zāi)、地質(zhì)信息反饋等監(jiān)控系統(tǒng)。

二、光纖通信技術(shù)的報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用方式

完整的光纖通信報(bào)警系統(tǒng)一般由四個(gè)部分組成:寬帶光源，作為數(shù)據(jù)載體的生成器產(chǎn)生寬帶光餅傳輸?shù)焦饫w上;光纖光柵傳感器，報(bào)警系統(tǒng)的核心部分，一般安置在需要布控的位置，及時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度壓力等情況，是整個(gè)光纖的終端，通過(guò)光纖串聯(lián);光纖光柵解調(diào)儀，對(duì)反饋回來(lái)的反射光波長(zhǎng)進(jìn)行分析，是一種光譜儀，對(duì)反饋型號(hào)分析得出現(xiàn)場(chǎng)情況及反饋地點(diǎn)等重要信息;信號(hào)處理器，將解調(diào)儀分析的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測(cè)量溫度等，反映與標(biāo)準(zhǔn)情況的差異，并在超出范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)。

主流光纖通信報(bào)警技術(shù)有以下幾種:

1.基于OTDR的準(zhǔn)分布光纖溫度報(bào)警系統(tǒng)

基于OTDR的準(zhǔn)分布光纖溫度報(bào)警系統(tǒng)是利用背向散射法測(cè)量光纖的衰減。在光纖中，由于光纖本身的缺陷或者成分不均會(huì)導(dǎo)致瑞利散射。其中沿光纖軸和光脈沖傳播方向相反的散射稱為瑞利背向散射。這種散射提供了光纖衰減與長(zhǎng)度的信息，因?yàn)楣饫w衰減信息可以反映出光纖檢測(cè)區(qū)域的溫度變化曲線，APD信號(hào)會(huì)被放大成電壓信號(hào)。所以O(shè)TDR的測(cè)量曲線能夠準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)固有損耗和非正常損耗之間的差別，因此系統(tǒng)對(duì)于溫度報(bào)警可以實(shí)現(xiàn)空間定位，在系統(tǒng)檢測(cè)中可以提高范圍定位的穩(wěn)定性和可靠性。

2.基于準(zhǔn)分布式FBG傳感器的光纖報(bào)警系統(tǒng)

FBG準(zhǔn)分布傳感器技術(shù)的原理是通過(guò)對(duì)外界溫度、壓力等反饋信息對(duì)Bragg中心波長(zhǎng)調(diào)制實(shí)現(xiàn)的。FBG在溫度、壓力等變化都會(huì)改變光柵周期和折射率，引起反射波長(zhǎng)的變化。

其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于復(fù)用能力強(qiáng)，超遠(yuǎn)距離準(zhǔn)分布式的周邊檢測(cè)能力強(qiáng);對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng);簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)容易與其他材料結(jié)合進(jìn)行更全面的檢測(cè);隱蔽性高，成本低。FBG技術(shù)的檢測(cè)精度設(shè)置可以小到腳步引起的震動(dòng)，而且跳躍式的判斷結(jié)果也有時(shí)間區(qū)域上的準(zhǔn)確性，一般應(yīng)用在橋梁、隧道等的安全監(jiān)測(cè)。

3.后向喇曼散射分布式光纖感溫報(bào)警技術(shù)

這種技術(shù)是將窄帶光纖脈沖導(dǎo)入光纖，然后利用雷達(dá)原理測(cè)量散射光強(qiáng)，對(duì)溫度變化實(shí)現(xiàn)一種持續(xù)曲線化的測(cè)量，是一種光是反射域原理的應(yīng)用，具有火災(zāi)等災(zāi)害預(yù)估的提前性。

不穩(wěn)定的激光器可能會(huì)是工作中所產(chǎn)生的波長(zhǎng)發(fā)生偏移，波分復(fù)用器損耗加大。所以在此使用喇曼散射，降低耦合器和復(fù)用器損耗，恒壓APD也能夠?qū)庑盘?hào)的雪崩發(fā)生倍增起到一定的遏制作用，提升采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

三、光纖通信技術(shù)對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

光纖通信技術(shù)本身并不是作為一個(gè)完整的報(bào)警系統(tǒng)來(lái)使用，而是依靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)報(bào)告、檢測(cè)、預(yù)防隱患發(fā)生的。

其中光纖光柵的應(yīng)用配合報(bào)警系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化，其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快、穩(wěn)定的性能具有相當(dāng)高的優(yōu)勢(shì)，也使這種技術(shù)可以更加方便的應(yīng)用在各種類型的檢測(cè)中，其技術(shù)特性提供給系統(tǒng)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)整體的安全度。

OTDR準(zhǔn)分布技術(shù)能夠?qū)PD和LD溫度和偏壓進(jìn)行高精度的采樣，同時(shí)還可以對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集和過(guò)濾，其檢測(cè)出的溫度變化精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他技術(shù)的采樣，與相關(guān)軟硬件結(jié)合后能夠提供更加全面的數(shù)據(jù)支持，對(duì)于機(jī)房溫度檢測(cè)，設(shè)備危險(xiǎn)報(bào)告都有很好的幫助。

FBG的高頻率偏壓數(shù)值曲線能夠良好的反映出震動(dòng)和壓力變化情況，其高頻率的跳躍特性也使其具有相當(dāng)準(zhǔn)確和及時(shí)的數(shù)據(jù)反饋能力，能夠降低數(shù)據(jù)漏報(bào)情況，并針對(duì)型號(hào)模型進(jìn)行信號(hào)模擬，進(jìn)一步精確頻率間值，并更精確地防止漏報(bào)現(xiàn)象的出現(xiàn)。良好的防漏報(bào)功能使得完工的工程能夠更加準(zhǔn)確及時(shí)的提供報(bào)告，保證報(bào)警系統(tǒng)的全面性。

后向喇曼散射分布技術(shù)提高了激光器的穩(wěn)定性，改進(jìn)了量子阱激光器，對(duì)光線耦合效率進(jìn)行提升，降低波長(zhǎng)溫漂的系數(shù)，提高有效脈寬。低損耗的特性使其濾波效果更為細(xì)化和明確。喇曼散射信號(hào)本身降低了光線脈沖在傳播時(shí)可能出現(xiàn)的放大后偏移的情況，而且APD的恒定增壓也使得溫漂系數(shù)的恒定得到保證，讓溫度檢測(cè)精度得到改善，并從一定程度上實(shí)現(xiàn)溫差補(bǔ)償。此技術(shù)的降噪能力較強(qiáng)，信號(hào)累加平均，高性能的累加采集卡對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)安全性和穩(wěn)定性有大幅提升。這種具有提前性的準(zhǔn)確檢測(cè)和預(yù)估的技術(shù)能夠有效準(zhǔn)確的報(bào)告危險(xiǎn)，對(duì)于工程施工后的維護(hù)工作有很大幫助。

從整體的光纖通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，激光脈沖、濾波和APD技術(shù)的使用使得整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)值更加準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)反饋更加高效及時(shí)，信息波動(dòng)規(guī)律的計(jì)算相對(duì)準(zhǔn)確，受環(huán)境影響的程度較低，提高數(shù)據(jù)采集和分析的準(zhǔn)確性，提高警報(bào)發(fā)布的及時(shí)性。

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