余明慧 - 201307005 - 基于分布式光纤传感的周界警戒系统关键(4)

武汉工程大学硕士学位论文

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第1章 绪 论

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1960年初期，我国安全防范技术仅仅只是一个概念。到了1980年初期，安全防范技术在北京、上海、深圳等经济发达的地区得到了深入的研究和广泛地发展应用，这是安防行业的重要基础。安防技术在二十一世纪以后发生了突飞猛进的发展，智能建筑大厦、智能化的电子产品和数字网络产品在市场上蓬勃发展。安全防范产业逐渐成为中国经济发展中的一个非常重要的力量。中国也将会发展成为世界上最大的安全防范市场。

传统的周界安防报警系统中应用较多的主要有泄漏电缆式周界报警系统、主动红外线对射的周界警戒系统、微波墙式周界警戒系统、脉冲式电子围栏报警系统和视频监控系统等，虽然这些技术在一定程度上也达到了一定的安全防范的目的，但是仍然存在着许多技术缺点，越来越不能够满足人们对安防的需求。例如主动红外线对射的围栏报警系统比较容易跨过和翻越，只能在防护等级较低的场所应用，且受外界地形限制和恶劣天气变化的影响，误报率较高。微波主动对射的周界警戒系统中微波产生的剧烈的电磁辐射比较容易对人体造成无法想象的严重伤害，且高楼大厦等建筑物会对微波产生的强烈电磁干扰产生严重的影响，因此也会对系统产生严重的影响，使误报率升高。振动电缆和电子围栏等报警系统功耗比较大，因为这些系统的传感部分都是需要供电的，系统缺点是噪声信号和电磁辐射的影响会使系统误报率和漏报率有一定程度的提高、系统灵敏度降低、探测距离减短、入侵目标类型识别能力减弱。传统的周界安全报警系统具有较高的成本，探测距离短，误警率高，容易受到雷击等许多其他的缺点，所以在实际的应用中很多地方存在局限性[1]。

随着我国“平安城市”建设的不断深化，各类安防技术也日趋发展。 基于分布式光纤传感技术的周界报警系统对各种入侵进行及时识别和响应，并具有检测范围长、定位精度高、误报率低、成本低、容易安装、

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能抗电磁干扰、耐腐蚀能力强、能在多种环境下适用等优点[2]，能有效克服传统的周界安防系统的缺点。因此，数字化、网络化、集成化和智能化的光纤周界安全系统将成为未来安防产业发展的趋势。 1.2周界警戒系统国内外研究现状 1.2.1传统周界警界系统及性能对比

目前，成熟的周界安防警戒系统产品在国内外市场都比较多，应用较广泛的主要有以下几种: （1）泄漏电缆式周界报警系统

泄露电缆是一种具有特殊结构的电缆，它是将外面部分导体的一部分直接切割掉，同时也叫做泄漏感应电缆[3]。原理图如图1-1所示。系统缺点是防护等级较低，容易跨越，不能精确定位，误报率高，受地形条件限制及恶劣气候变化影响，出现故障维修困难。

报警控制台系统主机高频泄露电缆泄露电缆

图1-1 泄漏电缆式周界报警系统原理图

（2）主动红外线对射的围栏报警系统

主动红外线对射的围栏报警系统工作原理如图1-2所示，目前只有两光束、三光束和四光束这三种类型的主动红外入侵探测器，根据工作距离的不同来进行选择。其原理图如图1-2所示。主动红外对射的周界警戒系统的优点是外形简单美观、容易隐蔽而不被发现。其缺点是误报率较高、无法对入侵点精确的定位、检测距离较短、容易受天气等环境的影响、布设环境也比较单一。

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红外发射器光学透镜红外光束光学透镜红外接收器报警控制器

图1-2主动红外线对射的围栏报警系统原理图

（3）脉冲式电子围栏报警系统

脉冲式电子围栏工作原理是脉冲式电子网络分布于周界围墙产生5000—10000V非致命的高压来阻挡入侵人员，且将信号传送到监控设备，当有入侵时接收端信号发生改变，监控设备发出报警并阻挡威慑 [4]。如图1-3所示。脉冲式电子围栏优点是方便安装、阻挡和威慑力较强。缺点是无法在较大的区域内准确的定位、易受雷电气候的影响、光纤电缆有一点损坏就会使整个围栏无法使用。

防区防区多防区声光控制模块防区探测器主机声光控制模块防区探测器电脑接警大屏幕电子图主控室 图1-3 脉冲电子围栏警戒系统原理图

（4）微波墙式周界报警系统

微波墙式周界报警系统原理如图1-4所示。它的优点主要是美观、安装方便、可以探测物体的具体形状。缺点是无法大范围定位、易受雷电和电磁影响、有辖射、耐气候性差、误报率高、布设环境单一。

驱动震荡发射天线接收天线放大检波判断报警控制器微波发射机微波接收机 图1-4 微波墙式探测警戒系统原理图

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（5）电磁感应式振动电缆报警器

电磁感应式电缆振动警报系统工作原理是当外力作用引起电缆振动时，电缆导体活动在切割线产生电信号。通过阈值判断来确定是否触发报警电路。电磁感应式电缆周界警戒系统的优点是容易安装、光纤铺设灵活简便、能在各种环境下稳定可靠的工作[5]。系统缺点是定位不准确、维修难度大、施工困难。

表1-1是将目前市场上应用相对广泛的几种报警系统性能特点进行了对比。

表1-1 各类周界安防产品性能比较

类型 性能 误报率 受环境因素影响

较高 较小 泄漏电缆式 主动红外对射式 高 大

脉冲电子围栏式 较高 小

微波墙式 高 较小 无法

无法定位 适中 较方便 弱 差 方便

大范围定位 短 较复杂 较强 较差 方便

长 复杂 较强 差 方便

长 方便 强 强 方便

无法定位

可以精确定位

电磁感应振动电缆式 较高 小

光纤周界方法 较低 较小

小范围定位小范围定位

定位

到100米，到200米，大范围无法大范围无法定位

使用寿命 工程实施 隐蔽性 被破坏可修复性 安装

长 较复杂 较强 较强 较方便

定位 短 方便 强 强 较方便

1.2.2光纤周界警戒系统国内外研究现状

自从20世纪60年代以来激光技术发展迅猛，且解决了光纤不能在长距离下干涉的难题，与此同时发展了光纤传感器应用于检测的技术。

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