使用光纖通信技術提高報警系統的穩定性

摘要:光纖光柵傳感技術是上世紀90年代出現的一種新型信息傳感技術，并且使用基于光時反射計(OTDR)原理進行溫度檢測報警。作為結構組成的半導體激光器(LD)的高速驅動電路和雪崩二極管(APD)增益的溫漂步長電路等優化了軟件的編譯和反應速度，實時累加采集卡也能提高時間分辨率，是一種穩定性明顯的特征技術。

關鍵字:APD;光纖光柵;探測;火災報警

光纖光柵技術在發展起來的近十多年來多用溫度、壓力、流量、液位等測量上，主要應用原理是使用激光加工的手段在光纖內形成多個光柵元件，在寬帶光源經光纖傳輸時經過特定光纖光柵時某些特定波長的光被反射回來，從而進行數據檢測。因此光纖通信中的光纖光柵技術提供給了報警工程設計一個穩定準確的數據保障。

一、光纖通信技術的特點

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

1.可靠性高，壽命長

光纖通信技術是依據光束波長的數字檢測的，不受光源、彎曲度、探測器老化影響，而且光纖光柵技術還能規避光纖連接損耗的影響，所以具有很高的穩定性和可靠性。

2.超遠距離傳輸，組網便利

光纖傳輸攜帶傳感技術的光信號，能達到經過超遠距離傳輸不失真的效果，傳輸過程中數據雖好幾乎可以忽略。由于超遠傳輸方式的便利，還可以支持大面積組網，方便網絡化的監控管理。

3.可進行數字編碼和傳送

光纖上的光柵波長不同，傳感器所得到的數據進行波分多址的復用傳輸能夠擴大傳輸量，實現分布式測量，也能夠實現數據化的編碼和傳輸。

4.高反應度和精度

光纖設備的核心是光纖光柵傳感器，其所使用的特征波長對溫度和壓力的感應明顯而且快速，并且波長特征具有一致性，所以制作的傳感器響應時間快，測量精度較高。

5.簡單的結構利于施工

光纖本身體積小重量輕，易彎轉，方便制作結構簡單的傳感器探頭。其結構的便利性和兼容性使得工程施工的難度降低，使設備維護也能夠更加簡單。

6.應用范圍廣

由于其感應環境變化的方式其可應用在勘探、冶金、電力等行業，在其質地抗性方面也適應于石油、化工等行業，其高速、準確的數據反饋也適應于火災、地質信息反饋等監控系統。

二、光纖通信技術的報警系統應用方式

完整的光纖通信報警系統一般由四個部分組成:寬帶光源，作為數據載體的生成器產生寬帶光餅傳輸到光纖上;光纖光柵傳感器，報警系統的核心部分，一般安置在需要布控的位置，及時檢測現場的溫度壓力等情況，是整個光纖的終端，通過光纖串聯;光纖光柵解調儀，對反饋回來的反射光波長進行分析，是一種光譜儀，對反饋型號分析得出現場情況及反饋地點等重要信息;信號處理器，將解調儀分析的數據轉換為測量溫度等，反映與標準情況的差異，并在超出范圍時發出警報。

主流光纖通信報警技術有以下幾種:

1.基于OTDR的準分布光纖溫度報警系統

基于OTDR的準分布光纖溫度報警系統是利用背向散射法測量光纖的衰減。在光纖中，由于光纖本身的缺陷或者成分不均會導致瑞利散射。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度的信息，因為光纖衰減信息可以反映出光纖檢測區域的溫度變化曲線，APD信號會被放大成電壓信號。所以OTDR的測量曲線能夠準確的發現固有損耗和非正常損耗之間的差別，因此系統對于溫度報警可以實現空間定位，在系統檢測中可以提高范圍定位的穩定性和可靠性。

2.基于準分布式FBG傳感器的光纖報警系統

FBG準分布傳感器技術的原理是通過對外界溫度、壓力等反饋信息對Bragg中心波長調制實現的。FBG在溫度、壓力等變化都會改變光柵周期和折射率，引起反射波長的變化。

其技術優點在于復用能力強，超遠距離準分布式的周邊檢測能力強;對于環境的適應性強;簡單的結構容易與其他材料結合進行更全面的檢測;隱蔽性高，成本低。FBG技術的檢測精度設置可以小到腳步引起的震動，而且跳躍式的判斷結果也有時間區域上的準確性，一般應用在橋梁、隧道等的安全監測。

3.后向喇曼散射分布式光纖感溫報警技術

這種技術是將窄帶光纖脈沖導入光纖，然后利用雷達原理測量散射光強，對溫度變化實現一種持續曲線化的測量，是一種光是反射域原理的應用，具有火災等災害預估的提前性。

不穩定的激光器可能會是工作中所產生的波長發生偏移，波分復用器損耗加大。所以在此使用喇曼散射，降低耦合器和復用器損耗，恒壓APD也能夠對光信號的雪崩發生倍增起到一定的遏制作用，提升采集數據的準確性。

三、光纖通信技術對于報警系統穩定性的影響

光纖通信技術本身并不是作為一個完整的報警系統來使用，而是依靠準確的數據來報告、檢測、預防隱患發生的。

其中光纖光柵的應用配合報警系統能夠提高系統的自動化、網絡化，其自身結構簡單、反應速度快、穩定的性能具有相當高的優勢，也使這種技術可以更加方便的應用在各種類型的檢測中，其技術特性提供給系統準確的數據，提升系統整體的安全度。

OTDR準分布技術能夠對APD和LD溫度和偏壓進行高精度的采樣，同時還可以對光信號進行采集和過濾，其檢測出的溫度變化精度要遠遠高于其他技術的采樣，與相關軟硬件結合后能夠提供更加全面的數據支持，對于機房溫度檢測，設備危險報告都有很好的幫助。

FBG的高頻率偏壓數值曲線能夠良好的反映出震動和壓力變化情況，其高頻率的跳躍特性也使其具有相當準確和及時的數據反饋能力，能夠降低數據漏報情況，并針對型號模型進行信號模擬，進一步精確頻率間值，并更精確地防止漏報現象的出現。良好的防漏報功能使得完工的工程能夠更加準確及時的提供報告，保證報警系統的全面性。

后向喇曼散射分布技術提高了激光器的穩定性，改進了量子阱激光器，對光線耦合效率進行提升，降低波長溫漂的系數，提高有效脈寬。低損耗的特性使其濾波效果更為細化和明確。喇曼散射信號本身降低了光線脈沖在傳播時可能出現的放大后偏移的情況，而且APD的恒定增壓也使得溫漂系數的恒定得到保證，讓溫度檢測精度得到改善，并從一定程度上實現溫差補償。此技術的降噪能力較強，信號累加平均，高性能的累加采集卡對系統各項安全性和穩定性有大幅提升。這種具有提前性的準確檢測和預估的技術能夠有效準確的報告危險，對于工程施工后的維護工作有很大幫助。

從整體的光纖通信技術來說，激光脈沖、濾波和APD技術的使用使得整個檢測系統的數值更加準確，數據反饋更加高效及時，信息波動規律的計算相對準確，受環境影響的程度較低，提高數據采集和分析的準確性，提高警報發布的及時性。

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