6.11. Оптоволоконные системы

Оптоволоконные кабели, используемые обычно для передачи информации, можно использовать также и в качестве датчиков для периметровых охранных систем. Деформация оптоволоконного кабеля изменяет его оптические параметры (показатель преломления и др.) и, как следствие, характеристики прошедшего через волокно лазерного излучения. В силу специфики используемых физических принципов оптоволоконные системы отличаются очень малой восприимчивостью к любым электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в неблагоприятной электрофизической обстановке.

Оптоволоконные кабели проявляют несколько физических эффектов, позволяющих применять их в качестве периметровых датчиков. Во всех случаях к одному концу кабеля подключен миниатюрный полупроводниковый лазер, генерирующий когерентное излучение. Противоположный конец кабеля состыкован с фотодиодом (приемником), преобразующим оптический сигнал в электрический. Анализатор сравнивает принимаемый сигнал с эталонным, который соответствует невозмущенному состоянию сенсора, и детектирует внешние воздействия на периметр (смещения, вибрации или сжатия кабеля).

В охранной системе Model M106E фирмы Fiber SenSys (США) используется метод регистрации межмодовой интерференции. Лазер излучает несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру. Если оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе регистрируемый приемником спектр излучения меняется, что позволяет детектировать деформации кабеля.

В оптоволоконной системе фирмы Sabreline (США) используется эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна. На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая “спекл-структура” (speckle-structure), представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.

Оптоволоконные системы серии FOIDS (изготовитель фирма Mason & Hanger, США) используют принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических кабеля, один из которых является детектирующим, а другой — опорным. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на детектирующий кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые регистриуются фотоприемником.

Интересной особенностью оптоволоконных систем является возможность их применения для защиты не только оград, но и неогражденных территорий. В последнем случае волокно располагают под поверхностью земли, в канавке, заполненной гравием. При этом, как показали испытания в Sandia National Laboratories (США), система способна регистрировать шаги идущего или бегущего человека.

Среди отечественных разработок оптоволоконных периметральных систем можно отметить систему «Ворон». Основой системы являются серийно выпускаемые извещатели, состоящие из двух герметичных блоков — лазерного передатчика и фотоприемника. Между этими блоками располагается чувствительный элемент — специальный оптоволоконный кабель. Обработка сигналов осуществляется с помощью анализатора или с помощью специального обучаемого процессора, использующего принципы искусственного интеллекта. Обучение процессора происходит после монтажа на конкретном объекте с имитацией реальных сигналов вторжения.