3778

допустимые значения, позволяющие характеризовать обстановку как допустимую или опасную: мощность дозы (эквивалентной, поглощенной) γ -излучения; спектральный состав γ -излучения; объемные активности α - и β - излучающих радионуклидов в приземном слое воздуха, включая активности трития, изотопов йода и короткоживущих радиоактивных благородных газов; объемная активность радионуклидов в воде.

Для решения данной задачи, возможно использовать методы теории нечетких множеств. Применение подходов данной теории позволяет получить логическую функцию, значение которой будет описывать состояние объекта на основе перевода значений параметров мониторинга объекта в соответствующие шкалы с выведением обобщенного показателя. За основу предлагается принять одну из логистических функций Харрингтона – так называемая «кривая желательности». Основой обобщения информации с использованием функции Харрингтона является преобразование натуральных значений частных параметров различной физической сущности и размерности в единую безразмерную шкалу желательности (предпочтительности) [4]. Данный метод в процессе практического применения предусматривает установление границы допустимых значений (у) для всех показаний технических средств мониторинга (верхние и нижние границы допустимых значений прибора). Ограничения могут быть односторонними (уmin или уmax) или двусторонними (ymin и ymax). При одностороннем ограничении отметке di равное допустимому значению на шкале желательности соответствует уmin или уmax (задан нижний или верхний предел соответственно), при двустороннем ограничении – и ymin и ymax (рис. 2).

Рис. 2. График функции желательности с разными вариантами ограничений

Примером показателя, для которого строится функции желательности с односторонним ограничением, является контроль параметров системы радиационной опасности (ЕГАСКРО), в частности мощность дозы и (или) параметров системы мониторинга инженерных систем объекта (СМИС) таких как температура привода подъемных механизмов – чем меньше показатель данных технических средств мониторинга, тем значение показателя d1 больше. Если ограничения двусторонние, т.е. имеют вид у и меньше уmin и больше ymax, то функция желательности, соответствующая шкале желательности Харрингтона для двустороннего ограничения d2 .

Классическим примером параметра с двусторонним ограничением служит контроль параметра инклинометра. Инклинометр применяется в системе мониторинга инженерных

141

конструкций объекта (СМИК) для контроль отклонения объекта от вертикали и регистрация угловых подвижек объекта мониторинга: платформ, оснований, фундаментов, опор, ферм и ригелей. Оптимальные значения показаний данного прибора лежат в определенном диапазоне, а повышение или понижение значений относительно оптимума приводят к снижению показателя d2.

Как было сказано выше, учитывая особенность функционирования автоматической системы обнаружения пожара, данные получаемые от этой системы могут принимать три значения, предлагается при оценке подобных дискретных систем оценку по шкале со значениями соответствующим значениям вербально-числовая шкала Харрингтона {0,2,5}:

−Штатное функционирование {5};

−Неисправность {2};

−Пожар{0}.

После того, как все частные параметры технических средств мониторинга (yi) переведены в свои желательности (di) возможно перейти к построению обобщенного показателя состояния источников угроз техногенной ЧС (Со) по исследуемому источнику, названного Харрингтоном обобщенной функцией желательности D. Одним из способов решения задачи интеграции является представление обобщенной функции желательности D, как среднее геометрическое частных желательностей:

Использование вышеуказанного алгоритма позволяет определить показатель состояния по каждому источнику техногенной ЧС (Со). Для дальнейшего анализа и определения общего показателя защищенности населения предлагается группировать источники по виду техногенной и ЧС и определять итоговый показатель состояния группы по минимальному значению состояния каждого источника техногенной ЧС (Со) группы. Предложенный подход позволяет нормировать показатели ТСМ для своевременного выявления потенциально опасных, предаварийных состояний источников техногенной чрезвычайной опасности и как следствие определить показатель состояния источников техногенной ЧС как элемента комплексного показателя защищенности населения от чрезвычайных ситуаций техногенного характера. При реализации данного подхода в программном средстве позволяет интегрировать его в соответствии с концепцией АПК «Безопасный город» и применять в комплексе КСА ЕЦОР для мониторинга в реальном времени параметров системы комплексной безопасности ЗАТО, учитывая территориальные особенности расположения и технологические особенности расположенного градообразующего производства.

Литература

1.ГОСТ Р 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения

2.ГОСТ Р 22.0.02-2016 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения

3.Методические рекомендации АПК «Безопасный город» построение (развитие), внедрение и эксплуатация 2-4-87-12-14 от 22.02.2015 г.

4.Рыбаков, А.В. О разработке модели мониторинга состояния системы комплексной безопасности закрытого административно-территориального образования / Рыбаков А.В., Назаров А.А., Мартинович Н.В., Мельник А.А. // Научно-аналитический журнал «Сибирский пожарно-спасательный вестник», 2019. №4.-C.65-69

5.Рыбаков А.В., Арефьева Е.В. Модель комплексного мониторинга состояния объектов нефтехранения. Научно-производственный журнал «Нефтяное хозяйство» №9. – М.: ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство»», 2015 г, С.116-120, Рыбаков А.В., Очередько М.В., Рыбакова А.М. О разработке системы комплексного мониторинга за состоянием опасного производственного объекта// Вестник НЦБЖД. 2018. № 2 (36). С. 98-106.

6.Сосюкин А.Е., Верведа А.Б. Практические аспекты использования функции желательности при проведении психофизиологического обследования персонала аварийно-спасательного формирования // MEDLINE.RU. Российский биомедицинский журнал. ООО «Интернет-Проект», 2015. №3. C. 872-884

142

1 Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Красноярский край, г. Железногорск, Россия 2Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

A. A. Nazarov, N. V. Martinovich, A. V. Kalach

APPLICATION OF THE DESIREMENT FUNCTION IN DETERMINING THE INDICATOR OF THE STATE OF THE SOURCES OF TECHNOGENIC EMERGENCY SITUATIONS IN THE TERRITORY OF THE CLOSED ADMINISTRATIVE AND TERRITORIAL EDUCATION

The article proposes a possible approach to monitoring the system of integrated security of the territory of the closed administrative and territorial entity, taking into account the specifics of its functioning. The approach is based on the methods of fuzzy set theory in order to obtain a logical function, the value of which will describe the state of the object based on the translation of the values of the monitoring parameters of the equipment and the object into the corresponding scales with the calculation of the generalized indicator

Siberian Fire and Rescue Academy EMERCOM of Russia, Krasnoyarsk Territory, Zheleznogorsk, Russia

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

УДК 632.95

М. Н. Мусаев, Д. М. Рахматова

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ЯДОВИТЫХ И ХИМИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Вданной статье рассматривается исследование по обеспечению безопасности и методов утилизациихимических и ядовитых веществ. Химические и ядовитые отходы относятся к одним из наиболее опасных для человека и природной среде в целом. Утилизация ядовитых отходов должна производиться в строгом соответствии со всеми требованиями безопасности. Переработка неправильными методами или средствами может привести к заражению целых территорий, а в дальнейшем и к смертельному поражению живых существ и человека

Внастоящее время Узбекистан постепенно перенимает зарубежный опыт по

утилизации ядовитых и химических отходов, которые являются одним из основных трудно решаемых проблем государства. Вопрос пообезвреживанию, очистке и утилизации химических веществ во всем мире давно уже является серьёзной проблемой. Сегодняэтими проблемами обеспокоены многие страны и научная экологическая общественность. В качестве необходимого промежуточного этапа в достижении этой проблемы и для подготовки единого согласованного подхода к регулированию токсических химических веществ на всех уровнях, был разработан Стратегический подход к международному регулированию химических веществ (СПМРХВ).

Данная процедура рассматривается как международная инициатива в области обезвреживания и утилизации химических ядовитых веществ и как элемент устойчивого развития в обществе. Стратегический подход к международному управлению токсических химических веществ дает возможность добиться более достоверной информации по определению экологических аспектов в обеспечении химической безопасности для планирования развития на национальном уровне [1].

Цель данной инициативы по международному регулированию токсических химических веществ предполагает использование химических веществ, которое позволяло бы предотвратить негативное воздействие на здоровье населения и близ расположенных регионов производственного комплекса. Главной целью развития промышленной отрасли является сохранение первозданной чистоты природы. Токсичные промышленные отходы несут как всегда в себе высокую опасность природной среды.

143

Химическиеотходы образуются на предприятиях промышленного комплекса. В их составе всегда присутствуют токсичные и ядовитые химические вещества. Для планомерной организации вопроса утилизациии обезвреживания промышленных химических отходов на предприятиях сооружают временные полигоны по их хранению отходов в специальныхотведенных площадках. Транспортные средства, на котором будут перевозиться промышленные токсичные отходы, должны быть в установленном порядке оснащены в соответствии с возлагаемыми требованиями (герметичность должен быть соблюден) [3].

Как известно, все ядовитыеихимические отходы относятся кодним из самых токсичных и опасных видов отходов промышленной отрасли. Они из-за накопления и отсутствия соответствующей перерабатываемой технологии этих видов отходов приводят в большом количестве для хранения долгие годы на складах, полигонах и в многочисленных могильниках. Токсичные отходы, которые имеют отношение к химическим предприятиям, представляют собой инертные или химические вещества либо с их различными смесями. Для утилизацииэтих отходов химического происхождения, необходимо быть крайне осторожным из-за их токсического воздействия на организм человека. Первое требование к химическим отходам – установленная в соответствии герметичная упаковка, и специально отведенное место, где химические токсичные отходы будут временно храниться до передачи их на обезвреживание, утилизацию или переработку. Токсичными выбросами считаются не только продукты промышленной деятельности, но и бытовые предметы, с которыми человек встречается каждодневно. К ним относятся градусники, батарейки, ртутные лампочки, а также посуды, в которых хранились моющие средства. Не зря эти продукты нельзя выбрасывать в общий мусорный контейнер. Перерабатывать данный вид мусора следует проводить отдельно, для чего было создано устойчивое к различным агрессивным химическим соединениям установки со специальными оборудованиями.

Для того, чтобы правильно разработать технологию утилизации химических токсичных отходов, нужно знать, к какому классу опасности они относятся. Степень их вредного воздействия на природу и здоровье людей определяет, к какому классу будет принадлежать та или иная категория мусора.

Самые распространенные промышленные токсичные отходы химического происхождения, которые подлежат обязательной утилизации, можно представить следующий список химических отходов:

–лабораторные отходы химического происхождения:

–различного происхождения химикаты;

–кислоты, щелочи, смеси химических веществ;

–неиспользуемые, запрещенные к использованию пестициды и яды сельскохозяйственных предприятий;

–химические отходы, содержащие нефть и нефтепродукты;

–галогеновые отходы химических предприятий;

–отходы предприятий с высокой степенью опасности;

–пиротехнические материалы.

В настоящее время существующие современные оборудования позволяют утилизировать химические и ядовитые отходы быстро и безопасно для окружающей природной среды.

Однако, разнообразие химических составов и агрегатных состояний химических отходов не позволяет дать однозначную инструкцию утилизации этих веществ после выделения в производственных предприятиях, окончания их сроков службы, пригодности к использованию в быту, после процессов, в которых они были задействованы. Прежде, чем начать процессутилизации опасных химических отходов надо вначале определить их класс опасности, который определить дальнейшие пути по обращению к химическим опасным веществам - отходам.

144

Опасные отходы химической и других отраслей промышленности для уменьшения их объемов в специально отведенных могильниках и полигонах надо постепенно целесообразно направлять их на переработку, исходя из их химического состава, с целью получения из них полезных веществ и материалов для использования в отраслях экономики. Это даст возможности к улучшению состояния окружающей среды, к экономии первичныхсырьевых ресурсов, к получению дополнительных прибылей за счёт использования дешёвого сырья (отхода).

Как известно, что химические процессы применяются во многих сферах промышленности. Именно эти технологические процессы становятся первым источником образования опасных веществ, которые подлежат необходимой утилизации по снижению их отрицательного влияния в окружающую среду. Главные особенности таких отходов следующие:

–достаточно высокая химическая активность и возможность реакции с воздухом и водой окружающей среды;

–загрязнение грунтов и почвенных вод на долгие годы при выбросе в окружающую

среду;

влияние на все живые организмы, включая человека, летальный исход при контакте с химическими выбросами;

–испарения в атмосфере, заражение воздуха, создание неприятных запахов на близлежащих населенных пунктахпромышленных регионов.

Попадание таких выбросов в окружающую природную среду недопустимо. Это приведет к печальным экологическим катастрофам. Для этого необходимо подготовить методы и технологии по утилизации токсичных и опасных химических отходов с целью снижения их отрицательного воздействия на окружающую среду. В настоящее время существуют несколько методов переработки химических токсических отходов, к которым относится методы нейтрализации, хлорирование с окислением, алкоголиз, термический метод, метод дистилляции, а также биологический метод [2, 6].

Чтобы утилизировать опасные химические компоненты, нужно всегда соблюдать специальные инструкции правили безопасности, с целью сохранения здоровья окружающих. Перед утилизацией определяется степень токсичности выбросов, так как для каждого отхода создаются свои условия хранения и уничтожения. Перевозка и хранение должны осуществляться в специальных контейнерах, внутреннее покрытие которых не поддается влиянию щелочи и кислот.

Жидкое сырье превращают в твердую массу и вместе с твердыми отходами хранят на полигонах. На заводах есть специальные печи для сжигания мусора. Промышленность невозможна без образования токсических выбросов. Но можно минимизировать вредное влияние на флору и фауну и предотвратить биологическую катастрофу. Для этого нужно правильно утилизировать, хранить ядовитые отбросы и препятствовать их попаданию в воду или почву.

В промышленных предприятиях неизбежно образуются большое количество отходов. Если отработанная продукция оказывается ядовитой и потенциально опасной для человека, необходима ее качественная переработка. Утилизация ядовитых отходов – востребованная услуга для промышленных предприятий.

Нами также изучен процесс термической деструкции ядохимикатов в герметичных печах в отсутствии кислорода воздухас целью исключения возможности образования более токсичных веществ как, диоксины и диоксиноподобных веществ, а также исследованы составы и свойства образующихся продуктов разложения.

В отличие от опубликованных технологий в нашей работе предложена новая технология, по которой образующиеся газообразные продукты термической деструкции ядохимикатов нейтрализуются перед выбросом в атмосферу, что исключаетвозможность

145

загрязнения последней соединениями типа фурана, диоксида, хлоридов, полиядерных ароматических углеводородов и др.

В технологической схеме по утилизации химических отходов по термической переработки токсических отходов, который состоит из пиролизной печи, снабженный с блоком фильтрации образующихся отходящих газов. При этом, газоход, размещенный перпендикулярно к стенке камеры дожигания, выполнен в виде щелевого рекуператора типа «труба в трубе». Один конец внутренней трубы, который свободно входит в камеру дожиганияпечи в верхней части ее стенки, другой – сообщен с камерой нейтрализации вредных и токсичных компонентов отходящей пирогазовой смеси.

Размещение камеры дожигания продуктов неполного горения, выносимых с газом из камеры сгорания, обеспечивает оптимальные условия для дожигания. Газ, выходящий из камеры сжигания, проходит через отверстие и попадает в камеру дожигания, диаметр которой значительно больше диаметра отверстия. При этом скорость газа падает, и продукты неполного горения попадают в зону действия факела горелки, размещенной в стенке камеры дожигания, и дожигаются до окислов высшей валентности и паров воды.

Газоход установлен перпендикулярно к стенке камеры дожигания, который снижает скорость газового потока, а выполнение его в виде рекуператора позволяет подогреть воздух, используемый далее в качестве окислителя, до температуры отходящего газа до 700-750 0С.. При подаче щелочноземельных реагентов в камеру нейтрализации, позволит перевести окислы серы, фосфора, азота и пары соляной кислоты в безвредные минеральные соли -

СаSO4, Ca(PO4)3, Ca(NO3)2, CaCO3, CaCl2.

Термическая деструкция при 800 0С в течении 6 часов дает положительные результаты. Во избежание спекания органических веществ ядохимикаты загружались в пиролитический реактор в количестве 200г в смеси с 200г нейтральных, фарфоровых шариков предварительно прокаленных в муфельной печи при 600 0С в течение 2 часов.

Цельюработы было достижение полной деструкции органических молекул. Из-за отсутствия кислорода в продуктах разложения образовалась сажа. Выходтвердой части определяли методом простого взвешивания остатка.

С отнятием массы совместно с сырьем загруженных фарфоровых шариков определяли массу кубового остатка – твердого остатка – кокса. Массу жидкой части определяли методом простого взвешивания конденсата. Массу образованной газообразной части определяли методом взвешивания нейтрализатора – поглотителя кислых компонентов.

Таким образом, в результате пиролитического разложения образуются пирогаз, пироконденсат и пирокарбон, которые могут использоваться в дальнейшем в зависимости от химического состава этих продуктов разложения. Данная технология была применена для пиролитического разложения невостребованных сельскохозяйственных химикатов.

Литература

1.Мусаев М. Н., Рахматова Д. М. Проблема обеспечения безопасности обезвреживания и утилизации аварийно опасных ядовитых химических отходов. Сб. Материалов III Международной заочной конференции «Безопасность человека и общества: совершенствование системы реагирования и управления защитой от чрезвычайных ситуаций», 2019 г., C. 168-170.

2.Мусаев М. Н. Саноат чикиндиларини тозалаш технологияси асослари. Учебник, 2011. 500 с.

3.Астанина Л. Экологическая безопасность и гражданская инициатива № 10. С. 13–16.

4.Демина Т. Я., Шаяхметова Л. Р. К проблеме утилизации отходов химических технологий на примере производства хлорорганических соединений // Вестник Оренбургского государственного университета. 2005. № 10–2. С. 10–13.

5.Химические отходы. http://www.musor1.ru/articles/himicheskie-othody/ (дата обращения: 15.05.2015). 6.Алимкулов С. О., Алматова У. И., Эгамбердиев И. Б Отходы — глобальная экологическая проблема.

Современные методы утилизации отходов // Молодой ученый. 2014. № 21. С. 66–70.

Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, г. Ташкент, Узбекистан

146

M. N. Musaev, D. M. Rakhmatova

RESEARCH ON THE SAFETY OF TOXIC AND CHEMICAL WASTE DISPOSAL

This article discusses research on safety and methods of disposal of chemical and toxic substances. Chemical and toxic wastes are among the most dangerous for humans and the natural environment in General. Disposal of toxic waste must be carried out in strict accordance with all safety requirements. Processing by incorrect methods or means can lead to the infection of entire territories, and in the future, to the fatal defeat of living creatures and humans

Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Tashkent, Uzbekistan

УДК 59.41.71

А. А. Ковтун, А. Д. Мехтиев

СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРОВ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

В данной статье авторы предлагают к рассмотрению пассивную систему охраны периметра, основанную на использовании оптического волокна, используемого в коммуникационных системах передачи информации. Принцип измерения основан на контроле величины дополнительных потерь на рассеяние при механическом воздействии, измеряемое в дБ. В статье проанализированы существующие системы. Приведены результаты лабораторных исследований образца системы охраны с картинками дифракционных световых пятен, которые могут изменяться в зависимости от различных видов вибрационного и механического воздействия на волоконно-оптический сенсор

Обеспечение охраны объектов ограниченного доступа и особых объектов государственного значения или просто границ любой территорий, которые занимают значительные площади от несанкционированного доступа, требует больших затрат и сложных коммуникации для построения системы охраны и мониторинга периметра, это обстоятельство существенно повышает стоимость систем охраны. Сегодня разработано множество систем охраны разного технического уровня и стоимости, основанные на различных принципах: инфракрасные, виброакустические, магнитометрические, емкостные, сейсмические и другие типы систем [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. Всем перечисленным системам охраны характерны значительное электропотребление и затухание сигнала, напрямую зависящие от протяженности сенсоров. Можно отметить определенный уровень электромагнитного излучения в окружающее пространство, что позволяет легко их обнаруживать и подавлять средствами борьбы. Современные требования к скрытности систем охраны, способности работать на значительной протяжённости охраняемого периметра и эффективности работы, предъявляемые к системам охраны, заставляют ученых и инженеров искать пути решения существующих проблем. В первую очередь необходимо снижать стоимость самих систем, а также их энергопотребление. Важным моментом является повышение помехозащищенности каналов связи и сенсоров, также можно отметить ежегодную тенденцию снижения стоимости производства оптических волокон; его стоимость на международном рынке составляет около 9 долларов США за 1 км, что многократно дешевле электрических кабелей с медными жилами. Низкое затухание оптического сигнала в волокне позволяет построить охранные системы распределенного типа протяженностью до 50 - 80 км, а в перспективе развития волоконной оптической техники и технологий - более 100 км. С учетом вышесказанного разработка системы охраны периметров на основе волоконно-оптических сенсоров является весьма актуальной.

Основные положения, а также преимущества и недостатки указанных систем сформулированы нами в [9, 10, 11]. Как сказано ранее, основная идея основана на использовании оптического волокна, предназначенного для передачи информации в качестве

147

чувствительного сенсора, способного идентифицировать механические воздействия. Принцип измерения основан на контроле величины дополнительных потерь на рассеяние при механическом воздействии, измеряемое в дБ. При механическом воздействии на оптическое волокно (ОВ) изменяются показатели рассеяния энергии моды световой электромагнитной волны, проходящей по оптическому волокну. Оптическое волокно способно реагировать на виброакустическое воздействие в широком диапазоне частот. При этом любое механическое воздействие на волоконно-оптический сенсор проявляется как эффект фотоупругости, и возникают изменения свойства света, проходящего через него, соответственно изменяется интенсивность его волны, падающая на поверхность фотоприемника. Механическое воздействие, даже незначительное, приводит к изменению фазы проходящей световой волны из-за изменения показателей преломления между сердцевиной и оболочкой оптического волокна. Системы охраны периметров на основе волоконно-оптического сенсора имеют относительно простую конструкцию, с одной стороны оптического волокна располагается источник света (полупроводниковый лазер), с другой фотоприемник, фиксирующий изменения свойств проходящей световой волны. Все полученные измерения в виде измененного оптического сигнала обрабатываются микропроцессорным устройством, после чего возможна идентификация воздействий и определение расстояния до точки предполагаемого нарушения охраняемого периметра. По данным направлениям проведена значительная работа, выполнен ряд экспериментов и получены оригинальные результаты. При помощи оптического волокна можно измерять множество электрических и неэлектрических параметров параллельно, с достаточно высокой точностью [1, 2, 10]. На оптическое волокно не действуют электромагнитные помехи. Поэтому использование оптических волокон для построения пассивных систем охраны периметров и рубежей различных объектов - это весьма перспективное направление.

Литературный анализ [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] показал, что первый обнаруженный нами патент по охранным системам данного типа был зарегистрирован в США в 1977 году. Это стало основой последующих разработок. Основой является источник излучения, волоконнооптический сенсор, фотоприемник и устройство обработки данных. Можно выделить ряд успешных разработок и лидеров в данной области, которые уже несколько десятков лет присутствуют на рынке, например, Future Fibre Technologies (FFT) (Австралия); Remsdaq (Англия); TRANS Security Systems and Technology (TSS) (Израиль); Fiber SenSys (США); Magal (Израиль); Senstar-Stellar (Канада). Имеются производители, которые только выходят на рынок, в основном из стран бывшего СССР, например, НПО «Прикладная радиофизика» охранная система «Ворон» (Россия); «Дунай» (Россия); «Гюрза» (Россия). Отдельно можно отметить успехи разработчиков Yangtze Optical Fiber and Cable Company Ltd из Китая [6, 7, 8, 9, 10, 11]. Естественно, каждый производитель использует свои научные наработки, методы и средства. Однако, данные разработки недостаточно освещены в открытой печати, а некоторые даже засекречены, поэтому анализ информации из доступных источников позволяет сделать вывод, что между различными системами охраны есть ряд определенных сходств, объединяющих их в несколько групп. Одна из групп использует метод регистрации вибрационного воздействия на волоконно-оптический кабель, например, метод регистрации межмодовой интерференции Fiber SenSys. Другая группа использует принцип двухлучевой интерферометрии FOIDS (изготовитель фирма Mason & Hanger, США). Имеется еще одна группа охранных систем, использующая в своей основе эффект решёток Брегга и вызванное ими отражением света или рассеянием, которое улавливается чувствительным фотоприемником. На схожем принципе работают охранные системы, берущие за основу оптический рефлектометр [9, 10, 11]. Есть и более общие характерные сходства, это использование принципа оптического интерферометра. Несмотря на определенные успехи представленных выше разработчиков, есть и ряд общих проблем, которые ограничивают возможности применения волоконно-оптических систем охраны и ведут к их серьезному удорожанию. К примеру, использование принципов оптического интерферометра вызывает

148

ряд проблем при возникновении помех из-за температурных воздействий на оптическое волокно, ведущих к изменению его линейных размеров при повышении или снижении температуры в течении суток. Целью является разработка собственных конструкций волоконно-оптических систем охраны периметров, имеющих меньшую стоимость по сравнению с аналогами, что позволит расширить их применение.

Как сказано ранее, в основном все охранные системы на основе оптических волокон (ОВ) имеют три одинаковые базовые части. В качестве источника света, как правило, используется полупроводниковый лазер, но возможно использование полупроводникового диода. Чувствительным сенсором является одномодовое или многомодовое волокно, первое пригодно для протяженных участков более одного километра, а второе более подходит для дистанций менее одного километра. Встречаются также их комбинации, когда многомодовое волокно используется в качестве сенсора, а одномодовое как направляющая передачи данных. Например, Fiber SenSys использует данную компоновку с размещением волоконнооптического сенсора на сетчатом ограждении. Есть другой вариант, когда сенсор может располагаться в грунте на небольшой глубине примерно 5-8 см, такую компоновку использует Remsdaq (Англия). Также возможны комбинации с размещением сенсора на ограждении и в грунте одновременно. Волоконно-оптическая система охраны может сочетаться с другими видами оповещения о вторжении в охраняемую зону, например, с видеонаблюдением. Можно отметить высокую добавленную стоимость волоконнооптических систем охраны периметра, к примеру, охранная система «ВОРОН» (Россия). Периметр объекта разбивается на участки (зоны) охраны протяженностью 250 или 500 м. Используется одинарный или двойной проход кабеля-датчика по заграждению, но все это влияет на стоимость. Ориентировочная стоимость одного погонного метра системы охраны на основе технологии «ВОРОН™» (без учета стоимости оптического кабеля связи), примерно от 4000 до 9000 тенге за метр, для периметра в 1-2 км и 5-30 км соответственно. Таким образом оборудование будет обходиться дешевле при более протяженном участке охраны. Если учесть стоимость системы охраны «ВОРОН™» с волоконно-оптическими кабелями связи, то ее стоимость для периметра протяженностью 20 км будет составлять в пределах 80 млн тенге, а для 30 км уже около 100 млн тенге, без стоимости монтажа и других накладных расходов. Стоимость системы растет с увеличение ее протяженности. Продукция ведущего мирового производителя Fiber SenSys (США) стоит более чем в два раза дороже. Данные производители используют в качестве сенсоров многомодовое оптическое волокно, а для направляющей системы связи одномодовое, но для снижения стоимости необходим полный переход к одномодовым оптическим волокнам. Такие системы целесообразны, когда используется только одномодовое волокно, но есть ряд технических нерешенных проблем, которые снижают их эффективность и повышают стоимость оборудования.

Теоретическая основа работы волоконно-оптических систем охраны данного типа давно известна и представляет классическую теорию оптического интерферометра. Обзор литературы показал, что волоконно-оптические охранные системы можно условно разделить на три основные группы [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. Первая, основанная на использовании метода микронапряжений механического воздействии на оптическое волокно, для этого будут использоваться два оптических волокна, по которым проходит луч лазера. Вторая система основана на использовании классического интерферометра Маха-Цандера. Сенсор имеет уже три оптических волокна. Два волокна используются как чувствительные элементы, по ним подается лазерный луч, работающий в непрерывном режиме, а третье (выходное) волокно служит для передачи сигналов на анализатор системы от оконечного оптического модуля. Третья система основана на использовании метода когерентной оптической рефлектометрии с временным разрешением. Эффективность системы существенно повышается, если в волокне специально создаются регулярные неоднородности показателя преломления с пространственным периодом, сравнимым с длиной волны лазерного излучения. Для этого необходимо сформировать условия Брэгговского рассеяния. Данный метод позволит

149

определить место вторжения на основании расчета времени задержки отраженного сигнала с возможностью установления точного место вторжения с погрешностью до 10 метров.

Нами разработана собственная конструкция системы охраны периметров на основе волоконно-оптических сенсоров, которая имеет несколько иной принцип работы и обработки сигнала, отличающаяся от рассмотренных ранее. В настоящее время не решена в полном объеме задача использования одномодовых волокон в качестве сенсоров и направляющих систем одновременно. Решение этой задачи позволило бы в первую очередь снизить стоимость системы охраны примерно в 2 раза, а при серийном производстве возможно и более. Для реализации этой задачи используется источник света, одномодовое оптическое волокно типа G 652 и фотоприемное устройство с программным обеспечением для обработки данных, также необходима прокладка не менее двух волоконно-оптических световодов подземным способом на глубину около 7-10 см вдоль охраняемого периметра. Световоды должны быть прикреплены к пластиковой сетке для повышения точности и чувствительности работы системы. Корреляционная обработка сигналов от двух волоконнооптических кабелей позволяет отфильтровать сигналы помех (шум дождя, транспорта и т.п.) и выделить на их фоне сигналы реального вторжения. Данную систему можно использовать для охраны периметров и контроля волоконно-оптических кабелей связи от несанкционированного доступа. Возможна конфигурация системы с использованием замкнутой петли, когда оба конца подключаются к электронным блокам. Программное обеспечение позволяет автоматически вносить корректировки, связанные с изменением температуры для повышения помехозащищенности каналов связи. При обрыве сенсора система переходит в режим работы с двумя отдельными лучами, это позволяет установить участок с обрывом сенсора. При лабораторных исследованиях и обработке результатов, проведённых ранее [9, 10, 11, 12], были получены графики зависимости значения потерь оптического волокна с длиной волны 1310 и 1550 нм при пошаговом увеличении давления при проведении испытаний, которые представлены на рис. 1 и 2, волоконно-оптические сенсоры имеют достаточно хорошую линейность. Переход на световой диапазон длиной волны 1310 и 1550 нм позволит сократить величину затухания сигнала и создать систему охраны периметра распределенного типа с протяженностью до 100 км.

При этом функционирование сохраняется на всем периметре. В качестве чувствительных элементов используются отдельные жилы стандартных волоконных коммуникационных кабелей с оптическими потерями примерно 0,22-0,3 дБ/км на длине волны 1550 нм и 0,5-0,6 дБ/км при длине волны 1310 нм. Рассмотрев основные схемы

150