Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКА АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»

КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ОАБ

профессор В.М. Ильин

« » 2011г.

Доцент Вербицкий Ю А

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Технические средства обеспечения авиационной безопасности и их эксплуатация

Тема 3. Системы охраны периметров аэропорта.

Лекция 3.5. Системы охраны периметров с волоконно-оптическими сенсорами.

Обсуждена на заседании кафедры ОАБ

Протокол № от « « 2011г.

Ульяновск 2011

Введение.

Учебные вопросы.

1. Общие сведения об волоконно-оптических кабелях.

2. Волоконно-оптические системы и принципы их построения.

3. Просмотр видеофильма «Волоконно-оптическая система Ворон»

Заключение.

Литература.

Основная:

1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.

2.

Учебно-материальное обеспечение.

1. Наглядные пособия.

2. Технические средства обучения.

3. Приложения.

Введение.

Волоконно-оптические кабели, используемые для передачи информации, могут применяться также в качестве датчиков для измерения деформаций, вибраций и других механических воздействий. Все более широкое применение такие датчики находят и в современных системах безопасности, в частности для создания сигнальных рубежей для охраны периметральных оград.

1. Общие сведения об волоконно-оптических кабелях.

Волоконно-оптическим кабелем называется кабель, по которому в качестве сигнала распространяется луч света, а светонесущими элементами являются оптические волокна.

Оптическое волокно в общем случае представляет собой коаксиальный световод. Свет распространяется вдоль центральной части (сердцевины) волокна. К волокну прилегает прозрачная оболочка, которая обладает меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Свет, распространяющийся под углом к оси световода, отражается от границы раздела между сердцевиной и оболочкой и концентрируется в центральной части волокна.

Оптический кабель является многослойным. В его центре располагаются сами оптические волокна. Их число может быть от 1 до нескольких десятков. Дополнительные волокна могут применяться как для резерва, так и для повышения пропускной способности. Оптические волокна помещаются в, так называемые, модули – пластиковые трубки. Их так же может быть от 1 до 4, в зависимости от типа кабеля. Далее, поверх модулей накладываются несколько изолирующих и бронирующих слоев, число и толщина которых зависит от условий прокладки кабеля (рис.1.)

Рис.1. Структура оптического кабеля связи

Наружная оболочка кабеля может быть изготовлена из различных материалов: поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена, тефлона и других материалов. Оптический кабель может иметь бронирование различного типа и специфические защитные слои (например, мелкие стеклянные иглы для защиты от грызунов).

Привлекательность волоконно-оптических технологий определяется несколькими факторами. Их можно использовать в качестве сенсоров (датчиков) невосприимчивых к электромагнитным излучениям и не требующих электропитания. Кроме того, в качестве сенсоров в большинстве случаев можно использовать промышленные коммуникационные кабели, которые выпускаются в широком ассортименте, а их стоимость ниже стоимости специально разрабатываемых кабельных датчиков.

. Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д. Оптическое волокно используется как линия связи, а также является чувствительным элементом. В последнем случае используется чувствительность волокна к электрическому полю (эффекту Керра), магнитному полю (эффект Фарадея), к вибрации, температуре, давлению, деформациях (изгибу).

На вход волоконно-оптического датчика подаётся световое излучение. В качестве источника излучения обычно используются миниатюрные полупроводниковые лазеры или светодиоды. На выходе кабеля излучение регистрируется фотоприемником (например, фотодиодом), который преобразует оптический сигнал в электрический. При деформациях волокна изменяются условия внутреннего отражения, в результате чего также изменяются фазовые и пространственные характеристики луча на выходе кабеля, они регистрируются фотоприемником и обрабатываются анализатором сигналов.

Волоконные световоды делятся на многомодовые и одномодовые. Диаметр сердцевины многомодовых волокон обычно составляет 50... 100 микрон. По такому волокну одновременно распространяется большое количество типов волн (мод) с различными геометрическими параметрами. Эти лучи испытывают множественные отражения от границы между сердцевиной и оболочкой, что приводит к заметному затуханию сигналов.

Диаметр сердцевины одномодовых световодов составляет не более 10 микрон. В таком световоде может распространяться только один тип волны (мода) и затухание света здесь существенно меньше, чем в многомодовых световодах.

В волоконно-оптических охранных системах используются несколько методов регистрации сигналов вторжения:

A. Метод регистрации межмодовой интерференции

Полупроводниковый лазер обычно генерирует несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру излучения. Если многомодовый оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе спектр излучения претерпевает изменения, что позволяет обнаруживать деформации или вибрации кабеля.

B. Метод регистрации спекл-структуры

На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая «спекл-структура», представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. При деформациях или вибрациях волокна спекл-структура меняется. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.

C. Интерференционный метод

В этом методе используется принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических волокна. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на чувствительный кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые и регистрируются фотоприемником.

За последние годы разработано большое количество охранных систем с волоконно-оптическими сенсорами, которые применяются для защиты периметров различных видов. Ниже кратко описаны некоторые из современных систем.