Современные системы защиты периметра и мониторинга состояния протяженных объектов (таких, как трубопроводы и кабельная инфраструктура) требуют от охранных извещателей высокой чувствительности, надежности и устойчивости к внешним воздействиям. Одной из сравнительно новых технологий, используемой в системах охранной сигнализации является распределенное акустическое зондирование (англ. DAS - Distributed acoustic sensing). Эта технология использует оптоволоконный кабель в качестве линейного массива виртуальных акустических датчиков, реагирующих на механические воздействия.
Принцип действия такой охранной системы основан на рефлектометрических измерениях. Осуществляется мониторинг рассеянного в обратном направлении оптического излучения при прохождении по оптическому волокну зондирующего импульса. Оптическое волокно в этом случае можно представить как совокупность индивидуально опрашиваемых датчиков, расположенных последовательно, сигналы от которых приходят в разные моменты времени. Благодаря этому существует возможность определить точное расположение каждого из таких датчиков. При прохождении импульса света по волокну каждый участок волокна рассеивает часть света. Свет, рассеянный в обратном направлении, принимается фотоприемником, который вместе с излучающим лазерным светодиодом находится в начале оптоволоконного кабеля. Осуществляется запись рефлектограммы. При этом каждому участку записи соответствует свой участок оптоволокна. Если при прохождении следующего импульса обратное рассеяние на этом участке изменится, значит, оптоволоконный кабель подвергается воздействию. Тем самым оптическое волокно используется одновременно для передачи информации и в качестве набора чувствительных датчиков.
Распределенные датчики такого типа называются оптическими рефлектометрами (англ. - OTDR Optical time-domain reflectometer). Хотя этот термин закрепился в основном за приборами для контроля состояния волоконно-оптических линий связи, его можно использовать в более широком смысле, подразумевая любое устройство, в котором реализован принцип оптической рефлектометрии. Помимо самой возможности организации распределенных измерений, технология оптической рефлектометрии демонстрирует ряд других важных преимуществ: полную (в т.ч. электрическую) пассивность оптоволоконного чувствительного элемента, его невосприимчивость к электромагнитным помехам, минимальные массогабаритные характеристики, хорошую технологичность, а также чувствительность к воздействиям разной природы.
В основе работы любого оптического рефлектометра лежит регистрация сигнала обратного рассеяния из измеряемого оптического волокна. Выделяют три вида рассеяния, имеющих место в оптическом волокне:
1) Рэлея;
2) Мандельштама-Бриллюэна;
3) комбинационное, также известное как рассеяние Рамана.
Все перечисленные эффекты обладают чувствительностью к деформации и температуре и могут быть использованы для построения соответствующих распределенных датчиков.
1) Рэлея;
2) Мандельштама-Бриллюэна;
3) комбинационное, также известное как рассеяние Рамана.
Все перечисленные эффекты обладают чувствительностью к деформации и температуре и могут быть использованы для построения соответствующих распределенных датчиков.
Принцип работы системы РОСТАБ ФП1150
Система РОСТАБ ФП1150 использует распределенное акустическое зондирование на основе рэлеевского рассеяния. Лазерный импульс передается по оптическому волокну, а рассеивающие участки внутри волокна заставляют волокно действовать как распределенный интерферометр с длиной элементарного датчика, приблизительно равной длине импульса. Интенсивность отраженного света измеряется как функция времени после передачи лазерного импульса. Этот процесс известен как когерентная рэлеевская оптическая рефлектометрия C-OTDR (англ. - Coherent Optical Time Domain Reflectometer). Когда импульс света проходит всю длину волокна и обратно, по волокну передается следующий импульс. Данный тип системы очень чувствителен как к деформации, так и к изменениям температуры волокна, и измерения могут проводиться практически одновременно на всех участках волокна.
Основным элементом системы охраны периметра, трубопроводов и кабельной инфраструктуры РОСТАБ ФП1150 является оптоволоконный кабель, устанавливаемый на ограждении или контролируемом объекте. Отличительной особенностью является максимальная протяженность зоны обнаружения для одного блока обработки сигналов, которая может составлять до 80 км при контроле ограждений и до 100 км при контроле кабельных линий и трубопроводов. На протяжении этого расстояния стандартный одномодовый оптоволоконный кабель системы не использует какие-либо электронные устройства и не требует применения дополнительных источников питания. Обеспечивается точность обнаружения проникновения в пределах ±4 метров.
Проложенный кабель не требует какого-либо обслуживания и при случайных повреждениях быстро ремонтируется. В отличие от вибрационного чувствительного кабеля, система контролирует не одну зону целиком, а является распределенным детектором воздействий на протяжении всей длины подключенного оптоволоконного кабеля с точным указанием конкретного места проникновения.
Для одномодового волокна, работающего на длине волны 1550 нм типичное затухание составляет около 0,2 дБ/км. Максимально допустимые общие потери, включая потери в кабеле и на соединениях, составляют 9,6 дБ для системы охраны периметра и 12 дБ для системы контроля кабельной инфраструктуры и трубопроводов.
Для одномодового волокна, работающего на длине волны 1550 нм типичное затухание составляет около 0,2 дБ/км. Максимально допустимые общие потери, включая потери в кабеле и на соединениях, составляют 9,6 дБ для системы охраны периметра и 12 дБ для системы контроля кабельной инфраструктуры и трубопроводов.
Использование ФП1150 для охраны кабельной инфраструктуры и трубопроводов
- Система может использовать существующее оптическое волокно в кабеле для обнаружения внешних воздействий в любом месте проложенного кабеля. ФП1150 определяет и сообщает точное местоположение такого воздействия.
- Благодаря малому интервалу зондирования кабеля и возможности точного определения местоположения воздействия, ФП1150 помогает предотвратить повреждение кабельной инфраструктуры, а также попытки кражи дорогостоящего кабеля (например, силового медного кабеля) и несанкционированного доступа к передаваемым данным.
- Систему можно использовать для точного обнаружения местоположения кабелепровода под землей путем мониторинга при воздействии на грунт над предполагаемым местоположением кабельных каналов.
- ФП1150 использует сложные алгоритмы на основе искусственного интеллекта для возможности различения реальных воздействий и вибраций от естественных источников.
- ФП1150 исключительно прост в настройке и монтаже, что позволяет системному интегратору быстро выполнить проектирование, монтаж и пусконаладочные работы.
- Технология, основанная на рефлектометрии, не требует, чтобы свет проходил по всей длине кабеля. Если оптоволоконный кабель перерезан, ФП1150 сохраняет способность обнаруживать и локализовать место воздействия вплоть до точки обрыва, что позволяет системе поддерживать конфигурации, устойчивые к повреждениям.
Особенности и преимущества ФП1150 для контроля кабельной инфраструктуры
- Обнаружение и локализация событий, связанных с воздействием на кабельную инфраструктуру, таких как раскопки, присутствие тяжелых транспортных средств и прямые манипуляции с кабелями с целью перехвата данных или кражи кабеля.
- Для измерения требуется только одно оптическое волокно в кабеле или группе кабелей.
- Регистрация событий с точностью ±4 м.
- Точное определение местоположения нескольких одновременных воздействий.
- При повреждении кабеля обнаружитель продолжает работать до места физического обрыва кабеля.
- Не требуется внешнее электропитание или вспомогательная инфраструктура.
- Высокая вероятность правильного обнаружения и низкая вероятность ложных тревог.
- Программно-конфигурируемые зоны обнаружения воздействия (до 1440 зон).
- Не требуются точки заземления в местах прокладки оптоволоконного кабеля.
- Тревоги формируются по номерам зон, расстоянию по кабелю и/или координатам.
- Нет возможности несанкционированного доступа к данным или искажения сигналов с помощью каких-либо внешних воздействий.
Основные особенности ФП1150
- Система на базе ФП1150 обеспечивает защиту периметра протяженностью до 80 км на один модуль процессора с точностью определения местоположения нарушения в пределах 4 м.
- Максимальная длина периметра, контролируемого одним процессором системы в отказоустойчивой конфигурации (кольцевая топология), составляет 40 км. Отказоустойчивая конфигурация с кольцевой топологией обеспечивает обнаружение воздействий на всем периметре даже после обрыва кабеля.
- ФП1150 использует сложные алгоритмы классификации для различения реальных угроз и вибраций от случайных источников, позволяя одновременно обнаруживать несколько нарушений даже при наличии нелокализованных воздействий окружающей среды (дождь, снег, град, сильный ветер и т.п.).
- Волоконно-оптический когерентный рэлеевский рефлектометр не требует наличия полевых элементов с питанием, что делает чувствительный элемент полностью невосприимчивым к электромагнитным помехам и разрядам молнии.
- При обрыве оптоволоконного кабеля (как случайном, так и при умышленной попытке вывести систему из строя), ФП1150 немедленно сообщает о происшествии, включая точное местоположение обрыва. Извещатель сохраняет способность обнаруживать и локализовать вторжения до точки обрыва.
- ФП1150 использует одномодовое волокно в стандартном кабеле телекоммуникационного класса. Для работы извещателя требуется только одно волокно. Дополнительные волокна в том же кабеле могут использоваться для передачи данных.
- Для контроля стандартных типов ограждений используется кабель без бронированной оболочки.
- Для подземной установки или для установки на спиральной колючей проволоке рекомендуется использовать бронированный кабель.
- ФП1150 можно использовать на большинстве типов металлических ограждений, включая 3D-заборы, сварную сетку и стальные конструкции. Один проход кабеля обеспечивает эффективную защиту ограждений высотой до 4,3 м.
- Чувствительный кабель можно установить на распашные ворота. ФП1150 обеспечивает отдельные настройки обнаружения для контроля перелезания через ограждение и разрушения ограждения.
- Чувствительный кабель можно использовать для охраны верхней поверхности бетонных и кирпичных конструкций. Для этого кабель устанавливается на верхних углах стены с помощью крепежного элемента Р-образной формы. Для обеспечения максимального уровня безопасности датчик можно установить как с внутренней, так и с внешней стороны стены.
- ФП1150 обнаруживает подкопы, а также ручные и машинные работы по рытью и прокладке тоннелей на расстоянии до 20 м от кабеля в любом направлении. Можно обнаруживать действия внутри существующих туннелей. Когда нарушитель перемещается над установленным в земле волоконно-оптическим кабелем (ходьба, бег или ползание), создаются характерные вибрации. Система отличает их от фоновых воздействий. ФП1150 не только обнаруживает сжатие и смещение грунта вблизи закопанного в землю кабеля, но и регистрирует сейсмические волны, вызванные человеческими шагами.
- Высокая чувствительность обеспечивает гибкость применения, позволяя не только обнаруживать шаги непосредственно над чувствительным кабелем, но и перемещение на расстоянии до нескольких метров от него.
Технические характеристики ФП1150
- Тип системы: распределенная оптоволоконная система акустического зондирования (DAS - Distributed Acoustic Sensing)
- Тип чувствительного кабеля: стандартный одномодовый оптоволоконный кабель, возможно использование существующего проложенного кабеля
- Длина одной линии оптического волокна: до 40 км
- Точность локализации события по длине кабеля: ±4 метра
- Среднее время наработки на отказ (MTBF): более 87000 часов
- Срок службы кабеля: 25 лет (типичное значение)
- Питание блока обработки сигналов: 220 В перем. тока, 200 Вт макс.
Система РОСТАБ ФП1150 представляет собой современное решение для защиты протяженных периметров, кабельных каналов и трубопроводов, сочетающее высокую чувствительность с исключительной надежностью. Гибкость конфигурации и возможность использования существующей оптоволоконной инфраструктуры делают ее экономически эффективным выбором для объектов различного масштаба.
ФП1150 использует сложные нейросетевые алгоритмы классификации для различения реальных угроз и вибраций от случайных источников, позволяя одновременно обнаруживать несколько нарушений даже при наличии нелокализованных воздействий окружающей среды (дождь, снег, град, сильный ветер и т.п.).
ФП1150 использует сложные нейросетевые алгоритмы классификации для различения реальных угроз и вибраций от случайных источников, позволяя одновременно обнаруживать несколько нарушений даже при наличии нелокализованных воздействий окружающей среды (дождь, снег, град, сильный ветер и т.п.).
