分散式光纖振動監測系統DVS詳細介紹

測光纖的儀器叫什麼

一、系統簡介

分散式光纖振動感測系統（ Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System， DVS）是以光纖作為感測器進行振動感知的光學儀器，該系統利用單根光纖同時實現振動的監測和訊號的傳輸。

系統研究開發基於相干時分複用感測原理的光纖周界監測技術，綜合利用光纖中後向瑞利相干散射效應（backward Rayleigh coherent scattering）和光時域反射測量技術（OTDR） 同時實現振動事件的感知和空間定位功能。系統能夠連續測量光纖沿線的振動發生情況，實現對入侵振動訊號的精確解調，並具有探測距離長、定位精度高、訊號響應頻頻寬、能夠進行訊號智慧模式分析等綜合優勢，特別適用於長距離、全方位、多點的非法入侵、非法破壞、結構損壞等與振動相關事件的實時測量。

系統將結合當前輸油管線和超長距離周界入侵報警的實際應用需求，針對車輛行駛、人員活動、盜挖盜採、油氣洩漏等事件進行模式行為分析和工程應用研究，為石油/天然氣管線、大長邊境等超長距離周界入侵、重要軍用通訊線路光纜監測報警提供一種先進可靠的技術支撐與解決方案

二、系統原理

分散式光纖振動監測系統基於相位敏感光時域反射技術（Φ-OTDR）

從光纖的一端注入窄線寬脈衝光，透過探測脈衝寬度範圍內後向散射瑞利光的干涉結果來判斷擾動，再透過測量輸入脈衝與接收到訊號的時間延遲來判斷干擾點的位置。當光纖線路上受到外界干擾時，對應位置處光纖折射率將會發生變化，這將導致該位置處的光相位變化。光相位的變化又會引起後向瑞利散射相干涉的結果。因此，最終干涉的結果將直接反映出發生擾動的位置，這樣就可以判斷出外界干擾的具體位置。

分散式光纖振動監測系統的原理如圖 2-1 所示，窄線寬鐳射器發出的連續光，由聲光調製器調製後產生光脈衝，首先由摻鉺光纖放大器進行放大，再透過帶通濾波器濾掉 ASE，透過一個光纖環形器進入傳輸光纜。並有拉曼放大器進行光訊號的線上放大， 反射回的瑞利散射干涉光先透過帶通濾波器濾掉 ASE 和布里淵散射光，由光電探測器接收並放大，得到的電訊號經資料採集卡進行資料採集，並將資料傳給工控機進行資料處理，工控機透過演算法，判斷振動發生的時間、位置、強度、次數和可能的擾動型別等，將告警資訊上傳網管，網管軟體根據設定判斷是否聲光告警， 並以圖形顯示方式直觀的表示出振動方式發生的地理位置。

三、技術特點

測量距離遠：

探測距離可達 40km以上，並能精確定位入侵點和洩漏點。

實時性：

系統對待測區域微振動進行 7×24小時實時監控， 及時發現並定位溫度異常點，做到早期預警。

連續分散式測量：

可實現多點多事件同時監測，且互不影響，斷纖後斷點前部分仍能正常工作，具有強抗毀性。

超高精度、靈敏度高：

系統引數根據環境配置，可直接使用標準通訊光纜，監測區域根據現場劃分。

反應迅速：

掃描週期低至 1s。

極佳的穩定性：

室外通訊光纜即為感測器件，可在風雨、雷電等危險及酸鹼等惡劣環境中使用，適應各種惡劣環境

電磁絕緣性極好，不受電磁干擾，本質防雷：

使用的感測光纖其材質是石英，完全絕緣，不受雷擊影響；光纖中傳輸的鐳射脈衝的頻段遠遠高於電磁場的頻段，完全不受電磁干擾，即使在強電磁場環境下工作也完全不受影響。

本質安全：

使用純光纖感測，完全不會產生電火花，光纖中傳輸的鐳射脈衝平均功率很低，即使光纖斷裂， 也不會產生任何危險。

施工簡單，維護方便：

使用的鎧裝光纖，有極好的抗壓抗拉強度，施工方便簡單，在使用過程中很難出現問題， 即使出現破壞， 經專業人員重新熔接後便可恢復工作。

高度智慧化，輕鬆實現無人值守：

系統在檢測到異常時可 以透過簡訊和網際網路將報告發送給直接負責人。 開放性設計，便於資料管理及現場控制。

四、技術指標

系統主要技術指標

引數名稱

效能指標

光纖型別

單模光纖G652

通道數

2路

探測光纜長度

40KM／通道

鏈路損耗容忍度

10dB

信噪比

>=9dB

頻響範圍

40KM，0。2Hz-1000Hz（探測距離有關）

定位精度

5米

工作溫度

-10°C-55°C

工作溼度

<90%RH

五、系統組成

分散式光纖振動監測系統主要由分散式振動監測主機、系統應用軟體、遠端網路管理系統、網路交換裝置、室外感測光纜等五個部分。

如圖 4-2 所示，振動監測主機主要負責將感測光纜傳回的光訊號轉換成電訊號，再經過採集卡採集後供系統應用軟體進行分析處理，系統應用軟體將處理後得到的報警事件展示在系統介面的GIS 上，便於直觀定位，並可透過硬體介面呼叫攝像頭和聲光報警系統對警情進行確認；網路交換裝置為報警主機和控制中心提供通訊網路，遠端網路管理系統使得管理人員無需親臨現場即可在指揮控制中心對遠端現場主機進行相應的管理配置，同時接收外場報警主機上傳的警情，並進行對應出警處置。

六、典型應用

本系統可以廣泛應用於重要場所防入侵、重要工程防破壞、重要資源防偷盜、危險事件早預警、通訊資源的監測排查等領域。具體示例如下：

1、 重要場所防入侵：石油、石化、化學品、電力廠區、監獄、銀行、博物館、機場、雷達站、港口、邊境線、景區、軍事基地、彈藥庫、大型別墅區等區域的周界安防、非法入侵、非法翻越監測

2、 重要工程防破壞：地下綜合管廊、電纜溝、通訊光纜隧道、地鐵隧道等底下工程附近挖掘機挖掘、打樁機打樁等非法施工監測；

3、 重要資源防偷盜：輸油、輸氣管道非法挖掘，打孔盜油、盜氣、管道洩露的監測；電力電纜防偷盜等；

4、 危險事件早預警：山體滑坡、巷道塌陷等地質危害早期預警； 列車執行狀態監測，軌道等剛性結構損傷早期預警；

5、 通訊資源的監測排查：通訊光纜線路監測，線路走向排查等。

如圖 5-5 所示，為分散式光纖振動監測系統的綜合應用案例，透過網際網路可將各監控現場的報警資訊匯入綜合指揮控制中心，指揮中心透過無線通訊網路將產生的報警資訊實時分發到工作人員的移動裝置上，便於工作人員遠端實時處置現場警情。