分布式光纤振动传感.pdf

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分布式光纤振动传感技术广泛应用于保密通信、网络物理路由安全、电力、石油天然气、周界安防等领域,它是以光纤本身作为传感器,探测光纤周围的触碰、振动等破坏行为。
0101 SPARK 日录 光缆哨兵介绍 光缆哨兵一一直线型 光缆哨兵一一环网型 全分布式光纤周界防护系统(非防区型 全天候智能型光纤周界视频监控系统 长距离油气输送管道安全监控系统 01010101010101010101010 0101010100oo 10101(0 ⑦ SPARK 光缆哨兵介绍 1、应用背景: 随着人类经济生活进入了互联网时代,人们越来依赖于网络,其中光缆是网络传输的 主要载体,星罗棋布地铺设在城市每一个角落,大部分浅埋在城市道路两旁,大约一米 深。通信光缆非常脆弱,一个小小的非法施工即可截断光纤;现阶段只是靠环网切換保 护,网管系统异常报警后,启动OTDR进行断点探测,人工巡査找到断点,修复光缆,往 往已经几个小时过去了。修复费用加上营运损失对支线客户还好,但对局域网或主干网客 户损失就非常大了,如果是不可断线协议专网,那就损失更大了。当前还没有一个成熟的 事前预警设备,也就是说,即使每天有专业人员巡线,光网络仍然是在一个放任自流的使 用状态。因为人工挖断光缆只需1个多小时,大型机械施工设备从进场到挖断只有半个小 时。光缆哨兵能在第一时刻,立即给出报警,通过手机APP给附近巡线人员报警,使其及 时到现场制止非法施工,从而保护了线路:同时通知维护人员待命,也可奔赴现场,降低 营运损失时间。光缆哨兵是非常实用的工具! 光缆哨兵是利用已敷设好的普通光缆中的两根光纤中的一个200GITU信道环型监测 (或者利用光缆中的三根光纤及三个200GITU通道直线型监测)该光纤上的微振动分布信 号,从而可以线性地还原出人对光缆的触摸以及被监测光缆周边的大型施工车辆经过、人 工挖掘、机械挖掘及鼠咬等产生的振动信息。因此,可以全天候24小时监测光纤所在的光 缆以及该光缆所在路由上所有缆线的侵入事件。用户不再需要重新敷设新的专用光缆,只 需一台设备放置在机房。理论上环网型的可以监测80KM光缆,直线型的可以监测到 40KM光缆,由于实际光纤链路损耗问题,监测长度都会有所减少或增加,监测光纤不能跨 越光纤放大器。 重要的是它还可以保护同缆沟的其它所有线缆(包括电缆),从而同时保护了周边线 缆的安全,保护费用分摊到所有维护线缆上,成本极低。井盖防护可以做为一个选项,用 个机械装置将通过的传感光缆与井盖软性相连,一旦井盖开启,立即报警:授权的井盖 开启,可以预先解除报警。光缆哨兵彻底解决了光缆路由缆洶7天24小时对第三方侵入的 探测,从人员防护,转为技术防护,即预警防护。另一方面光缆哨兵是量子通讯成熟前, 远距离保密通讯的唯一手段。 光缆哨兵是一个人工智能的哨兵。经过本地校验后,它可以分辨监测光纤的入侵事件 类型及位置:通过设定,可以过滤掉正常入侵事件。例如,监测光纤跨越马路,来往的车 辆经过不会报警,但是如果在该区域有挖掘入侵,一样报警。同理,如果是正常施工,可 以设置报警屏蔽。如有报警可以通过手机APP(此功能为选项)及时地报警给入侵事件附近 的网络巡护员,巡护员可即刻到现场制止伤害光纤网络的行为,从而保护了网络的数据安 全 SPARK 产品实物如图-1 M1 A e 图-1光缆哨兵正视图、后视图 2、产品性能: ●敏感数据光缆保护,一旦开启光缆哨兵,任何光缆触摸即可探测 到:从而去除了数据的截断及数据的盗窃,因此实现保密通信。 ●早期预警非法的机槭施工、非授权的人工挖掘。在还没有挖到光 缆,或者刚开始施工时,光缆哨兵立即报警,给线缆巡护员充分到现场 的时间。 ●减少蓄意破坏,比如偷盗电缆、光缆。増加井盖传感装置,贼人 在开人孔时,光缆哨兵即可探测到位置,可以立即派附近线缆巡护员进 行制止。 ●多台设备应用后,可以确认光缆拓扑结构,监控施工方向的对 错 ●监控全部缆内光纤,及同路由的缆线。 ●光缆哨兵监控与现有的数据传输不冲突 ●翻新了现有的数据网络(从放任自流到预警可控)。 ●主动地保护数据安全。 ●环网型光缆哨兵可保护到60KM~80KM光缆链路 直线型光缆哨兵可保护到40KM光缆主干链路。 ●伤害光缆事件单次触发(触摸光缆、人工挖掘、机械挖掘、鼠害 等)的探测率>99.7%,伤害光缆事件多次触发的探测率=100% ●系统可以设置正常事件,从而减少报警。 ●报警响应时间小于2秒 ●系统校验后(虚警)误报率,初始三个月小于一天六次,事件学 习稳定后一天小于一次。 SPARK 3、光缆哨兵原理: 微小差混合光起始点 非敏感光缆 起点 光缆 终点 光缆哨兵 國传光纤 敏越光纤(干涉仪) 21 回侍分解的相干信号 从TX发出的激光分成两路,两路光在光缆中传输。当有振动波传到光缆上, 微小振动使得光纤的相位会发生变化,经过相干传回到RX。光探测器解调后还原 了振动波的信号,此信号基本上是体现了事件的频谱,经过与已有的事件库频谱对 比可以分辨出振动源的类型,比如,人工挖掘谱、机槭挖掘谱等。从而实现了对入 侵事件的智能识别。 入侵事件定位,从TX发出RX接收为Tl时刻,事件A调制接收信号:系统同时 从RX向TX发出信号T2时刻,事件A调制接收信号,计算T2与T1的时间差,即可从 末端定位事件发生位置。即RX干涉信号比TX干涉信号多走了2倍末端的距离2L,经 过计算,即可定位事件位置。 从TX发出RX接收的调制接收信号,完全与实际振动单调一致,也就是说可以 还原事件。只要有事件库,对比即可判断发生的事件。 4、光缆哨兵工作参数 系统组成 项目 指标 主机 用途 监测第三方入侵 监测长度 直线40km,环网80km 匚工作环境 供电 220V50Hz300w 主机工作温度 0~60℃ 室外传感器工作温度 20-85℃ 主机工作湿度 Rh20%~70% 接口 数据接口 串口、网口 光纤接入口 FC/PC 匚机械特性 主机外形尺寸 19吋机架标准4U机箱 177mmhx482mmwx497mmD 主机重量 25Kg SPARK 光缆哨兵--直线型 1、应用背景: 在城市之间,浅埋的主干光缆、长途架空光 缆、长途直埋光缆是营运商主要数据传输的唯一管 道。由于远离城市,这些光缆会遭到有意或无意地 挖掘、攀爬,由于这些第三方侵入行为没有办法进 行事先预警,直至断掉后才能被发现,给营运商和 用户造成极大的损失。营运商安装光缆哨兵后,系 统可以探测到第三方侵入行为,立即通知到附近巡 线员进行防护。传统的OTDR方式监控,只有在光 纤断掉后,才能定位到事故地点,没有办法进行预 警。光缆哨兵,对大型施工设备在通信光缆附近施 工时,可以检测到其潜在的威胁并定位,预警并通 知巡护员及时阻止对光缆的伤害。如下图-1所示 光纤埋深-100 图-1光缆哨兵灵敏度校验示意图 设备安装后,维护人员测量己敷设光缆对三种入侵的灵敏度,校验后分段设置预 警阈值,线路受到入侵时可以报警,通知维护人员,来阻止对光缆的伤害,从而保护 了线路。 5 SPARK 2、设备简介: 光缆哨兵(直线型)通过采集光缆中三根光纤上的徼振动信号,来监控该光缆的 安全状态,单向监控可以达40KM的长度。图-2所示结构示意图 现有光缆 ●气, 传感起始箱 传感终端箱 连接光缆 一口 配线菜 工控机 王机 应用软件 图-2光缆哨兵结构示意图 光缆哨兵(直线型)包括:主机、连接光缆、传感起始箱、 传感终端箱、应用软件五部分组成。 1.主机是一个4U标准机箱,能感应长距离光缆上所有的微小 震动,及计算定位,定位精度在100米之内,并转换成报警信号。 供电为交流220伏特功耗小于300瓦。(工控机除外,随用户要求 配置) 2.连接光缆是连接主机与传感起始箱的纽带,一般是从机房 到数据光缆很近的距离。 3.传感起始箱是监视光缆的起始位置,它是一个无源的箱 4传感终端箱是一个无源的光学盒子,用于将相干的光信号回传, 可以置于野外。 5应用软件是设备的人机交互界面,用户提供好光缆的地图及 路由图即可实现7天24小时全程监测了,任何形式的触动光缆、或 者光缆周边有大型的施工都可以实时的监测到,通过模式识别进 行报警;系统同时可以过滤掉风雨雷电等自然噪声出现的虚警, 或者正常事件,例如横穿马路的光缆,时时有汽车经过,这样的 信号经过处理后就不报警。但是这段路有挖掘的低频信号出现 时,系统还会报警的 SPARK 3、安装方式: 如果所需要监测的光缆有冗余的三根光纤,系统按图4方式安装,一台主机 可以监控40KM光缆,此40KM光缆要无光纤放大器。这样一个机房可以监控上下 40KM,总共80KM的光缆,效率很高,营运成本低 图-4 说明 ■如果所需的监测的光缆没有冗余的三根光纤,但是在三根光纤有三个相同 200GITU信道,可以用该3个ITU信道波分复用方式接入监测。这种设备要与用户 共同设计、定制。监测长度会减低2KM左右。 ■如果所需监测光缆没有冗余的C波段的任何资源,我们可以用L波段 (1650nm进行监测,单机距离降低至32KM。 4、防范实例 图-5报警界面截图 图-5是报警输出实例,绿色部分是城市光缆的路由图,各色小旗子为报警路 段,表示有第三方侵入。 SPARK 5、防范效益: ●一个系统可以保护40公里的光缆以及其所在缆沟内的所有线缆 ●这是一个简单的改造,不需要安装新的电缆。主设备都在机房中,附属设备 传感终端箱)在野外,但是它是个无源设备,监测很可靠。 解决方案提供了入侵的精确位置,定位精度100米,都在人的可视范围内。 施工方在光缆线路施工的第一刻,营运商可以监测到施工的正确与否,及时 派遣巡护员,防止布错线 ●关键是它的监测还可以 工作站间距80km 保护同缆沟的所有线 主机 缆,从而同时保护了周 边线缆安全:分摊到所 现有光缆 有维护线缆上,它是 个极低成本的维护仪 器。彻底解决了光缆路 由维护中第三方侵入的 电信工作井 探测问题。 口传感起始箱 ■侍感终端箱 ●对于主干网,双向监控 图-6级联监测可以监控整个主干网 后可以监测80KM正好是一个无中继的区间。组网后可以监控整个主干线网 络。如图-6所示。 6、产品性能: ●敏感数据光缆保护,一旦开启光缆哨兵,任何光缆触摸都可探测到,从而防 止数据的截断、数据的盗取。 ●提前预警非法的机械施工、人工挖掘、攀爬电线杆等。在还没有挖到光缆, 或者刚开始施工时,光缆哨兵立即报警,给线缆巡护员充分到现场的时间。 ●减少蓄意破坏,比如偷盗电缆、光缆。盜贼在开人孔时,哨兵即可探测到位 置,可以立即派附近线缆巡护员进行制止。 ●多台设备应用后,可以确认光缆拓扑结构。 监控全部缆内光纤。 ●与现有的数据传输不冲突。 ●翻新了现有的数据网络。 主动地保护数据安全。 直线型光缆哨兵可保护到40KM光缆链路。

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