Волоконно-оптическая система охраны периметра

Полезная модель относится к системам охраны, работающим на основе регистрации воздействий на протяженный чувствительный элемент.
Известные волоконно-оптические системы охраны периметров построены на основе чувствительности оптических волокон к внешним (механическим) воздействиям. Известные методы регистрации механических воздействий построены, чаще всего, на основе регистрации изменений параметров интерференции оптического излучения в оптическом волокне.
Известны волоконно-оптические охранные системы, использующие различные методы регистрации сигналов вторжения (http://www.gsm-guard.net/press3_3.html, дата обращения 06.04.2016). Полупроводниковый лазер генерирует несколько десятков, близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру излучения. Если многомодовое оптическое волокно подвергается механическим воздействиям, то спектр излучения на его выходе, регистрируемый приемником, меняется, что позволяет детектировать деформации оптического волокна, сопровождающие вторжение.
Известна волоконно-оптическая система охраны (http://centroptic.ru/index_р_7.html, дата обращения 06.04.2016), функционирующая на основе регистрации изменений так называемой «спекл-структуры», возникающей на выходе многомодового оптического волокна и представляющей собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. Для детектирования воздействий (деформаций) применяют пространственно-чувствительные фотоприемники. Указанная система, отличающаяся высокой чувствительностью и простотой исполнения, имеет основной недостаток, связанный с невозможностью определения места воздействия, что практически обесценивает преимущества системы, особенно для охраны протяженных периметров.
Известна также наиболее близкая к заявленной полезной модели волоконно-оптическая система охраны периметра, раскрытая в патентном документе (СА 2444279 А1, 09.04.2004), состоящая из протяженного, охватывающего периметр, чувствительного элемента, содержащего, по меньшей мере, одно основное оптическое волокно и защитную оболочку, из источника оптического излучения, подключенного к одному концу основанного оптического волокна, и подключенного к его другому концу оптоэлектронного блока, функционирующего на основе регистрации изменений интерференционной картины, возникающей в результате воздействия на чувствительный элемент, при этом заявленное устройство содержит делитель оптического излучения, по меньшей мере, одно дополнительное оптическое волокно, в общей оболочке с основным, подключенное к делителю, а излучение из другого конца дополнительного оптического волокна направляется в оптоэлектронный блок.
Представленное описание патента содержит указание на содержание в системе, по меньшей мере, одного оптического волокна в защитной оболочке, позволяющего регистрировать факт вторжения в охраняемый периметр. Представленное описание патента содержит указание на содержание в системе дополнительного оптического волокна, соединенного петлей с основным волокном. Из представленного описания можно судить о большой сложности системы, необходимости применения в составе оптоэлектронного блока дополнительных волоконно-оптических элементов и применения сложной вычислительной техники и специального программного обеспечения.
Однако в описании патента не разъяснен алгоритм функционирования системы, позволяющий определять место воздействия на чувствительный элемент. Указание на принципиальную возможность определения места воздействия без разъяснения в полной мере алгоритма функционирования системы, позволяющей определять место воздействия на чувствительный элемент, явно недостаточно.
Поставленная задача состоит в разработке волоконно-оптической системы охраны, позволяющей определять место нарушения периметра.
Технический результат достигается тем, что волоконно-оптическая система охраны периметра, состоящая из протяженного, охватывающего периметр, чувствительного элемента, содержащего, по меньшей мере, одно основное оптическое волокно и защитную оболочку, из источника оптического излучения, подключенного к одному концу основного оптического волокна, и подключенного к его другому концу оптоэлектронного блока, функционирующего на основе регистрации изменений интерференционной картины, возникающей в результате воздействия на чувствительный элемент, содержащая также, по меньшей мере, один делитель оптического излучения, по меньшей мере, одно дополнительное оптическое волокно в общей оболочке с основным, отличается тем, что оптическое излучение подается от делителя оптического излучения в дополнительное оптическое волокно со стороны конца основного оптического волокна, подключенного к оптоэлектронному блоку, излучение из другого конца дополнительного оптического волокна направляется в оптоэлектронный блок, дополнительное оптическое волокно имеет дополнительную длину, размещенную со стороны оптоэлектронного блока, защищенную от механических воздействий, равную длине охраняемого периметра, а оптоэлектронный блок содержит систему измерения разницы времени прихода сигналов воздействия.
Дополнительная длина дополнительного оптического волокна, размещенная со стороны оптоэлектронного блока и защищенная от механических воздействий, равная длине охраняемого периметра, обеспечивает пропорциональность величины задержки от прихода сигнала от основного оптического волокна до прихода сигнала от дополнительного оптического волокна расстоянию от начала чувствительного элемента, со стороны делителя оптического излучения до места воздействия.
Полезная модель иллюстрируется схемой, представленной на рисунке, содержащей основное оптическое волокно (1), дополнительное оптическое волокно (2), оболочку чувствительного элемента (3), источник оптического излучения (4), делитель оптического излучения (5), оптоэлектронный блок (6), дополнительную длину оптического волокна (7).
Размещение основного и дополнительного оптических волокон в общей оболочке чувствительного элемента обеспечивает одновременность механического воздействия на оба волокна, одновременность изменения в каждом волокне условий интерференции. Сигнал об изменении интерференции поступает в оптоэлектронный блок с запаздыванием, пропорциональным длине оптического волокна в направлении распространения оптического излучения.
При регистрации воздействия на чувствительный элемент со стороны делителя оптического излучения сигнал об изменении межмодовой интерференции приходит по основному оптическому волокну в оптоэлектронный блок с задержкой по времени, определяемой длиной периметра, а по дополнительному оптическому волокну с задержкой по времени, определяемой дополнительной длиной оптического волокна, также равной длине периметра. То есть, оба сигнала приходят одновременно, указывая на воздействие в самом начале чувствительного элемента, со стороны делителя оптического излучения.
При регистрации воздействия на конец чувствительного элемента со стороны оптоэлектронного блока сигнал об изменении межмодовой интерференции приходит по основному оптическому волокну в оптоэлектронный блок без задержки по времени, а по дополнительному оптическому волокну с задержкой по времени, определяемой суммарной длиной периметра оптического волокна и дополнительной длиной, также равной длине периметра. Максимальный интервал времени между приходом сигнала по основному оптическому волокну и приходом сигнала по дополнительному оптическому волокну указывает на воздействие на конец чувствительного элемента со стороны оптоэлектронного блока.
Очевидно, что при воздействии на произвольный участок чувствительного элемента оптоэлектронным блоком регистрируется временной интервал между приходом сигнала от основного оптического волокна до прихода сигнала от дополнительного оптического волокна, пропорциональный расстоянию от начала чувствительного элемента со стороны делителя оптического излучения до места воздействия.
Как это указано выше, в системе могут быть применены многомодовые оптические волокна. При этом оптоэлектронный блок содержит элементы регистрации изменений межмодовой интерференции, в частности на основе пространственно-чувствительных фотоприемников, регистрирующих изменения спекл-структуры.
Увеличение, при необходимости, периметра охраны связано с применением одномодовых оптических волокон с меньшей величиной километрического затухания. При этом для регистрации изменений интерференционной картины в результате механического воздействия на чувствительный элемент применяются различные известные схемы волоконно-оптических интерферометров, содержащие также и опорные оптические волокна (http://www.gsm-guard.net/press3_3.html, дата обращения 06.04.2016). И в этом случае, к основному одномодовому оптическому волокну добавляется дополнительное одномодовое оптическое волокно в общей оболочке чувствительного элемента, оптическое излучение в которое подается с противоположного конца.
Пространственное разрешение системы определяется параметрами используемой в оптоэлектронном блоке электронной элементной базы, аналогичной используемой в современных оптических рефлектометрах, имеющих пространственное разрешение порядка 1 метра, что вполне достаточно для систем охраны периметров. Кроме того, в отличие от рефлектометров Релеевского рассеяния или рефлектометров на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, регистрирующих очень маленькие сигналы, в системе охраны периметра могут применяться оптические сигналы, значительно превышающие рефлектометрические.
Оптоэлектронный блок содержит схему измерения временного интервала между сигналами воздействия от основного оптического волокна и до сигнала воздействия от дополнительного оптического волокна. Функционирование оптоэлектронного блока не требует применения сложного алгоритма работы, не требует применения вычислительной техники и специального программного обеспечения.
Чувствительный элемент системы охраны периметра может быть изготовлен с применением стандартного технологического оборудования, которое традиционно используется при производстве оптических кабелей связи или волоконно-оптических чувствительных элементов. В частности, применение дополнительного плотного полимерного покрытия оптического волокна обеспечивает сохранение работоспособности системы охраны в требуемом диапазоне изменения внешней температуры, а также позволяет осуществить скрутку основного и дополнительного оптических волокон с размещением ее в общей оболочке с дополнительными, при необходимости, силовыми элементами.