Ukopani fiber-optički senzori

Prikaz instalacije optičkog sistema sa primenom tehnologije diskonuiteta uzoraka koji je ukopan u šljunku
Prikaz uobičajene instalacije optičkog sistema sa primenom tehnologije OTDR koji se ukopava direktno u zemlju , sa formiranim dijagrama prekrivanja EMP-zonom detekcije

Kategorija:

Opis

Ukopani optički kablovi, kao pasivni optički senzori, takođe se mogu koristiti za sisteme perimetarske zaštite sposobne da pouzdano detekuju pritisak, koji provalnik formira koračajući po zemlji iznad njih. Potrebno je osigurati da provalnik mora, makar jednom, da zgazi na površinu zemlje neposredno iznad položenog optičkog kabla, pri čemu treba obavezno da bude detektovan. Da bi se to postiglo, ukopani senzorski optički kabl se obično postavlja na prostoru neposredno uz ogradu, a u zemlju se polaže u formi mreže, pričvršćene na metalni okvir, ili se direktno polaže u krivudavi rov u obliku serpentina, na dubini od svega 10-ak centimetara (nekoliko inča).

Princip rada

Kao i kod perimetarskih sistema sa senzorima montiranim direktno na ogradi, i kod ovih sistema, trenutno postoje dve vodeće tehnologije koje se uglavnom koriste za primenu u praksi: sistemi “diskontinuiteta optičkih uzoraka“ i sistemi optičke interferometrije. U poslednje vreme pojavljuje se i tehnologija OTDR, koja ima dobru senzitivnost, ali još uvek je prilično skupa i podložna većem broju neželjenih alarma. Bez sumnje, kako bude „sazrevala“ ova tehnologija, imaće sve bolje performase, pa će i njene primene u praksi biti češće, što će sa druge strane dovesti da će i cene perimetarskih sistema, zasnovanih na njoj, neminovno pasti.

Sa tehnologijom “diskontinuiteta optičkih uzoraka“, svetlost se iz lasera šalje duž jednog jednomodnog optičkog vlakna, pa se reflektovana svetlost, u određenim vremenskim razmacima, upoređuje sa polaznom formom svetlosti, kako bi se utvrdilo da li ima bilo kakvih promena u formi tog uzorka, a koje mogu nastati zbog mikrosavijanja optičkog vlakna pod vanjskim pritiskom, izazvanim raznim uticajima (prvenstveno, ako neko hoda po zemlji iznad njega). Kao što je pomenuto, takav optički kabl se obično polaže u obliku serpentina i/ili je pričvršćen za metalnu ili plastičnu horizontalnu rešetku, u cilju povećanja osetljivosti sistema.

Novije tehnologije sa primenom optičke interferometrije ili mikronategnutosti optičkih vlakana mnogo su osetljivije od opisanih sistema sa upoređivanjem uzoraka reflekovanih svetlosti. Sistemi perimetarske zaštite zasnovani na takvoj tehnologiji, rade kombinujući signale dva jednomodna optička vlakna unutar posebnih, ukopanih senzorskih optičkih kablova. Kada se dogodi određena promena na definisanim performansama reflektovane svetlosti (obično na njenoj talasnoj dužini), tj. kada neko hoda iznad ukopanog optičkog kabla, u sistemu se pokreće pravi alarm. Merenjem parametara tih optičkih signala, neki od ovih sistema mogu odrediti preciznu lokaciju upada, a ne samo zonu na kojoj se provala dogodila. Kod sistemima zasnovanih na optičkoj interferometriji, senzorski kabl se obično polaže direktno u rov u obliku serpentina, i ne pričvršćuje se za pomenutu mrežnu konstrukciju, jer to u mnogome smanjuje troškove instalacije.

Sistemi sa tehnologijom OTDR rade po principu optičke reflektometrije u vremenskom domenu. Ovakav metod perimetarske zaštite u mnogome je sličan radaru. Znači, kontroler sistema stvara kodirane laserske impulse koji se šalju duž jednog ukopanog optičkog kabla sa jednomodnim optičkim vlaknom. Zahvaljujući nesavršenoj prirodi optičkog vlakna, delići te kodirane svetlosti uvek su raspršeni ili direktno reflektovanii ka početku kabla. Kada nema nikakvih značajnijih smetnji, kodirani impuls se sa najvećim delom svetlosne energije nesmetano prostire do samog kraja senzorskog vlakna, a nizak nivo disperzne ili reflektovane svetlosti čini uslove ambijenta. Kada neko hoda iznad ili u blizini ukopanog sezorskog kabla, osobine reflektujućeg/raspršenog povratnog signala svetlosti se menjaju. Ako su te promene iznad prethodno postavljenih pragova, pokreće se pravi alarm. Tada sistemski kontroler određuje koji segment ukopanog kabla je narušenje i precizno određuje lokaciju samog mesta upada. Ova tehnologija detekcije je veoma osetljiva, pa se kabl ukopava u jednom nizu – nema potrebe za njegovim dvostrukim ili višestrukim pobijanjem u obliku serpentina.

Primena

Izgradnja sistema tehničke zaštite, baziranog na primeni ukopanih senzorskih optičkih kablova za detekciju provale preko perimetra, uključuje čitav niz povezanih koraka za postizanje pouzdanog sistema sa optimalnim performansama, kao što su: sveobuhvatno planiranje, sagledavanje potrebnih instalacija, postizanje optimalne konfiguracije. Pošto je ta tehnologija osetljiva na sve vrste vibracije u/ili na tlu, kao i na sve vrste seizmičkih događaja, treba izbegavati da se instalacije ovih sistema ugrađuju u blizini glavnih saobraćajnica, drveća, železnica, gradilišta i bandera za osvetljenje. Zbog toga u praksi, optičke kablove treba polagati u šljunak, da bi se izvršila njihova izolacija od uticaja seizmičkih događaja u/na tlu.

Kod sistema sa primenom „diskontinuiteta optičkih uzoraka“, treba izbegavati ukopavanje senzorskog optičkog kabla direktno u zemlju, pošto tlo u kom je isti položen vremenom postane kompaktno, pa se time značajno smanjuju osetljivost i nivo POD (verovatnoća pravih alarma). Treba računati sa tim, da će uvek, kada senzorski optički kabl bude morao da se polaže direktno u zemlju ili pak ispod travnjaka, dolaziti do toga da će se na takav kabal preko zemlje prenosi veoma mala snaga pokreta ili pritiska. To konkretno znači, da će provalnik preko perimetra biti pouzdano detektovan, samo onda kada stane direktno na vrh iznad kabla.

Pri tome, treba voditi računa da je područje instalacije senzorskog optičkog kabla ocedito i dobro isušeno, kako bi se sprečilo skupljanje vode koja se može zamrznuti zimi, ili koja može dovesti do pomenute kompaktnosti tla (što smanjuje osetljivost). Da bi se položeni optički kablovi zaštitili od pojačane erozije tla, izazvane vetrom ili vodom, ponekad je iznuđeno potrebno da se ukopaju i dublje, nego što je propisano za optimalnu osetljivost. Najefektivnija primena za ovu tehnologiju je kada se optički kablovi mogu ukopati u šljunak, na praznom delu zone, između unutrašnjeg i spoljašnjeg nivoa dvostruke žičane ograde.

OTDR senzori su mnogo osetljiviji, a pružiće informaciju o udaljenostii detektovanog provalnika – lokaciji mesta provale. Oni se ne oslanjaju samo na direktan pritisak na kabl, kako bi nešto detektovali, već su sposobni da detektuju i okolne vibracije u tlu, sa horizontalnog rastojanja i do 5 metara, levo i desno od kabla (formiraju određeni dijagram prekrivanja EMP).

Prednosti

Performanse ovakvih sistema u mnogome zavise od uslova polaganja i stanja tla. Sa izuzetkom OTDR-a, ako senzorski optički kablovi nisu položeni u šljunku, provalnik mora doslovno da nagazi direktno na vrh iznad senzorskog kabla, da bi bio detektovan. Za pojedine od ovih sistema potrebno je da se na polju detekcije obezbede napajanje i instaliranje elektronike. Tehnologija OTDR je trenutno još uvek skupa, pa je potrebno da prođe još neko vreme za njeno usavršavanje, prvenstveno na obradi signala, u cilju boljeg eliminisanja neželjenih alarma.

Potencijalni uzroci neželjenih alarma

To mogu biti seizmičke vibracije, prelazak velikih životinja preko polja detekcije, kopanje životinja.

Uobičajeni načini za prevazilaženje zaštite

Dovoljno dalekim premošćavanjem ograde ili kopanjem dubljeg tunela, može se zaobići, ne samo ograda, već i optički senzorski kabal koji je ukopan neposredno u njenoj blizini.