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解 决 方 案
光缆监测系统通过观察光缆中光纤的背向瑞利散射光功率曲线 者埋在最外围地下，窄带光源发射激光经过声光调制器调制成
的变化，监测着海底光缆发生外界扰动的位置信息。由于背向 窄带脉冲光，再经EDFA放大后进入布置好的传感光纤。当有人
瑞利散射光相位呈周期性变化，所以可以通过Φ-OTDR系统实时 恶意进入（攀爬、踩踏）或者其他外界因素使得传感光纤振动
监测海底光缆的扰动程度及位置。Φ-OTDR技术不仅可以实现海 时，通过监测背向瑞利散射光功率曲线可实现监控，原理与海
底光缆扰动的分布式监测，而且无需另外敷设光纤，对提高海 底光缆相同。入侵定位原理如图8所示，最上方曲线为没有扰动
底光缆的可靠性具有重要意义。 时背向瑞利散射光强度，中间曲线为有入侵时背向瑞利散射光
2016年，董向华搭建了一种基于Φ-OTDR技术的海底光缆 强度，最下方曲线为两条曲线相减来监测入侵者产生的光强差
监测系统，主要由窄带脉冲光源、环形器、解调仪和后端工控 异，由此定位入侵位置。具体位置距离与在海底光缆中距离公
机组成，如图5所示。光源输出窄带脉冲光进入环形器，当外界 式相同。
因素作用于传感光纤上时，扰动使得光纤的背向瑞利散射光相 图7 基于Φ-ＯＴＤＲ周界防护原理框图
位发生变化进而使得光功率发生变化，背向瑞利散射光进入环
形器，经光电探测器解调成为电信号；最后在工控机上形成输
出光功率（P）与时间（t）的关系图，由曲线了解发生扰动的
具体位置，从而采取相应的措施。图6分别为海底光缆在300、
400和500m处受到扰动时的背向瑞利散射光曲线。该实验表明，
由Φ-OTDR系统探测得到的振动位置与实际情况基本吻合。李少
卿等人依据同样原理搭建了基于Φ-OTDR技术的海底光缆监测系
统，实时监控海底光缆情况。 图8 入侵定位原理图
图5 海底光缆监测系统
图6 300、400和500ｍ处受到扰动时背向瑞利散射光曲线
司辉等人基于Φ-OTDR技术在天然气站布置了如图9所示的
光纤周界防护系统，系统从2012年10月至2013年6月，连续运行
了239天，统计分析结果显示，系统实际误报次数平均为0.1条/
天，有效增强了天然气站的可靠性。
变电站是电力系统的重要组成部分，为了更好地保护变电
站，高安亮依据同样原理设计了基于Φ-OTDR技术的变电站防护
系统，以监测变电站的运行。
振动光纤技术作为周界防护系统中的新技术大大加强了防
护的可靠性，减少了人力，方便安装，实现了无人监控。监控
人员只需在电视监控屏幕面前观测即可，一旦发生入侵事件，
安保人员很快就能确定入侵位置从而进行处理。基于Φ-OTDR技
2、在周界防护中的应用 术的周界防护系统技术先进、经济合理并且确保了质量，随着
周界防护系统是指对某一区域的边界进行防范或当该边 人们对安全性和私密性越来越重视，该系统具有越来越广阔的
界被外来事物侵入后报警防范的系统及体系。传统的安防监控 应用前景。
系统多为点式监测系统，只能对局部位置进行监测，会出现盲 3、在其他领域中的应用
区。基于Φ-OTDR技术的周界防护系统具有误报率低、安装简 为了实现对燃气管道的安全监控和破坏预警王宇等人[38]
单、不受电磁干扰和探测能力高等优点，适用于各种环境（如 采用超窄线宽激光器（线宽约2kHz）和一根总长约为11km的光
护栏、地下），可实现无死角的防范。系统包括窄带光源、声 纤搭建了Φ-OTDR振动监测系统，用于燃气管道破坏的预警，
光调制器、EDFA、传感光纤、光电探测器和信号处理单元，其 然后调制得到200ns的光脉冲（空间分辨率为20m），对压电陶
原理图如图7所示。将传感光纤安装在需要保护地点外的护栏或 瓷材料施加频率可控和幅度可调的交变电压信号模拟扰动，实
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