周界入侵檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是安全防范技術(shù)的一大重點(diǎn)裝備。它基于聲、光、電、應(yīng)力等物理作用,已有多種方案、各具技術(shù)特色的產(chǎn)品可供選擇。目前,國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)品市場(chǎng)占主流地位的周界入侵檢測(cè)產(chǎn)品當(dāng)屬主動(dòng)紅外光束阻擋原理的對(duì)射系統(tǒng)。但這類產(chǎn)品本質(zhì)上具有不可忽視的缺點(diǎn):受氣候環(huán)境影響的誤報(bào)、周期性維護(hù)工作量偏大、圍墻弧形及凹凸設(shè)計(jì)的制約、防區(qū)布置過(guò)于直觀等等,促使我們轉(zhuǎn)而關(guān)注主動(dòng)紅外對(duì)射系統(tǒng)以外不同原理周界入侵檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。而泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)在本質(zhì)上具有不受氣候影響、免維護(hù)、周界形狀任意、無(wú)盲區(qū)隱形布防無(wú)礙觀瞻等服務(wù)特性方面的優(yōu)勢(shì),在國(guó)際上約占全部周界入侵檢測(cè)產(chǎn)品市場(chǎng)16% 的占有率,尤其值得我們關(guān)注。
泄漏電纜周界入侵防范技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
泄漏電纜是一種有效的周界入侵傳感器,屬于無(wú)線電漏泄場(chǎng)原理的應(yīng)用范疇。最早自1960年起,首先由英國(guó)學(xué)者提出無(wú)線電漏泄場(chǎng)理論及其在煤礦井巷中的應(yīng)用,法國(guó)學(xué)者豐富了它的理論內(nèi)容,20世紀(jì)70年代德國(guó)將其推廣到地鐵通信,繼之,美國(guó)、瑞典、加拿大、日本等國(guó)將其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到鐵路、礦山、隧道、機(jī)場(chǎng)、碼頭及某些軍工場(chǎng)合。
經(jīng)過(guò)多次國(guó)際研討會(huì)的肯定,無(wú)線電漏泄場(chǎng)技術(shù)在機(jī)理上日趨成熟,很快引起各國(guó)軍工業(yè)界的重視和資金投入。周界入侵檢測(cè)作為無(wú)線電漏泄場(chǎng)原理應(yīng)用的重要分支領(lǐng)域,加拿大學(xué)者率先發(fā)表了稱之為“導(dǎo)波雷達(dá)”(Guided radar)的學(xué)術(shù)論文。繼之以美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)為代表,大量采納泄漏電纜作為周界入侵傳感器,大量應(yīng)用到監(jiān)獄、油品庫(kù)、彈藥庫(kù)、生化毒品基地、核廢處理場(chǎng)、導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)、海關(guān)管制區(qū)、軍品物資庫(kù)、飛機(jī)場(chǎng)、軍事禁區(qū)以及邊防警戒區(qū)等場(chǎng)合。
20世紀(jì)80年代中期,我國(guó)科研機(jī)構(gòu)曾將無(wú)線電漏泄場(chǎng)原理的應(yīng)用列入國(guó)家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目并取得成功驗(yàn)收、鑒定、頒獎(jiǎng)的成績(jī)。與此同時(shí),國(guó)內(nèi)單位也開(kāi)發(fā)了泄漏電纜周界入侵系統(tǒng)并逐步進(jìn)入安防產(chǎn)品市場(chǎng)。當(dāng)前,此類國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要裝備監(jiān)獄和軍品倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)合,嚴(yán)格講來(lái)還存在著技術(shù)層次較低、結(jié)構(gòu)粗糙、誤報(bào)控制不足、價(jià)格偏高等不足需要著力改進(jìn)。
泄漏電纜周界入侵防范技術(shù)原理
無(wú)線電“漏泄場(chǎng)”的建立
對(duì)射頻同軸電纜按特定要求加以疏編、開(kāi)縫、穿孔、開(kāi)槽等工藝方式對(duì)其外導(dǎo)體屏蔽層施以連續(xù)且有規(guī)則的“破壞”,即能制造出泄漏電纜。由此故意引起射頻同軸電纜中傳輸?shù)臒o(wú)線電信號(hào)能量發(fā)生泄漏作用,將在泄漏電纜徑向長(zhǎng)度的周?chē)⑵鹨环N均勻且連續(xù)的無(wú)線電電磁場(chǎng),稱之為“漏泄場(chǎng)”。藉助“漏泄場(chǎng)”,泄漏電纜為無(wú)線電信號(hào)在“限定空間”中的傳輸提供了一種類似長(zhǎng)天線作用的傳輸媒介,構(gòu)成沿泄漏電纜狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的無(wú)線電傳輸通道,據(jù)此可實(shí)現(xiàn)無(wú)線電收發(fā)訊機(jī)與饋體泄漏電纜之間兩個(gè)可逆方向上完全等效的電磁能量的交換或稱“耦合”,從而得以可靠地實(shí)現(xiàn)某些“限定空間”(井巷、隧道、山洞、地下道等處)的無(wú)線電雙向通信。
泄漏電纜的傳輸衰減及耦合效率
泄漏電纜是無(wú)線電漏泄場(chǎng)原理周界入侵檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵部件。泄漏電纜的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體、絕緣體和外護(hù)套的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)均勻性、空氣介質(zhì)比率、屏蔽形式和光電復(fù)蓋率等。其主要電氣特性是內(nèi)、外導(dǎo)體直流電阻、分布電容、電感電阻比、傳輸衰減、耦合效率、表面轉(zhuǎn)移阻抗及其特性阻抗等。無(wú)論何種設(shè)計(jì),最終著眼點(diǎn)主要是追求較小的傳輸衰減和較高的耦合效率。
泄漏電纜的傳輸衰減是電纜材質(zhì)和工藝結(jié)構(gòu)的函數(shù)。主要表征為:隨內(nèi)、外導(dǎo)體電阻成正比地增加,隨電纜的特性阻抗成正比地減少,隨介質(zhì)的功率因子成正比地增加,隨介質(zhì)的介電常數(shù)呈平方根函數(shù),隨外導(dǎo)體的光電復(fù)蓋率成反比地增加。
泄漏電纜的耦合效率涉及電磁場(chǎng)理論。經(jīng)電磁耦合理論推導(dǎo)并加以適當(dāng)近似得知,由屏蔽形式所決定的表面轉(zhuǎn)移阻抗和轉(zhuǎn)移導(dǎo)納是耦合效率的關(guān)鍵因數(shù),比較直觀的主要表征為:隨單位長(zhǎng)度外導(dǎo)體開(kāi)孔面積(大小、數(shù)目)成正比地增加,隨外導(dǎo)體開(kāi)孔(縫)縱向長(zhǎng)度成正比地增加,隨開(kāi)孔的園周長(zhǎng)度成平方關(guān)系增加,隨電纜直徑大小成平方關(guān)系降低。
由于泄漏電纜比較重視其結(jié)構(gòu)工藝,各國(guó)制造商均擁有不同的專*技術(shù)。較典型的有英國(guó)的疏編技術(shù)、美國(guó)的螺旋管特征開(kāi)孔技術(shù)、德國(guó)的縱向開(kāi)縫技術(shù)、日本的八字開(kāi)槽技術(shù)等。
在實(shí)際應(yīng)用中,為了補(bǔ)償泄漏電纜在徑向長(zhǎng)度上傳輸衰減隨距離按對(duì)數(shù)規(guī)律逐漸增大的影響,國(guó)際上大部分用作周界入侵傳感器的商品泄漏電纜均采用沿電纜徑向長(zhǎng)度逐漸增加開(kāi)孔尺寸的工藝措施。這種措施常常被稱作耦合能量分級(jí)技術(shù),用以獲得耦合能量分級(jí)型泄漏電纜。其確切的制造細(xì)節(jié)通常申請(qǐng)為專*。
泄漏電纜周界入侵檢測(cè)傳感器
泄漏電纜作為周界入侵檢測(cè)傳感器應(yīng)用時(shí)通常采用埋地敷設(shè)方式。埋地敷設(shè)方式可取得隱形連續(xù)復(fù)蓋周界防區(qū)和免維護(hù)的實(shí)用效果。
實(shí)驗(yàn)研究表明:采用兩根平行敷設(shè)的泄漏電纜,一根接入發(fā)信機(jī),另一根接入受信機(jī),入侵者進(jìn)入兩根電纜中間區(qū)域時(shí),由于處在“漏泄場(chǎng)”中的人體對(duì)無(wú)線電射頻能量的散射,將引起受信機(jī)端口接收信號(hào)電平的波動(dòng)。采用各種信號(hào)分析手段檢測(cè)出這個(gè)變動(dòng),即可對(duì)入侵者在防護(hù)周界范圍內(nèi)作出定性和定位判斷。在各種泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)中,無(wú)一例外地都采用泄漏電纜作為入侵檢測(cè)傳感器。
泄漏電纜的一端接入發(fā)信機(jī)后,無(wú)線電射頻能量在泄漏電纜內(nèi)部一方面以同軸波模式向電纜終端傳輸?shù)耐瑫r(shí),另一方面通過(guò)電纜外導(dǎo)體開(kāi)孔的表面沿電纜徑向長(zhǎng)度以準(zhǔn)TEM波模式向前方傳播可稱之為表面波。同軸波模式的傳輸速度和傳輸衰減決定于同軸電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù),基本上與安裝環(huán)境無(wú)關(guān);表面波模式的傳輸速度和傳輸衰減則與安裝環(huán)境有關(guān),如果泄漏電纜以埋地方式安裝,與地面以上的空氣環(huán)境中安裝相比,表面波的傳輸速度減慢且傳輸衰減增大。上述沿電纜長(zhǎng)度上存在著的表面波是一種近場(chǎng)波,其作用場(chǎng)僅及距電纜若干公尺以內(nèi),這種電磁漏泄場(chǎng)的能量將隨其與電纜縱向距離增大而迅速衰減直至消失。這意味著泄漏電纜作為入侵檢測(cè)傳感器應(yīng)用時(shí),僅包含一個(gè)有限距離的檢測(cè)區(qū)域,對(duì)無(wú)線電空間秩序不構(gòu)成為一種有害的干擾源。
泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)典型技術(shù)方案
單電纜方案
最早期出現(xiàn)的