ES2293776B1 - Sistema detector de intrusos y procedimiento asociado. - Google Patents
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Abstract
Sistema detector de intrusos y procedimiento asociado. La presente invención concierne a un sistema y método de medida asociado para detectar y localizar intrusos o perturbaciones a lo largo de perímetros longitudinales, basado en medida de cambios del estado de polarización de señales que se propagan por una fibra óptica. La fibra óptica está dispuesta en un medio estable respecto a la evolución de la polarización y deformable de modo temporal o permanente ante la presencia del intruso. Ante la presencia del intruso se provoca un cambio puntual de las condiciones mecánicas, presión, posición o curvatura de la fibra. La detección del intruso en tiempo real se realiza con la medida de cambios en el estado de polarización en una señal óptica polarizada transmitida por la fibra óptica. La localización del intruso se realiza con medida de análisis de polarización de la señal retroesparcida a lo largo de la longitud de fibra.
Description
Sistema detector de intrusos y procedimiento
asociado.
La invención se refiere al sector de la
seguridad, más concretamente a la detección y localización de
intrusos en zonas perimetrales de gran longitud, que utilizan la
tecnología de fibra óptica.
Existen diferentes sistemas de detección de
intrusos y perturbaciones basados en la tecnología de fibra óptica.
Un primer grupo de ellos detecta la existencia de intrusos en el
área vigilada, pero sin localizar el punto en el que
previsiblemente se encuentra el intruso o perturbación. Se basan en
medidas realizadas en una configuración de tipo punto de entrada de
la fibra a punto de salida de la fibra. Se miden cambios en los
parámetros de la luz guiada en la fibra, normalmente cambios de
potencia óptica con detección directa o cambios de fase con
detección por interferencia del haz de salida de una fibra óptica
multimodo (spekle) o similar, patentes EP0462102 o US5349458. En la
patente US5349458 utiliza detección balanceada diversificando
polarización del spekle a la salida de una fibra óptica multimodo.
En cualquier caso, se trata de un fenómeno físico diferente con el
inconveniente de que puede cubrir distancias mucho menores, del
orden de 2 o 3 km frente a los más de 40 km en la presente
invención, además sin localización del punto en el que se produce
la invasión. La patente EP0396191 pretende utilizar la medida del
estado de polarización de la luz a la salida para la medida de
presión axial en la fibra, pero el sistema es completamente
diferente, ya que utiliza dos fuentes láser incoherentes
introducidas con diferente polarización, diversificando polarización
y longitud de onda a la salida. En el sistema de la presente
invención se analiza la variación del estado de polarización del
haz introducido por un láser en la fibra óptica, al proyectar el haz
de salida sobre un polariza-
dor.
dor.
Un segundo grupo de sistemas detecta la
existencia de intruso y además localiza la posición en que éste se
encuentra. La detección y localización se realiza en base a la
medida con equipo óptico OTDR midiendo cambios de atenuación de
potencia óptica a lo largo de la longitud de fibra óptica instalada
por ejemplo en el interior de un tubo metálico colocado en una
valla ("Intruder detector for use in fence duch as railway gate,
has optical fibers connected selectively to respective edges of
detection line via transmitter and switch of optical time domain
reflectometry units", nº patente JP2000082187, K. Tominaga y
otros, fecha 2000-03-21). Estos
sistemas están limitados por su baja sensibilidad, y detectan
únicamente situaciones extremas que producen fuertes atenuaciones
en la fibra o incluso la rotura de la misma.
La patente nº GB2404801 utiliza un equipo POTDR
y la fibra colocada en valla metálica. Analiza el estado de
polarización de la señal retroesparcida, por lo que la sensibilidad
del sistema respecto a perturbaciones en la fibra es muy alta. Este
sistema, como no utiliza la medida del estado de polarización en la
luz transmitida, y dado el tiempo necesario para la medida del
POTDR, es susceptible de generar pérdidas de detección de
perturbaciones cuando éstas son de corta duración (de perturbaciones
instantáneas a perturbaciones con duración de unos pocos minutos
dependiendo del método de monitorización) y se recuperan en tiempo,
como es el caso de un cable soportado en una valla. Además, el
sistema es sensible a perturbaciones ajenas al intruso como puedan
ser las de tipo meteorológico (viento, lluvia, ..), o golpes de
ramas de arbustos y árboles, etc., que produzcan perturbaciones en
la
valla.
valla.
El sistema presentado proporciona un mecanismo
de sensor de fibra óptica que puede determinar de forma efectiva la
existencia y localización de intrusos a lo largo de la longitud de
fibra óptica. La medida de la potencia que atraviesa el polarizador
situado a la salida de la fibra proporciona un mecanismo para
detectar perturbaciones a lo largo de la fibra cualquiera que sea
su duración y mecanismo. Esta señal actúa como señal de comienzo en
la medida de POTDR para localización del punto concreto donde se
produce la perturbación por el intruso, que será localizado al
producirse una modificación con cierta durabilidad temporal al
estar situada la fibra en el medio indicado, estable respecto a la
evolución de la polarización y deformable de modo temporal o
permanente ante la presencia del intruso. Además, el sistema está
libre de ruidos meteorológicos o similares porque el medio en el
que se sitúa la fibra, enterrada sobre lecho de arena sin compactar
y cubierta por una capa de grava, proporciona una situación estable
en el tiempo de la evolución de la polarización inmune de ruidos
meteorológicos o similares.
La principal innovación que se incluye en la
patente proviene del hecho de utilizar la medida del estado de
polarización a la salida de una fibra óptica monomodo para la
detección de perturbaciones provocadas por intrusos en una fibra
óptica monomodo, incluso en caso de presencias temporales muy
cortas del intruso en la zona de la fibra, de la utilización de la
fibra óptica monomodo en un cable sobre un medio estable para
evitar los ruidos meteorológicos o similares, de la utilización de
la fibra óptica monomodo en un cable sobre un medio deformable de
modo temporal o permanente ante la presencia del intruso para
eliminar pérdidas de detección y localización, y de la utilización
conjunta de medida del estado de polarización a la salida, la
técnica POTDR y el medio en el que se coloca el cable de fibra
óptica para la detección y localización de perturbaciones
producidas por intrusos.
El sistema de la presente invención se basa en
la medida de los cambios que se producen en el estado de
polarización de una señal óptica polarizada que se propaga por la
fibra cuando por la presencia de un intruso se modifica la
disposición física de la fibra.
Cuando se inyecta una señal óptica polarizada en
una fibra óptica y se propaga por la misma, el estado de
polarización de la señal varía de forma más o menos aleatoria a lo
largo de su propagación como la mostrada en la figura 1. La
variación del estado de polarización depende, en fibras de baja
birrefringencia, de las condiciones
mecánico-geométricas de la fibra; si estas
condiciones permanecen estables, la evolución del estado de
polarización es estable salvo derivas lentas en el tiempo debidas a
variaciones térmicas o similares. Cuando un factor externo modifica
la disposición de la fibra o produce una presión en un punto
determinado de su longitud, introduce una birrefringencia en la
fibra que produce una variación drástica del estado de polarización
en dicho punto, que además supondrá una evolución completamente
diferente del estado de polarización a partir de este punto, como
muestra la figura 2.
En concreto, se produce un cambio brusco del
estado de polarización del haz a la salida de la fibra, que si se
hace pasar a través de un polarizador se traduce en un cambio
brusco de la intensidad de luz transmitida a la salida del
polarizador, como muestra la figura 3.
Por otro lado, como la perturbación modifica la
evolución del estado de polarización a partir del punto donde se
produce, también modifica el estado de polarización de la luz
retrodispersada a partir de ese punto y por tanto producirá un
cambio en la traza medida por reflectometría con análisis de
polarización o POTDR. La traza medida con el POTDR permanecerá
estable siempre que la evolución del estado de polarización
permanezca estable a lo largo de la fibra, lo que ocurrirá siempre
que la disposición de la fibra permanezca invariable en toda su
longitud. Una traza de partida de ejemplo se muestra en la figura
4. La modificación en la disposición de la fibra en un punto dado
determinará un cambio en la traza del POTDR a partir del punto en el
que se ha modificado la disposición de la fibra, según muestra la
figura 5.
Si tras la presencia del intruso la fibra
recuperase rápidamente su disposición inicial, el tiempo necesario
para realizar una medida con POTDR (de unos pocos segundos a unos
minutos dependiendo de los parámetros de medida) puede dar lugar a
pérdidas de detección al no dar tiempo suficiente para registrar la
traza de la figura 5 correspondiente a la modificación de la
disposición de la fibra. Por el contrario, si la fibra está en un
medio deformable ante la presencia de un intruso, ésta mantiene la
nueva disposición durante un tiempo suficiente para asegurar siempre
la localización del intruso.
El sistema de la presente invención combina dos
tipos de medidas: una a partir del cambio del estado de
polarización de la luz transmitida para detección en tiempo real de
la presencia de intrusos y la otra basada en la técnica POTDR de
respuesta más lenta para localización de la posición de la
intrusión, que se ejecuta cuando se detecta al intruso.
La detección del intruso en tiempo real se
realiza con la medida de cambios en el estado de polarización en
una señal óptica polarizada transmitida por la fibra óptica.
Cualquier perturbación en la disposición de la fibra implica en
tiempo real un cambio en el estado de polarización de la señal de
salida que, al detectarse a través de un polarizador lineal, se
traduce en un cambio brusco de la potencia óptica transmitida. La
detección de los cambios bruscos de potencia transmitida proporciona
un método de detección rápida de las perturbaciones provocadas por
el intruso.
La localización del intruso se realiza con
medida de análisis de polarización de la señal retroesparcida a lo
largo de la longitud de fibra (PODTR - Polarisation optical time
domain reflectometry). Cualquier perturbación de la fibra en un
punto dado modifica la evolución de polarización de la señal a
partir de dicho punto. La medida distribuida con POTDR comparando
trazas consecutivas permite localizar la posición de la
perturbación. La comparación de trazas consecutivas de la señal
POTDR es un proceso relativamente lento (del orden de unos segundos
a unos minutos dependiendo de los parámetros de medida) y se
realiza cuando se ha detectado la presencia del intruso mediante la
evolución de la señal transmitida.
La fibra óptica es monomodo, preferentemente de
baja birrefringencia (fibra estándar de telecomunicación), y forma
parte de un cable de fibra óptica en configuración de protección
ajustada u holgada. La fibra óptica está dispuesta en un medio
estable respecto a la evolución de la polarización y deformable de
modo temporal o permanente ante la presencia del intruso. El medio
estable para la evolución de la polarización consiste en un medio
que aísle el cable de fibra óptica de perturbaciones debidas a
condiciones ambientales de tipo meteorológico (viento, lluvia,..), o
a golpes de ramas de arbustos y árboles, etc, de forma que no
modifiquen la disposición de la fibra óptica y por tanto no
modifiquen las condiciones de evolución de la polarización,
asegurando que la evolución de la polarización en ausencia de
intrusos es lenta en el tiempo. Por otra parte, el medio tiene que
ser deformable ante la presencia del intruso para permitir que la
pisada del intruso modifique la disposición o distribución de
presión durante un cierto tiempo, modificando la evolución de la
polarización en la fibra. Ante la presencia del intruso se provoca
un cambio instantáneo de las condiciones mecánicas, presión,
posición o curvatura de la fibra, que a su vez se traduce en un
cambio puntual rápido de la evolución del estado de la polarización
de la luz propagada por la fibra. Si el medio además es deformable
de modo temporal o permanente ante la presencia del intruso, este
cambio de las condiciones mecánicas tiene duración temporal y
permite la correcta localización de la posición del intruso con la
medida por POTDR sin riesgo de pérdidas de localización. Una forma
de realización de este medio puede consistir en un lecho de arena o
material similar sin compactar sobre el que se deposita el cable de
fibra óptica. El cable de fibra óptica se cubre con una capa de
grava o material similar que hace que la presión ejercida por la
pisada se transmita a la fibra y modifique el estado de
polarización en ese punto. El medio también puede consistir en una
lámina metálica o plástica apoyada sobre el fondo y dejando
oquedades longitudinales o transversales a la zanja sobre la que se
deposita el cable de fibra que se recubre con otra capa de grava o
material similar.
La medida comparativa entre diferentes trazas
adquiridas en el tiempo, realizada elemento a elemento de longitud
de fibra, determina la localización del intruso. Cada traza
obtenida del POTDR puede ser el resultado de una única curva medida
o del promediado de varias curvas medidas de forma consecutiva en
el tiempo según el modo usual de funcionamiento de los equipos OTDR.
De esta segunda forma se incrementa el alcance del sistema.
Cada traza capturada es utilizada como traza de
referencia para la comparación con la siguiente traza capturada.
También puede utilizarse una traza de referencia capturada en
intervalos de tiempo definidos.
La comparación de cada nueva traza medida con la
traza de referencia se realiza elemento a elemento de longitud de
fibra por un tratamiento de datos adecuado. Si la diferencia entre
trazas comparadas supera un determinado umbral en un punto, este
punto determina la localización del intruso, tal como se muestra en
la figura 6.
El sistema según la presente invención constará
de los siguientes elementos (Fig. 7):
- Una longitud de fibra óptica monomodo (2) que
forma parte de un cable de fibra óptica.
- Un medio estable para la evolución de la
polarización y deformable ante la pisada del intruso en el que se
coloca el cable de fibra, compuesto por: un lecho deformable por
presiones similares a una pisada (4) cubierto por una capa de
material con apariencia de suelo (3).
- Un emisor láser (1) que inyecta luz polarizada
en la fibra óptica monomodo (2).
- Un sistema de detección que consta de un
polarizador (10) y el sistema de detección propiamente dicho (8)
que convierte la señal óptica en eléctrica y en el que se ha
incorporado un filtro pasa alto como discriminador de la presencia
de intrusos frente a las derivas lentas de la señal motivadas por
las variaciones de las condiciones ambientales.
- Un equipo POTDR formado por: una fuente de luz
láser que emite pulsos (6), un detector (7), un polarizador (9)
delante del detector para análisis de polarización y un
acoplador/circulador (11) que inyecta luz polarizada en la misma
fibra (2) y conduce la luz retroesparcida hacia la parte de
detección.
- Un acoplador o multiplexor (5) que desvía la
luz a la salida de la fibra hacia el sistema de detección (8, 10) y
hacia el POTDR. Si las longitudes de onda utilizadas por la medida
por transmisión y por reflectometría son diferentes, será un
multiplexor en las longitudes de onda empleadas. Si las longitudes
de onda utilizadas por la medida por transmisión y por
reflectometría es la misma, será un acoplador con una determinada
razón de acoplo en la longitud de onda empleada.
El sistema de detección dispara el comienzo de
la medida POTDR al detectar un intruso, para lo que el sistema de
detección debe estar comunicado con el POTDR. Esta comunicación
puede establecerse a través de un ordenador que además gestione y
procese las medidas de los dos sistemas.
En el funcionamiento normal se tendrá el láser
de emisión (1) y el sistema de detección (8, 10) continuamente
conectado, mientras que se adquirirán trazas de POTDR de forma
periódica con periodicidad que se determinará dependiendo de las
condiciones ambientales de cada sistema, pero puede variar entre
varios minutos y varias horas. El procedimiento de medida asociado
consistirá en que cuando la medida del sistema de detección detecte
una variación brusca de la intensidad significará la presencia de un
intruso y emitirá una señal para que comience la medida de una
nueva traza del POTDR que se comparará con la traza POTDR adquirida
con anterioridad. El punto donde la diferencia entre ambas trazas
alcance un determinado umbral determinará en punto donde se ha
producido la intrusión. Los umbrales de disparo de alarmas podrían
ser definidos de forma diferente para distintos tramos de la fibra,
según la sensibilidad requerida en los diferentes tramos. Una vez
que se haya producido la detección del intruso y la localización
del lugar de la intrusión, el sistema disparará la señal de alarma,
local o de forma remota, apropiada para establecer el sistema de
seguridad conveniente. El sistema puede estar conectado a un
sistema de señalización luminosa o acústica o conectado con un
centro de control o vigilancia remoto. El sistema puede estar
gestionado por un ordenador que adquiere tanto la señal de medida
por transmisión como la traza POTDR, realiza la comparación entre
trazas, comanda los diferentes componentes del sistema y dispara
todas las alarmas y sistemas de conexión.
Además el sistema de la presente invención puede
incorporar una serie de configuraciones opcionales diferentes que
le permiten una serie de ventajas compatibles con los fundamentos
del procedimiento de detección.
1.- Que el POTDR, el láser polarizado y el
multiplexor estén en el mismo lado del segmento de fibra óptica y
el sistema de detección al otro extremo, que presenta la ventaja de
un cociente señal ruido ligeramente mejor en sistemas perimetrales
en forma de anillo cerrado o de ida por una fibra óptica y vuelta
por otra.
2.- En este sistema, que el láser polarizado sea
el propio láser del POTDR. Entonces el acoplador o multiplexador
(5) será un acoplador de una determinada razón de acoplo.
3.- Que láser polarizado, multiplexor, sistema
de detección, POTDR y un nuevo acoplador estén en el mismo lado del
segmento de fibra óptica, y en el otro extremo se coloque una fibra
espejada. De esta forma se suprime la necesidad de energía eléctrica
en el segundo extremo de fibra.
4.- Que el sistema se duplique, poniendo un
sistema en sentido opuesto al otro. De esta forma se evita que en
corte del cable de fibra óptica provoque la anulación del sistema
de localización en toda su longitud.
5.- Que la configuración preferida del sistema
se repita las veces necesarias para cubrir sin límites de longitud
total requerida a supervisar, reportando a uno o varios centros de
vigilancia o control de alarmas.
6.- Que se incorporen de forma adecuada a lo
largo de la longitud de fibra óptica elementos de amplificación
óptica de las señales, amplificadores ópticos, para incrementar el
alcance del sistema.
7.- Que la fibra óptica se instale con una
disposición serpenteante o similar para cubrir un ancho mayor a lo
largo de la longitud de la zona supervisada.
8.- Que se instale un conjunto de fibras ópticas
dispuestas en paralelo a lo largo de la longitud de la zona
supervisada para cubrir un ancho mayor, pudiendo incorporar
entonces conmutadores ópticos en la salida del POTDR hacia las
fibras ópticas.
Con todo lo expuesto, el sistema de detección y
localización de intrusos basado en la medida de cambios del estado
de polarización de señales que se propagan por una fibra óptica
monomodo que se describe en la presente invención alcanza las
siguientes prestaciones.
1.- Rango de detección: determinado por el rango
del POTDR, normalmente varias decenas de Km., que puede
incrementarse con la implementación de amplificadores ópticos o
mediante la instalación de forma consecutiva y repetida del sistema
a lo largo de la longitud total requerida a supervisar.
2.- Precisión en la localización del intruso:
dada por la anchura del pulso del POTDR, del orden de decenas de
metro.
3.- Tiempo de detección del intruso: dado por el
tiempo de respuesta del sistema de detección instantáneo.
4.- Tiempo de localización del lugar de
intrusión: determinado por el tiempo de adquisición y promediado de
la traza POTDR, del orden de unos pocos segundos hasta minutos.
5.- Tiempo de duración requerido a la
perturbación generada por el intruso para su localización:
prácticamente nulo ya que provoca una variación de la disposición de
la fibra óptica perdurable en el tiempo.
- La Figura 1 muestra esquemáticamente la
evolución aleatoria de la polarización de una señal óptica
polarizada que se propaga por una fibra óptica monomodo, que
permanece estable mientras no se modifiquen las condiciones de la
fibra.
- La Figura 2 muestra esquemáticamente el cambio
de estado de polarización de la señal polarizada propagada por la
fibra monomodo a partir del punto en el que se modifican las
condiciones de disposición física, presión, curvatura, etc... de la
fibra.
- La Figura 3 muestra la representación gráfica
de la evolución temporal de la medida de potencia óptica a la
salida de la fibra y tras pasar por el polarizador lineal. El eje X
representa tiempo en unidades arbitrarias. El eje Y representa nivel
de potencia en unidades arbitrarias.
- La Figura 4 muestra la curva correspondiente a
una traza POTDR en un tramo de fibra situada en torno a los
11 km de fibra. El eje X representa distancia de fibra óptica en kilómetros. El eje Y representa nivel de potencia relativa medida por el OTDR en dB.
11 km de fibra. El eje X representa distancia de fibra óptica en kilómetros. El eje Y representa nivel de potencia relativa medida por el OTDR en dB.
- La Figura 5 muestra la curva correspondiente a
una traza POTDR en el mismo tramo de fibra mostrada en la Fig. 4
tras haber modificado el intruso la disposición de la fibra en el
punto señalado con una flecha. El eje X representa distancia de
fibra óptica en kilómetros. El eje Y representa nivel de potencia
relativa medida por el OTDR en dB.
- La Figura 6 muestra la curva correspondiente a
la diferencia entre la traza de referencia medida en ausencia de
intruso, Fig. 4, y la traza medida tras la presencia del intruso,
Figura 5. La flecha indica el punto donde se detecta la localización
del intruso. El eje X representa distancia de fibra óptica en
kilómetros. El eje Y representa nivel de potencia relativa en
dB.
- La Figura 7 muestra esquemáticamente el
sistema de detección de intrusos con los elementos básicos
comprendidos en la presente invención. Los elementos son:
- (1)
- Emisor láser
- (2)
- Fibra óptica monomodo
- (3)
- Capa de material con apariencia de suelo
- (4)
- Lecho deformable
- (5)
- Acoplador o multiplexor óptico
- (6)
- Fuente de luz láser pulsada
- (7)
- Detector
- (8)
- Sistema de detección
- (9)
- Polarizador
- (10)
- Polarizador
- (11)
- Acoplador/circulador
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Para complementar la descripción, aunque de
forma ilustrativa y no limitativa, se acompaña a la presente
memoria de un ejemplo de realización de la invención. La presente
invención concierne a un dispositivo de detección basado en la
medida del cambio del estado de polarización a la salida de una
fibra óptica monomodo y de localización del punto de intrusión
basado en el análisis de la diferencia de trazas obtenidas por
POTDR y procedimiento asociado. El sistema comprende un láser
polarizado (1), una longitud de fibra óptica (2) en un medio estable
para la evolución de la polarización y deformable de modo temporal
o permanente ante la presencia del intruso (3) y (4), un acoplador
o multiplexor (5), un polarizador (10), un sistema de detección
(8), un sistema POTDR compuesto por un equipo OTDR convencional (6,
7, 11) al que se le incorpora un polarizador lineal (9) en el
sistema de detección, y un sistema de procesado de datos como puede
verse en la Fig. 8.
El láser (1) tiene que ser un láser de
semiconductor polarizado con cavidad Fabri-Perot,
DFB o cavidad vertical, con suficiente potencia para el rango
dinámico del sistema (del orden o inferior al miliwatio) con una
longitud de onda situada en las ventanas de transmisión de las
fibras ópticas, en torno a 1300 nm o 1550 nm, y preferiblemente con
diferente longitud de onda del láser del POTDR para poder realizar
la multiplexación/demultiplexación de ambos haces de luz.
La fibra óptica (2) tiene que ser monomodo en
ambas ventanas de transmisión, y de baja birrefringencia (fibra
estándar de telecomunicación) con una longitud determinada por el
rango dinámico del sistema y que puede alcanzar valores de varias
decenas de kilómetros. La fibra tiene que estar en un cable que
permita su utilización e instalación. La fibra puede adoptar
configuración de fibra con protección ajustada u holgada, siendo
preferente la protección ajustada ya que le dota de mayor
sensibilidad.
El medio estable para la evolución consiste en
un lecho de arena o material similar sin compactar sobre el que se
deposita el cable de fibra óptica. El cable de fibra óptica se
cubre con una capa de grava o material similar que hace que la
presión ejercida por la pisada se transmita a la fibra y modifique
el estado de polarización en ese punto. El medio también puede
consistir en una lámina metálica o plástica apoyada sobre el fondo
y dejando oquedades longitudinales o transversales a la zanja sobre
la que se deposita el cable de fibra que se recubre con otra capa
de grava o material similar.
El multiplexor (5) debe separar el haz de luz
proveniente del láser (1) y la luz proveniente del POTDR
retrodispersada, y desviar la luz del láser hacia el polarizador y
detector, y la luz retrodispersada proveniente del POTDR hacia el
POTDR. La forma preferente es que el láser (1) tenga una longitud
de onda por ejemplo en torno a 1550 nm y el POTDR a 1300 nm o
viceversa, y el multiplexor sea 1300-1550 nm.
El sistema de detección está formado por un
polarizador (10) que deje pasar la componente de polarización
correspondiente del haz de luz, un detector (8) que convierte en
corriente eléctrica y una cadena electrónica de preamplificador,
amplificador, filtro y sistema de adquisición de datos que procese
la señal y la filtre de forma que discrimine la presencia de
intruso frente a derivas lentas producidas por las condiciones
ambientales y frente a perturbaciones ajenas como golpes, caída de
ramas etc. El polarizador puede ser un polarizador lineal en la
propia fibra. El detector un detector PIN de AsGaIn, la cadena de
amplificación con circuitería electrónica estándar y el filtro
eléctrico un filtro pasa banda convencional o bien estar incluido en
el sistema de adquisición y procesado de señal. La señal
discriminada representa también la señal de disparo para la
adquisición de una nueva traza POTDR.
El POTDR consiste en un OTDR convencional en el
que se ha introducido un polarizador frente al detector. La
longitud de onda de emisión del POTDR estará centrada alrededor de
1300 nm o de 1550 nm, y preferentemente será longitud de onda
diferente al del otro láser del sistema. El detector (7) del POTDR
incorpora una cadena de amplificación, y procesado de la señal
retrodispersada por la fibra. Las características de funcionamiento
del POTDR, longitud de pulso, número de promedios, intervalo de
medida serán los adecuados para el rango, resolución y precisión de
localización requeridos.
El sistema de detección y el POTDR estarán
conectados de forma que la señal del detector correspondiente a la
presencia de un intruso determine el comienzo de la obtención de
una nueva traza POTDR para la localización del lugar donde se ha
producido. Esta conexión puede ser a través de un ordenador que
adquiera las señales del sistema de detección y del POTDR, analice
y discrimine los eventos que se han producido y almacene la
información obtenida. El sistema puede estar conectado a un sistema
de señalización luminosa y/o acústica, o bien estar conectado a un
sistema de vigilancia central remoto o incluso contar con todas las
posibilidades de conexión vía protocolo TCP/IP. Alternativamente,
la comparación de trazas puede realizarse en el propio POTDR y la
señal de disparo ser una señal eléctrica.
El procedimiento de funcionamiento y medida
asociado consistirá en la medida en continuo de la señal por el
sistema de detección. La presencia de un intruso se detectará
cuando se produzca una variación brusca de la potencia transmitida.
Paralelamente, se obtendrán trazas POTDR con una periodicidad que
variará entre unos minutos y varias horas dependiendo de las
condiciones ambientales. Cuando se haya detectado un intruso, el
sistema de detección emitirá una señal para el comienzo de la
adquisición de una nueva traza POTDR. Esta nueva traza se comparará
con la que se haya obtenido de forma periódica con anterioridad y
el punto en que la diferencia entre ambas trazas supere un valor
umbral marcará el punto donde se ha producido la intrusión. Una vez
que se haya producido la detección del intruso y la localización del
lugar de la intrusión, el sistema disparará la señal de alarma,
local o de forma remota, apropiada para establecer el sistema de
seguridad conveniente. De esta manera, el procedimiento asociado de
detección de intrusos y localización del punto de intrusión
incluye:
- a)
- La introducción de una señal óptica procedente de un láser polarizado (1) en un extremo de la fibra óptica, se propaga por la fibra, atraviesa el multiplexor (5) el polarizador (10) y se detecta amplifica y procesa en el detector (8).
- b)
- La introducción de una señal óptica procedente del láser polarizado pulsado (6) del POTDR, a través del acoplador/circulador (11) y del multiplexor (5) en la fibra óptica. La luz retrodispersada por la fibra atraviesa el multiplexor (5), el acoplador/circulador (11), el polarizador (9) y se detecta con el detector (7) y cadena de amplificación y procesado de señal. Esta señal determina la traza del POTDR.
- c)
- La medida de cambios de estado de polarización a la salida de la fibra por transmisión se realiza en tiempo real.
- d)
- La obtención de la trazas del POTDR se realiza con una cierta periodicidad que varía entre una traza cada varios minutos a una traza cada varias horas y guardando la última como traza de referencia.
- e)
- Cuando se produce un cambio brusco en la medida de la señal procedente del láser polarizado (1), por encima de un valor umbral, significa la presencia de un intruso y se emite una señal de adquisición de una nueva traza POTDR de forma inmediata.
- f)
- La traza adquirida se compara con la última traza de referencia y el punto en el que la traza diferencia alcanza un valor umbral marca el lugar donde se ha producido la intrusión.
Con la configuración expuesta se han alcanzado
las siguientes prestaciones.
1.- Rango de detección: determinado por el rango
del POTDR, hasta 40 km.
2.- Precisión en la localización del intruso:
dada por la anchura del pulso del POTDR, 20 m.
3.- Tiempo de detección del intruso: dado por el
tiempo de respuesta del sistema de detección, instantáneo.
4.- Tiempo de localización del lugar de
intrusión: determinado por el tiempo de adquisición y promediado de
la traza POTDR, del orden de unos pocos segundos.
5.- Tiempo de duración requerido a la
perturbación generada por el intruso para su localización:
prácticamente nulo ya que provoca una variación de la disposición de
la fibra óptica perdurable en el tiempo.
Claims (28)
1. Sistema de detección de intrusos y
procedimiento asociado caracterizado porque se basa en la
medida del cambio del estado de polarización a la salida de una
fibra óptica y de localización del punto de intrusión basado en el
análisis de la diferencia de trazas obtenidas por POTDR para
localizar intrusos o perturbaciones a lo largo de la zona
perimetral que se vigila y que consta de los siguientes
elementos:
- -
- Una longitud de fibra óptica monomodo (2) que forma parte de un cable de fibra óptica.
- -
- Un medio en el que se coloca el cable de fibra que es estable para la evolución de la polarización frente a perturbaciones ajenas al intruso y deformable ante la pisada del intruso, compuesto por un lecho deformable por presiones similares a una pisada (4) cubierto por una capa de material con apariencia de suelo (3).
- -
- Un equipo para medida de cambios de polarización de señal óptica transmitida por la fibra que consta de: un emisor láser (1) que inyecta luz polarizada en la fibra óptica monomodo (2) y un detector de cambios de polarización formado por un polarizador (10) y el sistema de detección propiamente dicho (8) que convierte la señal óptica en eléctrica.
- -
- Un equipo para medida de cambios de polarización de la señal óptica retroesparcida por la fibra, POTDR, formado por: una fuente de luz láser que emite pulsos (6), un detector (7), un polarizador (9) delante del detector para análisis de polarización y un acoplador/circulador (11) que inyecta luz polarizada en la misma fibra (2) y conduce la luz retroesparcida hacia la parte de detección.
- -
- Un acoplador o multiplexor (5) que desvía la luz a la salida de la fibra hacia el sistema de detección (8, 10) y hacia el POTDR.
El procedimiento asociado de detección de
intrusos y localización del punto de intrusión incluye:
- a.-
- La introducción de la señal óptica procedente de un láser polarizado (1) en un extremo de la fibra óptica, que se propaga por la fibra, atraviesa el multiplexor (5) el polarizador (10) y se detecta amplifica y procesa en el detector (8).
- b.-
- La introducción de una señal óptica procedente del láser polarizado pulsado (6) del POTDR, a través del acoplador/circulador (11) y del multiplexor (5) en la fibra óptica. La luz retrodispersada por la fibra atraviesa el multiplexor (5), el acoplador/circulador (11), el polarizador (9) y se detecta con el detector (7) y cadena de amplificación y procesado de señal. Esta señal determina la traza del POTDR.
- c.-
- La medida de cambios de estado de polarización a la salida de la fibra por transmisión se realiza en tiempo real.
- d.-
- La obtención de la trazas del POTDR se realiza con una cierta periodicidad que varia entre una traza cada varios minutos a una traza cada varias horas y guardando la última como traza de referencia.
- e.-
- Cuando se produce un cambio brusco en la medida de la señal procedente del láser polarizado (1), por encima de un valor umbral, significa la presencia de un intruso y se emite una señal de adquisición de una nueva traza POTDR de forma inmediata.
- f.-
- La traza adquirida se compara la última traza de referencia y el punto en el que la traza diferencia alcanza un valor umbral marca el lugar donde se ha producido la intrusión.
2. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1, caracterizado porque la fibra óptica
monomodo es de baja birrefringencia.
3. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1, caracterizado porque la fibra óptica
monomodo forma parte de un cable de fibra óptica en configuración de
protección ajustada.
4. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque la fibra óptica
monomodo forma parte de un cable de fibra óptica en configuración de
protección holgada.
5. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio estable para
la evolución de la polarización está compuesta por un lecho de arena
sin compactar en el que se dispone el cable de fibra óptica y
cubierto por una capa de aspecto similar al suelo como por ejemplo
grava.
6. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio estable para
la evolución de la polarización está compuesto por un lecho formado
por una lámina metálica o plástica dispuesta de forma que queden
oquedades debajo de ella en el que se dispone el cable de fibra
óptica y cubierto por una capa de aspecto similar al suelo como por
ejemplo grava.
7. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicaciones 5 y 6 caracterizado porque el medio donde
se dispone el cable de fibra óptica tiene memoria mecánica y
recupera su posición transcurrido un tiempo superior a algunos
segundos.
8. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el láser polarizado
(1) es un láser de semiconductor con cavidad
Fabri-Perot, DFB o cavidad vertical emitiendo en
torno a 1300 nm o 1550 nm de longitud de onda.
9. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el multiplexor 5 es un
multiplexor 1300/1550.
10. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 9 caracterizado porque el multipexor 5 es un
acoplador de cualquier razón de acoplamiento.
11. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque los polarizadores 9 y
10 son polarizadores lineales.
12. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el láser pulsado del
POTDR (6) emite bien alrededor de 1300 nm o bien alrededor de 1550
nm.
13. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el detector (8)
incorpora una cadena de amplificación, filtrado y procesado de la
señal detectada para discriminar la presencia de intrusos frente a
las derivas lentas de la señal motivadas por las variaciones de las
condiciones ambientales.
14. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el detector (7) del
POTDR incorpora una cadena de amplificación, y procesado de la señal
retrodispersada por la fibra.
15. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el POTDR, el láser
polarizado y el multiplexor están en el mismo lado del segmento de
fibra óptica y el sistema de detección en el lado opuesto en
sistemas perimetrales en forma de anillo o de ida por una fibra
óptica y vuelta por otra.
16. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el POTDR, el láser
polarizado y el multiplexor y el sistema de detección, junto con
otro acoplador/multiplexor adicional, están en el mismo lado del
segmento de fibra óptica, y en el otro se coloque una fibra
espejada.
17. Sistema según las reivindicaciones 8, 15 y
16, caracterizado porque el láser polarizado (1) es el láser
pulsado del POTDR.
18. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque se disponen de dos
sistemas actuando sobre fibras diferentes en sentido contrario uno
del otro.
19. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque incluye un ordenador
para procesar los resultados y disparar las señales de alarma.
20. Sistema según la reivindicación 1
caracterizado porque incluye señales de alarma acústicas o
luminosas.
21. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque incluye una conexión
vía Internet, vía telefónica o por radio con un sistema de
vigilancia central remoto.
22. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque el procedimiento
asociado de detección de intrusos y localización del punto de
intrusión que incluye:
- a)
- La introducción de una señal óptica procedente de un láser polarizado (1) en un extremo de la fibra óptica, que se propaga por la fibra, atraviesa el multiplexor (5) el polarizador (10) y se detecta amplifica y procesa en el detector (8).
- b)
- La introducción de una señal óptica procedente del láser polarizado pulsado (6) del POTDR, a través del acoplador/circulador (11) y del multiplexor (5) en la fibra óptica. La luz retrodispersada por la fibra atraviesa el multiplexor (5), el acoplador/circulador (11), el polarizador (9) y se detecta con el detector (7) y cadena de amplificación y procesado de señal. Esta señal determina la traza del POTDR.
- c)
- La medida de cambios de estado de polarización a la salida de la fibra por transmisión se realiza en tiempo real.
- d)
- La obtención de la trazas del POTDR se realiza con una cierta periodicidad que varia entre una traza cada varios minutos a una traza cada varias horas y guardando la última como traza de referencia.
\newpage
- e)
- Cuando se produce un cambio brusco en la medida de la señal procedente del láser polarizado (1), por encima de un valor umbral, significa la presencia de un intruso y se emite una señal de adquisición de una nueva traza POTDR de forma inmediata.
- f)
- La traza adquirida se compara con la última traza de referencia y el punto en el que la traza diferencia alcanza un valor umbral marca el lugar donde se ha producido la intrusión.
23. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 22 caracterizado porque en el procedimiento
asociado de detección de intrusos y localización del punto de
intrusión, la comparación de trazas se realiza en el propio POTDR y
la señal de disparo es una señal eléctrica.
24. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 22 caracterizado porque en el procedimiento
de detección de intrusos y localización del punto de intrusión, un
ordenador adquiere tanto la señal de medida por transmisión como la
traza POTDR, realiza la comparación entre trazas, comanda los
diferentes componentes del sistema y dispara todas las alarmas y
sistemas de conexión.
25. Sistema de detección de intrusos según la
reivindicación 1 caracterizado porque incluye equipos de
amplificación óptica dispuestos de forma adecuada a lo largo de la
longitud de fibra para amplificar las señales ópticas y aumentar el
alcance en longitud del sistema.
26. Sistema de detección de intrusos según las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque pueden
realizarse instalaciones consecutivas y repetidas del sistema a lo
largo de la longitud a supervisar, para aumentar el alcance de la
longitud total supervisada, reportando a uno o varios centros de
control o vigilancia.
27. Sistema de detección de intrusos según las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la fibra
óptica (2) puede instalarse con una disposición serpenteante o
similar para cubrir un ancho mayor a lo largo de la longitud de la
zona supervisada.
28. Sistema de detección de intrusos según las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque pueden
instalarse un conjunto de fibras ópticas dispuestas en paralelo a lo
largo de la longitud de la zona supervisada para cubrir un ancho
mayor, incorporando un conmutador óptico en la salida del POTDR
hacia cada una de las fibras ópticas, para cubrir con un solo equipo
POTDR la medida por reflectometría de todo el conjunto de las
fibras.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501473A ES2293776B1 (es) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | Sistema detector de intrusos y procedimiento asociado. |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501473A ES2293776B1 (es) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | Sistema detector de intrusos y procedimiento asociado. |
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| ES2293776A1 ES2293776A1 (es) | 2008-03-16 |
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ID=37498803
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|---|---|---|---|
| ES200501473A Active ES2293776B1 (es) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | Sistema detector de intrusos y procedimiento asociado. |
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2006
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