1.1 Hydrofony
Typickou odvětvi bezpečnostních systémů je poslouchání signálů, které se šíří pod vodou pro účely detekce narušení mořských zón podvodními loděmi. Měření pod hladinou vody lze realizovat s pomocí hydrofonů.
První hydrofony byly založeny na využití piezoelektrických snímačů, které vytváří elektrické napětí, pokud byla zaznamenána změna sledované veličiny. Optický hydrofon je moderní zařízení, které používá optické vlákno místo piezoelektrických prvků.
Optické hydrofony jsou pro řadu aplikací vhodnější než piezoelektrické hydrofony, například u ultrazvukových lékařských aplikací pro účely detekce hodnoty indexu lomu zkoumané látky.
Blokové schéma optického hydrofonu založeného na myšlence Michelsonova interferometru.
Přechod na optiku
Důvodem přechodu na optické hydrofony je umístění pracovní vlnové délky. První zařízení pracovala na velmi nízkých (z pohledu mnoha aplikaci) frekvencích. Pro účely získávání a reprodukce časových průběhů tlaku nebo oscilaci pro možnost přesného určování klíčových akustických parametrů, aktivní prvek ultrazvukové sondy musí být značně menší, než je průřez měřeného rozložení zvukového profilu. Bohužel citlivé polyvinylidenfluoridní prvky v podobě miniaturních jehel a membránového hydrofonu generují rušení, které interferuje se signálem, který je měřen na objektu, proto je žádoucí použit čidla menší než 0,5 mm nebo přejit na bezkontaktní optické metody, u kterých osobně spatřuji možnost prudkého vývoje v budoucnu.
1.2 Požadavky na interferometrické perimetry a odposlechy – fyzika
Základním požadavkem na obecné rovině je správná funkce a negenerování falešných poplachů. Toto lze dosáhnout pečlivým doladěním fyzikálních vlastností optoelektroniky. Proto systémy na vyráběné na zakázku jsou mnohem spolehlivější než sériově vyráběné univerzální čidla.
- Platí zde předpoklady a poznatky, které platily pro interferometry pracující ve volném prostoru? Jak se posunout z viditelné oblasti do O nebo C pásma?
- Jak ověřit nastavení ramen interferometru, když vizuální kontrola proužků není možná?
- Lze vůbec zprovoznit interferometr bez zajištění mechanické stability?
- Který z těchto interferometrů: Sagnac nebo Michelson je vhodnější pro perimetrické systémy a optické mikrofony?
- Lze vůbec vylepšit optovláknový interferometr tak, aby byl přesnější než interferometr ve volném pracující prostoru a aby tyto aktivity šlo zařadit mezi základní výzkum?
- Jak kvalita laserů, útlum a polarizace vláken ovlivni experiment?
- Jaké požadavky musí splňovat obvody detekce?
- Do jaké míry lze “odlehčit” optovláknový interferometrický systém, tak aby ještě fungoval a byl schopen detekovat měřenou veličinu? Které komponenty lze vypustit s ohledem na poměr cena/výkon?
1.3 Perimetry a distribuované plotové senzory
(praktická realizace)
Slovo perimetr pochází z řeckých slov peri (kolem, okolo) a řeckého metron (rozměr, měřidlo). Význam může být: obecně obvod nějakého území, v technice znamená zabezpečovací prvek nebo distribuovaný systém obvodové ochrany pozemku nebo objektu.
Typickou aplikační oblasti bezpečnostních je ochrana rozsáhlých oblasti (velké podniky, parkoviště nebo letiště) nebo strategických objektů (vojenské základny, ministerstva, velvyslanectví). Hlavní myšlenkou je vytvořit systém, který selektivně identifikuje porušení bariery pro chráněnou oblast.
Tento úkol lze prakticky realizovat pokládkou optických vláken pod povrchem zemi kolem chráněné oblasti, která upozorňuji na změnu mechanického napětí vlákna a potažmo na pokles výkonu optického záření, neboť energie je ztracena následkem ohybu nebo případného porušení vlákna, způsobeného vniknutím nežádoucí osoby nebo auta do chráněné oblasti.
Perimetrická ochrana u železnice.
Odezva perimetru – frekvenční spektrum v oblasti nízkých frekvenci. Lze obdržet jako FFT
časového vývoje interferometrického signálu.
1.4 Nášlapové senzory pro detekcí porušení integrity chráněné oblasti
V praxi se lze setkat s kobercovými perimetry, pod kterými jsou instalovány optická vlákna, obvodové perimetry v podobě optického vlákna podél oplocení, nebo podzemní perimetry např. v podobě tlakové hadice s vodou.
Perimetrický nášlapový senzor.
Myšlenka vláken pokládaných kolem oplocení je velmi populární – často se jedná o levné a jednoduché pseudo-perimetrické systémy, které generují mnoho falešných poplachů. Tyto systémy nejsou imunní vůči rušení, na rezonanční signály, nebo na povětrnostní podmínky a změny počasí. Proto jedním z hlavních cílů výzkumu je optimalizace senzorických systémů, primárně pak nastavení selektivní sensitivity a přesností těchto systémů na detekované signály.