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本稿では、光ファイバーケーブルとセンサーを用いて、費用対効果の高い長距離侵入監視を実現する方法について考察します。また、電気を使わず火花も発生しないこれらの光ファイバーセンサーの利点についても解説します。これらのセンサーは、化学工場、地下施設、その他爆発性ガスが存在する可能性のある環境での使用を可能にします。
背景
通信業界は、光ファイバーを用いて長距離情報を伝送することの利点を長年認識してきました。セキュリティ業界も今、通信ネットワークで使用されているのと同じ技術とコンポーネントを用いて、同じ技術を活用し、長距離侵入監視を実現する機会を得ています。
セキュリティ用途における光ファイバーの利用は、決して新しいアイデアではないことを認識する必要があります。ドープファイバークラッドと干渉波センシング装置を備えた特殊な高感度光ファイバーを使用したセキュリティシステムが既に存在します。
これらの非常に高感度なセキュリティシステムは、本稿の主題ではありません。これらのシステムは小規模なエリアの監視には優れていますが、空港や大規模な工場敷地の周囲など、1,000フィートを超える距離の監視には通常導入されません。これらのシステムは、そのような大規模な導入には高価すぎるだけでなく、非常に高感度であるため、大規模なエリアの監視では環境要因によって不要な警報が頻繁に鳴る可能性があります。
代わりに、本論文では、一般的な低コストの光ファイバーを大規模施設の監視に適用する新しい技術に焦点を当てています。
費用対効果の高いアプローチ
この新しいアプローチは、光ファイバーが「マクロベンディング」、つまり測定可能な光損失を生じるほどの曲率半径まで曲げられることによる光損失に敏感であることを利用しています。このアプローチでは標準的な通信用光ファイバーを使用するため、このタイプのセキュリティシステムに必要なツール、設置、メンテナンスは、標準的な光ファイバー通信リンクに必要なものと変わりません。
実際、この技術は、大規模ネットワーク内の光ファイバー ケーブルが破損したり、ひどく曲がったり、その他の損傷を受けた場合に警告を発するために、通信クローゼットで長年使用されてきました。
例えば、バックホーのオペレーターが埋設された光ファイバー通信ケーブルを誤って破損した場合、修理担当者に警告が発せられます。修理担当者は、光時間領域反射率計（OTDR）と呼ばれる機器を使用して問題の種類を特定し、数マイルにわたるケーブル上のどこで問題が発生したかを正確に特定します。
この切断点を識別するには、OTDR でファイバーに沿って間隔を置いて何千もの反射を平均化する必要がありますが、通常、このプロセスを完了するには 10 秒以上かかります。
光ファイバー技術は、曲がったり折れたりしたケーブルの位置を正確に特定できるため、侵入者の位置を正確に特定するのにも最適です。例えば、侵入者が施設の周囲に敷設された光ファイバーを破損または曲げた場合、システムに内蔵されたOTDRによって侵入を試みた場所を正確に特定できます。
セキュリティアプリケーションでこのアプローチを使用する際の小さな問題点は、OTDRが測定可能な光損失を検出するには、光ファイバーを破損させるか、比較的急な角度で曲げる必要があることです。多くの場合、侵入者は保護された施設に侵入するためにケーブルをわずかに曲げるだけであり、このわずかな曲げによって生じる光損失はOTDRで検出するには不十分です。
幸いなことに、解決策は簡単です。ケーブル経路に沿って、シンプルなバネ式トリガー装置を設置するだけで済みます。このトリガー装置は、周辺ケーブルへのわずかな外乱を感知し、ケーブルをより大きく曲げることでその外乱を増幅します。この強い曲げにより、OTDRで検出できるほどの光損失が発生します。
例1 - 境界セキュリティ
この最初の例では、標準的な光ファイバーケーブル（耐紫外線ジャケット付き）が、軍事基地などの大規模施設の周囲にある既存のフェンスに接続されています。光ファイバーは、フェンスの周囲に一定間隔で設置された複数のトリガー装置によって固定されています。
レーザーが光ファイバーケーブルの一端に赤外線を照射し、システムに内蔵されたOTDRでその光を継続的に監視することで、光出力の変化を検知します。光ファイバーケーブルが断線した場合、またはケーブルへのわずかな干渉によってトリガー装置のいずれかが作動した場合、システムはアラームを発します。
周囲に設置されたトリガー装置には、感度レベルを制御するための機械的な調整機構が組み込まれている場合があります。また、システムの感度は、注入する赤外線の波長を変えることでも調整可能です。
例2 - 地下施設のセキュリティ
同様の例として、光ファイバー ケーブルが複数のマンホール カバーの下に取り付けられ、地下の公共設備への不正アクセスを防止します。
各マンホールの蓋の下には、光磁気トリガー装置が設置されています。これらの装置のいずれかがマンホールの蓋が外されたことを検知すると、内部機構が作動し、光ファイバーに急激な曲げが生じます。最初の例と同様に、システムのヘッドエンドにあるOTDRが、この曲げによる光量低下を検知し、アラートを発報し、事象の発生場所を正確に特定します。
問題は解決しました
この新しいアプローチは、次のようなセキュリティ システム設計者が直面する従来の課題の一部に対するソリューションを提供します。
非常に長い距離をコスト効率よく監視するにはどうすればよいでしょうか?
光ファイバーは、信号の再増幅を必要とせずに、銅線よりもはるかに長い距離を信号伝送できます。光ファイバーでは、センサーへの電源供給は不要です。そのため、軍事基地や大規模な工場群などの広大な境界を監視するための費用対効果の高いセキュリティソリューションとして、光ファイバーは最適です。
広いエリアを監視する際に発生する迷惑なアラームの発生率を減らすにはどうすればよいでしょうか?
ここで論じる境界監視アプローチでは、光ファイバーセンシングケーブルの張力を調整できる機構を備えた光機械式センサーを使用します。センサーは風や雪などの環境要因に耐えられるように調整できるため、不要な警報音を軽減、あるいは完全に排除することができます。また、ケーブルに注入する光の波長を変えることで、システムの感度を調整することも可能です。
セキュリティシステムを破る者から身を守るにはどうすればよいでしょうか?
光ファイバー セキュリティ システムのユニークな特性は、銅線とは異なり、光ファイバーは検出されずに切断、接合、またはジャンプすることができないことです。
爆発性ガスが発生する環境をどのように監視すればよいですか?
光ファイバーは、電気ではなく赤外線を用いて信号を伝送します。銅線とは異なり、光ファイバーは爆発を引き起こす可能性のあるアークや火花を発生させません。そのため、光ファイバーセンサーは化学プラント、地下施設、貯蔵タンクなど、可燃性ガスが存在する可能性のある多くの場所の監視に最適です。
導電性または腐食性の液体やガスが存在する環境をどのように監視すればよいですか?
光ファイバーは不活性なガラスでできています。金属線とは異なり、光ファイバーは化学物質にさらされても腐食せず、水にさらされてもショートすることはありません。
雷雨に耐えられるシステムを設計するにはどうすればよいでしょうか?
広範囲をカバーするセキュリティシステムは、落雷による損傷や破壊を受けやすくなります。ガラス製の光ファイバーは電気や雷を伝導しません。落雷によって1つのセンサーが破壊されても、雷は光ケーブルを介してシステム内の他のセンサーやコンポーネントを破壊することはありません。
インストールに関する考慮事項
結論として、電気（電子）ではなく光（光子）を利用するセキュリティシステムは、セキュリティ設置者にとって異なるスキルセットを必要とします。光ファイバーの取り扱いは必ずしも難しいわけではありませんが、新しい知識とツールが必要になります。
上述の光ファイバーセキュリティシステムには、システムのOTDRとディスプレイモニターを統合し、ケーブル上の検知センサーを表示するためのユーザーフレンドリーなソフトウェアプログラムも必要です。減衰箇所を示す分かりやすいラベル付きの視覚マップがあれば、警備員は侵入の試みを迅速に特定し、迅速な対応が可能になります。
前述の通り、光ファイバーセキュリティシステムには様々な種類があります。設置業者は、エンドユーザーが指定した光ファイバーシステムの種類と、システムメーカーが要求する設置仕様を熟知している必要があります。光ファイバーセキュリティシステムの設置は、工場で訓練を受け、認定された設置業者のみが行うべきです。
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