[发明专利]光纤安全预警偏振与相位联合控制系统

说明书

技术领域

本发明是一种埋地管道或构筑物或重要设施与区域的安全保护预警的光纤安全预警偏振与相位联合控制系统，涉及涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

对于石油、天然气、成品油、煤浆以及水等物质来说，管道输送是一种安全、经济以及高效的运输方式，在全球运输行业中发挥着越来越重要的作用，尤其在石油、成品油和天然气这些具有易燃易爆和交易价值极高的能源物质运输中占有极为重要的位置，在我们国家，每年至少新建几千公里的管道，可以说，管道是能源运输的大动脉。管道输送的石油、成品油和天然气既有极高的交易价值也有易燃易爆这一特性，管道一旦泄漏，泄漏区域极易发生燃烧爆炸，不仅影响管道行业的安全生产，造成巨大的经济损失，而且也严重威胁着周边沿线人民群众的财产与生命安全。另外，管道泄露对周边生态环境造成的危害更是无法估量。

自从有了管道，也就有了来自外界的破坏。尤其是近些年来，油价上涨，在利益的驱动下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盗油、盗气；国家基础建设大量上马，管道沿线施工工地随处可见；此外，滑坡、泥石流等自然灾害频频发生，这些都时刻威胁着管道的生产安全，其中打孔盗油和非法施工成为威胁管道安全生产的首要因素。

据不完全统计，仅我国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接经济损失达几亿元，环境破坏和社会影响等间接损失更是无法估量。为防止外界对管道的破坏，管道运输行业每年投入了大量的人力物力，但是仍然无法有效地预防和阻止破坏。管道运输行业的安全生产形式非常严峻，寻找确保管道运输安全生产的手段和方法已迫在眉睫。

随着管道运输行业的发展，各种管道运输安全监测技术也在不断发展，目前已有的管道安全生产监测技术主要有两类。其一：管道泄漏事件发生后的监测技术，这种技术主要有“管内流体力学状态检测技术和分布式光纤温度和应力监测技术”。管内流体力学状态检测技术是实时采集管线中流体的流量、温度和压力等信号，进行管道泄漏检测和定位，这种技术受到管道内的流体特性、输送工艺以及测试仪器的性能等因素限制，对管道泄漏监测的灵敏度和定位精度较低，这类技术包括：压力梯度法、负压力波法、流量平衡法。分布式光纤温度和应力监测技术是利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集管道泄漏的介质对光纤的温度影响和冲击应力来确定泄漏点的位置，这种技术受到光缆的结构和光缆与泄漏点的距离限制而影响监测效果。其二，管道破坏事件发生前的预防监测技术，也就是管道破坏预警技术，目前已有的该类技术主要是“声波技术监测”，该技术是利用声波沿管道传输原理，在每隔1公里左右安装一个有源传感器，拾取管道沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏管道的事件提前发现，但是每一个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置，不仅增加设备的投资和维护成本，且这些设施本身也容易遭到破坏，使装置不能正常运行。

针对现有的管道安全监测技术存在的问题，澳大利亚有专利提出基于马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪原理，用光纤传感振动的技术方案。该发明对长距离的线目标或大面积的面目标的安全预警是一突破，但不足的是该发明之光路系统不稳定，存在因相位衰落和偏振衰落引起的信号消隐，很难有效工作。

发明内容

本发明的目的是发明一种埋地管道或构筑物或重要设施与区域的安全保护预警稳定、可靠、准确的光纤安全预警偏振与相位联合控制系统。

针对现有的安全监测技术存在的问题，本发明提出了一种基于采用相位衰落控制和偏振衰落控制技术的双马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪原理，消除了因相位衰落和偏振衰落引起的信号消隐，形成了具有稳定相位和稳定偏振态的两路同步干涉激光调制信号在干涉仪上相对传输并在干涉仪双端拾取的光路结构。利用与管道同沟敷设、构筑物或重要设施与区域周围地下的光缆中的普通通信光纤作为干涉仪的干涉臂和传输光纤，进而形成连续分布式的土壤振动检测传感器，稳定、可靠地拾取被监测目标附近沿线土壤的振动信号。当然再接定位系统，根据两路激光信号的传输时间差值分析计算出被监测目标附近沿线的土壤振动事件的发生位置。再接信号识别系统就可确定引起土壤振动事件的性质和类别。这样，管道控制中心人员可以及时指挥、调度维护抢修人员快速及时准确地赶到事件发生地点，及时制止可能对管道安全造成危害的动土事件或场站设施的入侵事件，实现对管道沿线与场站设施的无缝实时监控，起到管道安全监控预警的作用，避免管道安全事故的发生。