[发明专利]基于相位干涉的分布式光纤管道安全预警系统

说明书

技术领域

本发明是一种埋地管道、构筑物或重要地面构筑物、重要设施与区域的安全保护预警的基于相位干涉的分布式光纤管道安全预警系统。涉及机械振动的测量、相位的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

油气管道作为工业经济的命脉，在国民经济中居于重要位置。由于管道本身的缺陷、腐蚀、自然老化以及外力引起的第三方破坏造成的油气产品的流失，环境污染及人员伤害。随着管道运输业的不断发展，为了维护管道的安全运行，管道运行监测技术也在不断发展，作为管道监控核心的泄漏检测与安全预警技术一直受到各国科技工作者的重视。

目前国内外已有多种管道泄漏检测技术和方法，但是这种方法只能在管道发生泄漏之后进行报警，不能够在管道遭到实质性破坏之前进行预警。近年出现一种基于对管道破坏所产生的声音和振动信号的检测来检测管道遭到的第三方破坏，并进行定位的技术，中国实用新型专利号200320100537.2等对此类技术做了详细的描述。这一技术虽然有一定的预警能力，但是受制于系统的通信和供电等问题有很大的局限性。

随着光纤技术的发展，光纤传感也开始应用与管道泄漏检测与安全预警领域，以光纤传感的原理分主要有干涉型分布式光纤传感技术以及后向散射型分布式光纤传感技术，干涉型主要代表为中国发明专利申请200410020046.6、200410016038及ZL99814375.8，散射型主要代表为中国发明专利申请02145502.3。这些系统都声称能够解决管道安全领域的技术问题，但是在信号检测灵敏度和检测长度的限制，还有系统稳定性方面均存在问题，无法在工业油气管道现场进行应用。

发明内容

本发明的目的是发明一种埋地管道、构筑物或地面重要构筑物、重要设施与区域检测灵敏度高、定位精度高、单台系统保护距离长的安全保护预警的基于相位干涉的分布式光纤管道安全预警系统。

针对现有问题，本发明提出一种基于差动输入的分布式光纤管道安全预警系统。本发明通过检测沿管道铺设的光缆中传输的相干光受到外界威胁事件扰动时产生的相位差，两束光由于存在相位差发生干涉，通过对干涉信号的识别与判断可以实现对威胁事件的有效检测。

本发明与已有技术一样，也包括沿管道敷设的光纤构成的Mach—Zehnder光纤干涉仪。但本发明的构成如图1所示，图1中1～6为光纤解调系统的接入端口，1a～6a为引导光纤，1b，2b，3b，7和8为干线光缆9中的纤芯，10为末端盒，11为首端盒，12a～12d为光电探测器，13a和13b为光的偏振态控制器，14a～14d为信号调理单元，15为光纤耦合器，16a和16b为模数转换器，17光隔离器，18为激光光源，19为信号处理计算机，20为光信号解调系统。

激光光源18发出的激光经光隔离器17后与光纤耦合器15连接，被光纤耦合器15分成两束，经过两个偏振态控制器13a和13b转换为同一偏振态，输出接端口3、4经引导光纤3a、4a，引导光纤3a接光缆9中的纤芯3b，引导光纤4a经首端盒11后接光缆9中的纤芯7、纤芯8，纤芯3b和纤芯7、纤芯8接末端盒10，从末端盒10接出的纤芯1b、2b再分别接引导光纤1a、2a并经端口1和2接光电探测器12a、12b，光电探测器12a、12b输出各接信号调理单元14a、14b后共同差动输入模数转换器16a，模数转换器16a的输出接信号处理计算机18的输入；从末端盒10接出的纤芯7、8接到首端盒11后经引导光纤5a、6a和端口5、6分别接光电探测器12c、12d，光电探测器12c、12d输出各接信号调理单元14c、14d后共同差动输入模数转换器16b，模数转换器16b的输出接信号处理计算机19的输入。

其中信号调理单元14a～14d(见图2)为双二阶带通有源滤波器，它是由三只运算放大器A1、A2、A3组成的，A1组成的低(高)通有源滤波器经A2组成的反相器输出再经A3组成的高(低)通滤波器反馈到A1组成的低(高)通有源滤波器输入，其中心频率可调，且增益不随中心频率变化。

光隔离器15可以有效的减少反射光对系统光源的损害，可以有效的提高系统的工作稳定性；它有市销产品可选择。

本发明中的首端盒11和末端盒10均为特殊设计的光缆接续盒，盒中均为光纤耦合器(市销产品)，不含任何有源器件，防水、防潮、耐腐蚀，可以适合长期埋地使用。

光电探测器12a～12d、偏振态控制器13a和13b、光纤耦合器15、模数转换器16a和16b、光隔离器17、激光光源18、信号处理计算机19均可选择市销产品。