[发明专利]基于分布式光纤的安全监测系统

说明书

技术领域

本发明公开一种基于分布式光纤的安全监测系统，涉及振动、冲击的分布式测量，属于安 全预防技术领域。

背景技术

维护基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。对通信光缆、高压电 网、输油管道、输气管道、桥梁、大坝、建筑物等基础设施进行安全监测，以确定健康、维护 需求、寿命和其它特性，不仅是这些设施实现技术性功能的保障，更是避免造成重大经济损失、 维护社会稳定发展的有效手段。

近年来光纤信息传输的绝对安全性已被打破，针对陆地光缆线路的窃听事件屡有报道，而 相关媒体披露的美国中央情报局海底光缆窃听计划更引起人们对海底光缆信息传输安全性的 充分重视。如何及时发现并精确定位这些事故更是一种挑战。

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”。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。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1km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。

随着光纤传感技术的发展，长距离分布式光纤传感技术也开始应用于管道泄漏检测和通 信光缆安全监测，主要有光后散射法和光干涉法。光后散射法基于瑞利、拉曼、布里渊、偏振 原理，利用外部事件对光纤传输特性的影响，通过定位检测光纤中后散光强变化来判断局部外 力、温度变化，进而能评估管线的安全状况。对于管道来说，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。

光干涉法具有灵敏度高、动态范围大、响应快、传输距离长，可满足长距离、微小振动检 测要求。中国发明专利申请200410020046.6、200410040282.4、200610113044.0、 200510023104.5、200610090594.5等使用连续激光器，呈现低功率入射问题，当监测距离超过 20千米使用普通单模光纤时，由于受激布里渊阈值的限制，入射功率不超过2毫瓦，在中等距离 长度的监测上有优势。利用干涉原理构建长距离监测系统需要极其苛刻的条件。马赫-曾德尔 干涉仪和迈克耳逊干涉仪由于光传播在两条不同的光臂上，自相位调制、交叉相位调制引起光 偏振的独立性，干涉光场的偏振态呈现不可预知的问题，另外在长达上百km的两条光纤在安装 时就难以做到分米级的误差，这可需要比较窄线宽的激光器才能保证干涉。我们申请的中国发 明专利200710051004.2使用一个变型萨格纳克干涉仪构成长距离管线安全监测系统，两条传 感线路，有利地启用其管线上备用光纤是可行的，但采用两支路解调抑制噪声，其成本较高。

发明内容

本发明的目的在于采用双变型光纤萨格纳克干涉仪，单路相干光脉冲比例解调构成低成 本的安全监测系统，实现长距离微小振动、冲击检测与定位。为了达到上述目的，本发明采用的 如下技术方案：包括发射和接收光信号处理模块100，光延迟部件101，回路光纤部分102，构成 一个双变型光纤萨格纳克干涉仪；发射和接收光信号处理模块1包括计算机1、光源驱动器2、 光源3、去偏器4、探测器10、带探测器的电路处理板11；光延迟部件2包括3×3光纤耦合 器5、短光纤6、长光纤7和2×1耦合器8；回路光纤部分102涉及两种情况的传感光纤9： 振动、冲击作用在回路中两条光纤上(如图1所示)或在回路中一条光纤上(如图2所示)。