[发明专利]一种基于分布式光纤传感网络的油气状态监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油石化行业的油气状态监测领域，特别涉及利用分布式光纤传感技术来进行油气状态监测的系统。

背景技术

在石油石化领域，对油气的状态进行监测，是关系到油气生产、输送、储运等安全运行的重要手段，非常关键。因此，各类传感器被广泛应用于油气状态监测。而由于石油石化行业的行业特点，这些传感器大多都需要工作在高温、高压、高腐蚀的严苛环境中。而目前被广泛使用的传感器在这样严苛的环境下，往往不能可靠工作，性能不稳定且易损坏，寿命短，或者虽然能够胜任，但是价格昂贵。

基于光纤的各类光纤传感器，是近年来新兴的一类传感器。由于采用光纤作为传感介质，而光纤在石油石化行业所特有的高温、高压、高腐蚀的环境下，依然能保持稳定的特性，因此，基于光纤的各类传感器在石油石化行业中通常能够表现出优异而且稳定可靠的性能。

基于光纤的传感器中，光纤光栅传感器是被广泛使用的一类传感器。这种传感器需要将对特定波长具有较高反射率的光纤光栅刻写在光纤上面。而光纤光栅的反射波长，又与光纤光栅所处环境的温度和压力具有线性相关的特性。因此，当将一个宽谱光源经过光纤照射在光纤光栅上，通过测量光纤光栅反射回来的光束波长，就可以测定光纤光栅所处位置的温度和压力。虽然有众多的基于光纤光栅的传感系统在石油石化领域被提出，但这类系统，是不能实现严格意义上的分布式传感系统的。由于传感只在光纤中刻写有光纤光栅的地方进行，没有光纤光栅的地方则无法传感，因此，监测在空间上是不连续分布的，而最多只能做到多个离散点的串联式监测。由于监测在空间上不连续，这就难以避免在监测时有所疏漏。

而另一类光纤传感器则直接利用光纤作为传感介质，而无需在光纤上刻写光纤光栅，因此可以做到空间上连续的监测，从而是真正意义上的分布式光纤传感系统。在石油石化领域，董苏姗、郭转运等人在“分布式光纤输油气管线警戒传感系统”中国发明专利(专利申请公告号CN200610015202.9)中提出了利用光纤光栅并结合光时域反射(OTDR)这一分布式光纤传感技术来进行输油气管线警戒的传感系统。但是这种系统由于利用的是光纤的瑞利散射原理，而光纤瑞利散射对环境的温度和压力都不敏感，因此无法做到对油气状态，如油气温度和压力的监测。

发明内容

为了克服油气状态监测领域现有传感技术的不足，本发明的目的是提供一种基于分布式光纤传感网络的油气状态监测系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于分布式光纤传感网络的油气状态监测系统，由高相干长度激光器(1)、光耦合器(2、12)、光电调制器(4)、脉冲信号源(3)、光放大器(5、8)、光环形器(6)、传感光纤(7)、光扰偏器(11)、光隔离器(9)、光滤波器(10)、光电探测器(13)和信号处理单元(14)组成，高相干长度激光器(1)发出的相干光经过光耦合器(2)分为两路，一路经光电调制器(4)被脉冲信号源(3)的输出调制后，经光放大器(5)及光环形器(6)后送入传感光纤(7)，另一路则送入光扰偏器(11)，传感光纤各处经光纤布里渊散射效应反射回来的布里渊散射信号经过光环形器(6)后被另一个光放大器放大(8)，再经过光隔离器(9)和光滤波器(10)滤除光噪声后，与光扰偏器(11)的输出一同送入另外一个光耦合器(12)，光耦合器(12)的输出被光电探测器(13)转换为电信号并被送入信号处理单元(14)进行接收并分析，最终获得沿传感光纤各处分布的环境温度和压力状态。

其中，高相干长度激光器(1)的相干长度须大于被测距离的2π倍。

脉冲信号源(3)须具备脉宽可调节的脉冲输出功能，同时最小可输出的脉冲宽度应至少为1ns。

光电探测器(13)的探测频带宽度应至少大于12GHz。

光滤波器(10)的通频带的中心频率应在高相干长度激光器中心频率以下10GHz的频率处，通频带宽度至少大于5GHz。

本发明相对于现有技术具有以下优点和技术效果：本发明直接使用普通光纤作为传感介质，无需在光纤上制作光纤光栅，因此可以实现空间上连续的严格意义上的分布式监测。同时，由于本发明采用了基于光纤布里渊散射效应的分布式传感技术，而光纤布里渊散射效应对环境温度和压力均有极好的线性相关特性，因此本发明可以对温度和压力实现分布式监测，满足油气领域对油气状态如温度和压力等参量进行分布式监测的需求。

附图说明

图1为本发明的基于分布式光纤传感网络的油气状态监测系统的整体结构示意图。

具体实施方式