[发明专利]一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法和系统及系统的安装方法

权利要求书

1.一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法，其特征是它是在管道本体上每隔一定距离安装一个光纤干涉型泄漏传感器，连续实时监测沿管道本体传播的振动波信号，对采集的振动波信号进行分析处理，包括类型识别和振动源定位，其中类型识别为通过对振动波特征的提取分析判别其是否属于泄漏类型，同时根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时间延迟结合振动波在管道本体上的传播速度实现对振动波源的定位；传感器采用光纤干涉仪结构，为光纤迈克耳逊干涉仪或者光纤马赫曾德干涉仪作为泄漏振动波检测传感器，其输出的光强信号经光电转换后可以写成：

V₀∝1+Vcos(φ_s+φ_n+φ₀)+V_n    (1)

其中，V₀是输出的电压信号，V是干涉仪的可视度，V_n是电路附加噪声，φ_s为由泄漏振动波引起的相差信号，即为要探测的泄漏振动波信号，φ₀为干涉仪的初始相位，是个常量，φ_n为位相差的低频漂移，是一个不确定量，随温度和外界环境影响而变化；

通过与光源调制方式相匹配的解复用技术实现泄漏振动波信号φ_s的获取，并对该信号φ_s到达相应的传感器的时间延迟进行估计，结合振动波沿管道传播的速度v实现了对振动波源即泄漏点位置的确定。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法，其特征是它采用光纤传感器复用/解复用方法；该方法综合频分复用和空分复用的方法，采用对可调激光器进行光频调制的方法产生泄漏探测光，使用迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德干涉仪作为泄漏传感器，传感器的布设结构是在天然气管道外壁上每隔一定距离安装一个传感器，多个传感器构成一个传感器组，每个传感器组的光信号使用一根光纤传回系统主机；传感器组内各传感器臂差各不相同，使每个泄漏传感器所产生的载波信号频率均不相同，由此利用频分复用原理将每组的多个传感器不同频率的光信号复用在一根光纤中传回系统的接收端；而多个传感器组之间采用空分复用方式分别接入系统主机；接收到的每个传感器组的光信号使用单独的光电转换通道实现光信号到电信号的转换，转换后的传感信号使用分频方式实现传感器组内各传感器的解复用，并采用相位载波技术解调出管道泄漏的原始声波信号，再经过泄漏信号的识别和定位分析，最终可准确获取管道泄漏点信息；所述泄漏声波信号的相位载波解调方法是将接收到的干涉信号，先进行带通滤波，一路输出与cos(ω₀t)相乘后进行低通滤波与微分处理，另一路与sin(ω₀t)相乘后进行低通滤波与微分处理；前一路的微分输出与后一路的低通滤波输出相乘后，再与后一路的微分输出与前一低通滤波输出相乘的结果相减，之后依次经积分、高通滤波处理，最终输出原始泄漏振动波信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法，其特征是方法中采用抗偏振衰落方法，就是在管道本体上每隔一定距离安装一个迈克耳逊干涉仪结构的传感器，由若干个迈克耳逊干涉仪结构的传感器通过光分束器和合束器并联接在发射光纤和回传光纤之间；迈克耳逊干涉仪的两臂不等长，每个迈克耳逊干涉仪使用两个法拉第旋转镜作为反射镜，旋转角度为45度，使反射光的偏振态变化正好抵消入射光的偏振态变化，从而使干涉仪的可视度保持为1。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法，其特征是方法中采用抗相位衰落方法，即：在管道本体上每隔一定距离安装一个迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德干涉仪结构的传感器，由若干个传感器通过光分束器和合束器并联接在发射光纤和回传光纤之间；基于锯齿波或倒锯齿波调制的激光器作为光源，以及不等臂长的迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德干涉仪作为传感器，在干涉仪信号中产生近似单频的余弦信号载波，使用与载波信号同频的余弦和正弦信号对载波信号进行解调，得到原始泄漏声波信号；

传感器组的干涉信号为组内各传感器载波信号的线性叠加，使用带通滤波法将各传感器的载波信号从传感器组的干涉信号中分离出来，然后使用相应频率的余弦和正弦信号对载波信号进行解调，获得原始泄漏振动波信号，消除了相位衰落引起的信号衰落和消隐问题。