[发明专利]基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统

说明书

技术领域

本发明设计一种基于3×3耦合器的直线型Sagnac光纤干涉仪传感器系统，属于光学传感技术领域，其作用是把因外界扰动产生的声信号通过对光纤中传播的光信号进行调制，然后对被调制的光信号进行处理和分析，从而对所监测范围内管道沿线有无盗油或有无人为等破坏性扰动行为进行监测，对扰动发生地点进行定位。该传感器系统可以用于输油气、输水等管道系统的长距离安全监测，实现有效的预警监控。

背景技术

当前，对于管道沿线是否发生盗油或其它人为因素等威胁安全生产运行的行为事件、行为发生地点的确定，多为人工巡查、质量平衡法、应力波法、声波法等传统方法，但这些方法效率低，误判和盲点多，不能及时对带来管道破坏的行为进行监控，因此给管道安全运行监测带来了很多不便。北京工业大学的何存富、杭利军等发明了一种用于实时管道泄漏检测的分布式光纤传感器系统，使用方便且可实时在线监测，但该系统能量损耗较大，且对管道泄漏前威胁管道安全运行的行为还缺乏有效的预警监控，可监测信号幅值低、频率高，限制了其监测实效、空间范围和精度。

发明内容

本发明的目的在于解决管道安全监测中，外界扰动所产生的振动信号无法准确、即时测量以及扰动信号发生位置无法在线实时定位的缺点，提出了一种用于实时管道安全监测的分布式光纤传感器系统。本发明中使用3×3耦合器构建的直线型Sagnac干涉仪监测系统，对光路和电路进行了新的建模与设计，提高了被监测信号的幅度及信噪比，可实现对低频扰动信号的监测，并提高了定位精度，可实现预警监控。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

包括光源(1)、2×1耦合器I(41)、起偏器I(21)、光隔离器I(31)、2×1耦合器II(42)、3×3耦合器I(51)，2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、延迟光纤I(81)、2×1耦合器III(43)2×1耦合器IV(44)；起偏器II(22)、光隔离器II(32)、2×1耦合器VI(46)、3×3耦合器II(52)，延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRM II(72)、2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VIII(48)以及信号采集装置(9)；其特征在于：光源(1)发出的激光通过通过2×1耦合器I(41)分光，分别进入主回路和辅回路；主回路光经过起偏器I(21)和光隔离器I(31)，通过2×1耦合器II(42)进入3×3耦合器I(51)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)及延迟光纤I(81)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤I(81)、2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)。光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器I(51)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器III(43)、2×1经耦合器II(42)和2×1耦合器IV(44)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。辅回路光经过起偏器II(22)和光隔离器II(32)，通过2×1耦合器VI(46)进入3×3耦合器II(52)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRM II(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)及延迟光纤II(82)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)；光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器II(52)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VI(46)和2×1耦合器VIII(48)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。