[发明专利]基于波分与时分联合复用的分布式管道监测装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于波分与时分联合复用的分布式管道监测装置与方法，装置包括第一光源、第二光源、第一光开关、第二光开关、第一耦合器、延时光纤、连接光纤、第二耦合器、第一波分复用器、光环形器、光纤传感阵列、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、多通道高速数据采集卡、数字信号处理卡和工业控制计算机；通过相位敏感光时域反射原理的分布式光纤振动传感阵列获取管道的振动信息和光波长调制原理的光纤光栅应变传感阵列获取管道的压力信息。本发明系统集成度高，提高了管道监测系统的泄漏和安防预警准确率；装置所需传输光纤长度与单一功能传感装置所需光纤长度相同，提高传输光纤利用率，在很大程度上降低了成本。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于波分与时分联合复用的分布式管道监测装置与方法。

背景技术

管道作为现代能源运输的最有效方式之一，正在向超长距离、大型化、复杂化的管网系统方向发展，而针对超长距离的管道出现泄漏故障或遭到入侵破坏时进行准确及时预警尤为重要。为了保障大型管网的安全良好运行，在事故或故障发生前或发生时进行及时评判预警，需要对管道进行多物理量的同时监测，特别是能表征其运行状态的振动和压力信息，二者的监测在管道泄漏监测与周界安防等方面得到越来越广泛的应用。

光纤传感技术历经了从单点传感器到分布式光纤传感网络，在各种已经被熟知的分布式光纤传感技术中，光纤光栅传感技术对温度、应力、应变、振动等物理参量具有高传感灵敏度，以及本身拥有体积小、动态区间宽、可靠性高等突出优点；而弱反射性质的光纤传感由于窄带宽、弱反射特点，极大的降低了光源谱宽与传输损耗的限制，所以其具有高空间分辨率和信噪比，高测量精度，极易构成大容量、远距离监测网络等特点；相比于传统的管道监测振动和压力信息方法，利用光纤光栅与弱反射性光纤的分布式光纤传感技术具有传感距离远、高测量精度、大容量等独特优势。

传统的管道振动与压力监测都有各自的监测装置和方法，同一装置无法兼顾二者同时监测，系统集成度低，并且单一的监测方式无法准确判断管道泄漏或安防事故原因；若要同时对管道振动和应力进行监测，需在同一测量空间内安装两套装置，更为了实现长距离监测，势必需要传输光纤足够长，若同时布置两套装置，一套用于振动信息测量，一套用于应力信息测量，需要的传输光纤长度是单套系统的两倍，系统成本急速增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有管道泄漏和安防预警监测技术的不足，提供一种基于波分与时分联合复用的分布式管道监测装置与方法，本发明混合了波分、时分复用技术和光纤传感阵列技术，易实现高精度、高分辨率、大容量、长距离监测网络，实现管道振动信息和压力信息同一装置同时测量，提高了管道监测系统的预警准确率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于波分与时分联合复用的分布式管道监测装置，它包括：第一光源、第二光源、第一光开关、第二光开关、第一耦合器、延时光纤、连接光纤、第二耦合器、第一波分复用器、光环形器、光纤传感阵列、传输光纤、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、多通道高速数据采集卡、数字信号处理卡和工业控制计算机；第一光源经第一光开关连接第一耦合器的第一端口，第一耦合器的第二端口经延时光纤连接第二耦合器的第一端口，第一耦合器的第三端口经连接光纤连接第二耦合器的第二端口，第二耦合器的第三端口连接到第一波分复用器的第一端口；第二光源经第二光开关连接第一波分复用器的第二端口，第一波分复用器的第三端口连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口连接光纤传感阵列，光环形器的第三端口与第二波分复用器的第三端口连接，第二波分复用器的第一端口与第一光电探测器的输入口连接，第二波分复用器的第二端口与第二光电探测器的输入口连接，第一光电探测器的输出口与多通道高速数据采集卡的第一端口连接，第二光电探测器的输出口与多通道高速数据采集卡的第二端口连接，多通道高速数据采集卡的第三端口连接到数字信号处理卡的第一端口，数字信号处理卡的第二端口分别连接到工业控制计算机的输入口和第一、二光开关的输入口；所述光纤传感阵列包括分布式光纤振动传感阵列和光纤光栅应变传感阵列。