[发明专利]一种基于光纤传感的清管器卡堵定位装置和方法

权利要求书

1.一种基于光纤传感的清管器卡堵定位装置，其特征在于，包括光学模块(1)、光电转换器(2)、高速采集卡(3)、计算机(4)、振动光缆(5)；所述光学模块(1)的光学模块端口A(11)输出激光脉冲，与振动光缆(5)连接，光学模块(1)的光学模块端口B(12)输出管道同沟敷设光缆返回的携带有振动信号的激光信号，光学模块端口B(12)与光电转换器(2)的输入端口(21)连接，光学模块(1)的光学模块端口C(13)与高速采集卡(3)的高速采集卡同步端口C(33)连接，光学模块(1)的光学模块端口D(14)与计算机端口C(43)连接；所述光电转换器(2)通过光电转换器端口A(21)接收来自光学模块(1)的激光信号，并将其转换为电信号，光电转换器(2)通过光电转换器端口C(23)输给高速采集卡(3)的高速采集卡同步端口A(31)；所述高速采集卡(3)通过高速采集卡同步端口C(33)接收光学模块(1)的同步信号，高速采集卡(3)通过高速采集卡同步端口A(31)接收光电转换器(2)输出的电信号，并将其转换为数字信号，高速采集卡(3)并通过高速采集卡同步端口B(32)输出给计算机(4)；所述计算机(4)通过计算机端口A(41)接收高速采集卡(3)输出的数字电压信号，通过信号分析处理；计算机(4)通过计算机端口A(41)对高速采集卡(3)进行控制；计算机(4)通过计算机端口B(42)与光电转换器(2)的光电转换器端口B(22)连接，控制光电转换器(2)的增益，计算机(4)通过计算机端口C(43)与光学模块端口D(14)连接，控制激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲频率；所述振动光缆(5)与管道同沟埋设；所述光学模块(1)内置脉冲信号源(101)、窄线宽激光源(102)、激光脉冲调制器(103)、激光脉冲放大器(104)、光纤环形器(105)、拉曼放大器(106)、波分复用器(107)、MCU控制器(108)，脉冲信号源(101)输出指定频率的电压脉冲信号给激光脉冲调制器(103)，并通过光学模块端口D(14)同步输出同步信号；激光脉冲调制器(103)接收电压脉冲信号，将窄线宽激光源(102)发射的连续激光调制为脉冲激光；激光脉冲放大器(104)将脉冲激光功率放大，输出至光纤环形器(105)的光学模块端口A(11)，通过光学模块端口B(12)输出；波分复用器(107)将拉曼放大器(106)输出的激光和光纤环形器(105)输出的脉冲激光合束，通过光学模块端口A(11)输出；MCU控制器(108)通过光学模块端口D(14)接收外部计算机控制信号，通过控制协议解析，分别对窄线宽激光源(102)输出功率、脉冲信号源(101)频率及脉冲宽度、激光脉冲放大器(104)增益、拉曼放大器(106)输出功率进行控制；所述光电转换器(2)采用的光探测器为光电二极管或雪崩光电二极管；所述高速采集卡(3)以光学模块中脉冲信号源输出同步信号具备外部信号触发采集功能；所述计算机(4)通过计算机端口A(41)接收高速采集卡(3)采集的数字信号，通过信号解调、降噪获得清管器振动信号，通过振动波形检测、振动波形定位。

2.一种根据权利要求1所述的基于光纤传感的清管器卡堵定位装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过信号回放，对计算机记录的清管器卡堵位置进行复核；

S2：人工敲击定位清管器卡堵位置。

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感的清管器卡堵定位装置的方法，其特征在于，S1的具体步骤如下：

S101：从计算机(4)读取保存的二维信号，以滑窗方式检测每一列信号不同时刻的信号强度，并记录超过设定阈值的信号时刻和信号列编号作为数据样本；

S102：对记录有样本数据的信号进行特征分析，去除不符合清管器振动特征的数据样本；

S103：对记录的数据样本做曲线拟合，将拟合曲线与信号强度数据叠加，在屏幕上回放清管器的位置；

S104：快速回放信号至计算机(4)记录的卡堵位置附近，观测清管器振动信号消失、或清管器振动信号位置不再变化时的位置，即清管器卡堵位置到本装置的光缆长度L1。

4.根据权利要求2所述的基于光纤传感的清管器卡堵定位装置的方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：

S201：采用人工在管道沿线敲击地面产生振动信号，由计算机(4)检测人工敲击位置L2；

S202：若L2小于L1，代表敲击位置在清管器卡堵位置之前，沿管道向远端移动一定距离，再次敲击地面；

S203：若L2大于L1，代表敲击位置在清管器卡堵位置之后，沿管道向近端移动一定距离，再次敲击地面；

S204：直至人工敲击位置L2与清管器卡堵位置L1相等，此时的敲击位置L2即清管器卡堵位置。