[发明专利]一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统与方法

说明书

本发明涉及一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统与方法，包括管理模块、光传感模块、信号处理模块、监控模块以及预警网络终端，其中，光传感模块包括：激光源、第一光纤耦合器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器、空分复用模块以及拉曼放大模块；其中，激光源与第一光纤耦合器连接；第一光纤耦合器与声光调制器连接；声光调制器与光纤放大器连接；光纤放大器与带通滤波器连接；带通滤波器与空分复用模块连接；空分复用模块与拉曼放大模块连接。本发明提供的一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统与方法，采用空分复用技术和双端一阶拉曼放大技术，在保证长距离传输、实时监测的条件下，提高信噪比、降低误报率。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统与方法。

背景技术

目前经济的高速发展使得社会对水油气等能源资源的需求急剧增长，管道运输由于高效、经济、可适应性强的特点而成为重要的水、油、气能源运输方式。输水管道一旦遭到恶意挖掘、打孔或者地质灾害所致管道破裂损坏等入侵事件，将会被破坏甚至导致环境污染和经济损失。为了维护管道沿线安全，防止人为破坏或环境破坏，需要对水管管道工作状态进行实时在线监测，并对具有威胁性的入侵事件进行及时、准确地预先报警。因此，管道安全监测技术对维护管道运输具有重要作用，且具有社会和经济意义。

基于相位敏感光时域反射原理(Φ-OTDR)的分布式光纤传感系统具有结构简单、检测距离长、可同时对多个扰动进行定位、分辨率高、定位精度准确等优点，应用在供水管道泄漏监测上可以实时检测和定位泄露位置，且对管道不会产生任何破坏或影响其正常运行。分布式光纤声传感(distributed acoustic sensing,DAS)基于Φ-OTDR技术，通过检测传感光纤中背向瑞利散射光的相位信号来实现分布式声音或振动等信号的检测，不仅可以利用相位、幅值大小提供声音或振动事件强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音时间相位和频率信息的获取。

但目前分布式光纤声传感系统对于声音等极微弱的振动信号反应不灵敏，再加上输水管道传送距离长，管道网络交错纵横，又因为穿过城市，管道周边的噪声复杂多样，依照现在的DAS系统，长距离、高信噪比、高准确率的实时在线监测很难完美实现，这是如今亟需改善和优化的地方。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统与方法，用以解决现有技术中长距离管道监测中信噪比、准确率低的问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种分布式光纤声波传感管道泄漏监测系统，包括管理模块、光传感模块、信号处理模块、监控模块以及预警网络终端，光传感模块包括：激光源、第一光纤耦合器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器、空分复用模块以及拉曼放大模块；

其中，激光源与第一光纤耦合器连接；第一光纤耦合器与声光调制器连接；声光调制器与光纤放大器连接；光纤放大器与带通滤波器连接；带通滤波器与空分复用模块连接；空分复用模块与拉曼放大模块连接。

优选的，空分复用模块包括：第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、光纤环形器、光子灯笼以及双平衡光电探测器；

其中，第二光纤耦合器与带通滤波器以及光纤环形器连接；光纤环形器还与光子灯笼以及第四光纤耦合器连接；第四光纤耦合器与第三光纤耦合器以及双平衡光电探测器连接；第三光纤耦合器还与第一光纤耦合器连接。

优选的，拉曼放大模块包括：第一波分复用器、第二波分复用器以及传感光纤；

其中，第一波分复用器与传感光纤一端以及光子灯笼连接；传感光纤另一端与第二波分复用器连接。

优选的，光纤放大器为掺铒光纤放大器。