專利名稱：光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及管道泄漏檢測領域，尤其是涉及一種光纖水下長輸管道泄漏檢測
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的檢測地下管道漏水的方法是以聲一電轉(zhuǎn)換為基礎，這使得靈敏度、深度和距離都受到很大限制。管道輸送具有保質(zhì)、安全、經(jīng)濟、無污染、管理方便、可靠性高等優(yōu)點，國內(nèi)外已普遍采用長輸管道輸送石油與天然氣。隨著海上油氣田的開發(fā)，對于水下長輸管道的健康監(jiān)測受到了高度的關(guān)注，水下長輸管道運行的檢測技術(shù)也在不斷發(fā)展。分布式光纖傳感是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，具有長距離連續(xù)監(jiān)測、抗電磁干擾性好、使用壽命長等優(yōu)點，能夠取代傳統(tǒng)的單點式傳感器陣列，用于長輸管道檢測系統(tǒng)中。中國實用新型專利中請02145502.3基于分布式光纖傳感器的油氣管線泄漏智能在線監(jiān)測方法，采用光時域反射技術(shù)進行油氣管線泄漏檢測，通過檢測光纖中產(chǎn)生的瑞利散射和菲涅爾反射信號來判斷光纖的故障點，此種采用后向散射技術(shù)得到的檢測信號能量一般都較弱，而且需要足夠長時間的光信號才能獲得較高的信噪比，在對水下長距離管線檢測時，由于水體對于聲、光等信號的吸收性強，使得光纖信號會發(fā)生極大地損耗，從Ku無法得到有效的檢測信號，因此，此種方法不適用于對水下長輸管道的實時監(jiān)測。中國實用新型專利中請200610072879.6基于分布式光纖聲學傳感技術(shù)進行管道泄漏檢測，采用改進型直線 式Sagnac干涉儀作為感測光纖架構(gòu)，利用管道泄漏時對感測光纖產(chǎn)生的應力應變，使光纖中的光波被調(diào)制，從而引起輸出干涉光的相位發(fā)生改變，進而判斷有無泄漏發(fā)生并定位。此種檢測方法僅通過泄漏場對光纖信號進行調(diào)制，而無外加調(diào)制信號，使得在水下長輸管道鋪設環(huán)境復雜，外界噪聲干擾多的情況下，不便于信號處理時從噪聲影響嚴重的信號中提取有效的檢測信號，屏蔽外界干擾，從} fu導致后級信號處理過程復雜，影響系統(tǒng)的定位精度。綜上所述，為了避免上述情形，一種新的，靈活、實用的檢測系統(tǒng)的發(fā)明是勢在必行的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是:為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的技術(shù)方案為:本實用新型的目的在于克服了以上所述的缺陷，提供了一種基于相位生成載波解調(diào)的光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置，本實用新型的基于Mach-Zehnde:和Sagnac混合干涉型分布式光纖感測架構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，便于在水下復雜情況下的長輸管道上進行布放，采用相位生成載波進行信號解調(diào)，通過在有效信號頻帶外加入大幅度的高頻相位調(diào)制信號，使被測信號位于調(diào)制信號的邊帶，把外界的噪聲干擾轉(zhuǎn)化為對調(diào)制信號的影響，從}fu提高裝置的信噪比，目‘裝置的檢測靈敏度高、光信號損耗小、定位精度高、能夠?qū)崿F(xiàn)水下管道的長距離實時監(jiān)測。為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案，一種光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置，它包括:光纖感測系統(tǒng)、信號解調(diào)系統(tǒng)和信號處理與分析系統(tǒng)；其中，所述光纖感測系統(tǒng)包括:低同調(diào)長度高功率光源、光環(huán)形器，第一偶合器、延遲光纖，相位調(diào)制器，第二偶合器，感測光纖和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡；所述信號解調(diào)系統(tǒng)包括:光電探測器，混頻模塊、低通濾波模塊、微分交叉相乘模塊、減法器、積分器和信號發(fā)生器；所述信號處理與分析系統(tǒng)包括由A/D采集，USB傳輸和計算機依次連接。[0011 ] 所述低同調(diào)長度高功率光源通過第一單模光纖與光環(huán)行器的一個端口連接，光環(huán)行器同側(cè)的另一個端口通過第二單模光纖與光電探測器連接，光環(huán)行器異側(cè)的端口通過第二單模光纖與第一偶合器的一個端口連接，第一偶合器異側(cè)的兩個端口分別通過延遲光纖和相位調(diào)制器與第二偶合器一側(cè)的兩個端口連接，第二偶合器異側(cè)的一個端口通過感測光纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接；混頻模塊分別與光電探測器和信號發(fā)生器相連，混頻模塊、低通濾波模塊、微分交叉相乘模塊、減法器和積分器依次相連，積分器與A/D采集相連，A/D采集、USB傳輸和計算機依次相連。所述的光纖感測系統(tǒng)中的低同調(diào)長度高功率光源，第一單模光纖，第二單模光纖、光環(huán)形器，第二單模光纖，第一偶合器、延遲光纖，第二偶合器、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，相位調(diào)制器，信號解調(diào)系統(tǒng)，信號處理與分析系統(tǒng)中的A/D采集，USB傳輸都置于密閉容器中，并布放在水下；所述感測光纖布放在長輸管道的火層中。本實用新型的有益效果是:采用直線型干涉型分布式光纖感測架構(gòu)，整個傳感部分由一根鋪設在管壁火層中的光纖構(gòu)成，可適應水下復雜環(huán)境中長輸管道的檢測。為了降低信號損耗，對光纖感測架構(gòu)進行優(yōu)化，減小光波信號在光纖傳輸過程中的損耗，將整個信號感測、解調(diào)、在水下模塊內(nèi)完成，減小檢測信號在處理過程中的傳輸損耗。
利用相位生成載波解調(diào)檢測信號，通過信號發(fā)生器，在有效信號頻帶外加入大幅度的高頻相位調(diào)制信號，把外界的噪聲干擾轉(zhuǎn)化為對調(diào)制信號的影響，從而改善了裝置的信噪比，提高了裝置的定位精度，使裝置能夠滿足水下長輸管道小泄漏的實時、精確測量。

:通過以下對本實用新型的實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進一步理解其實用新型的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。其中，附圖為:圖1本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2本實用新型光路徑一示意圖；圖3本實用新型光路徑二示意圖；光纖感測系統(tǒng)1、信號解調(diào)系統(tǒng)2、信號處理與分析系統(tǒng)3、低同調(diào)長度高功率光源4，第一單模光纖5，第二單模光纖6、光環(huán)行器7，第二單模光纖8，第一偶合器9、延遲光纖10，相位調(diào)制器11，第二偶合器12，感測光纖13、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14、光電探測器15，混頻模塊16、低通濾波模塊17、微分交叉相乘模塊18、減法器19、積分器20、信號發(fā)生器21，A/D采集22，USB傳輸23、計算機24。
具體實施方式
:[0020]
以下結(jié)合附圖中的實例對本實用新型作進一步的描述。如圖1所示，本實用新型基于相位生成載波解調(diào)的光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置，包括:光纖感測系統(tǒng)1、信號解調(diào)系統(tǒng)2、信號處理與分析系統(tǒng)3;其中，光纖感測系統(tǒng)I包括低同調(diào)長度高功率光源4、光環(huán)形器7，第一偶合器9、延遲光纖10，相位調(diào)制器11，第二偶合器12，感測光纖13和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14;信號解調(diào)系統(tǒng)2包括:光電探測器15，混頻模塊16，低通濾波模塊17、微分交叉相乘模塊18、減法器19、積分器20和信號發(fā)生器21;信號處理與分析系統(tǒng)3主要由A/D采集22，USB傳輸23和計算機24依次連接組成；低同調(diào)長度高功率光源4通過第一單模光纖5與光環(huán)行器7的端口 portl連接，光環(huán)行器7的端口 port2通過第二單模光纖8與第一偶合器9的端口 port4連接,第一偶合器9的端口ports通過延遲光纖10與第二偶合器12的端口 port8連接,第二偶合器12的端口 port 通過感測光纖13與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14連接，第一偶合器9的端口 port6通過相位調(diào)制器11與第二偶合器12的端口 port9連接，感測光纖13布放在長輸管道P管壁的火層中，光環(huán)行器7的端口 port3通過第二單模光纖6與光電探測器15連接，混頻模塊16分別與光電探測器15和信號發(fā)生器21相連，混頻模塊16、低通濾波模塊17、微分交叉相乘模塊18、減法器19、積分器20依次串聯(lián)，A/D采集22與積分器20相連。光纖感測系統(tǒng)I中第一偶合器9，第二偶合器12均為1X2偶合器(分光比為50:50) ο光纖感測系統(tǒng)I中的低同調(diào)長度高功率光源4，第一單模光纖5，第二單模光纖6，光環(huán)形器7，第二單模光纖8，第一偶合器9、延遲光纖10，第二偶合器12、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14，相位調(diào)制器11，信號解調(diào)系統(tǒng)2，信號處理與分析系統(tǒng)3中的A/D采集22，USB傳輸23都置于密閉容器25中，并布放在水下，所以密閉容器25應耐腐蝕和抗電磁干擾。光纖感測系統(tǒng)I的感測光纖13布放在管壁火層中，此火層材料應能保護光纖不被損壞。感測光纖13布放在長輸管道P的火層中，長輸管道P的最內(nèi)層為耐壓鋼管，耐壓鋼管內(nèi)表面涂有防腐涂料，耐壓鋼管外為一層由絕緣材料構(gòu)成的絕緣層，絕緣層外為由聚乙烯材料構(gòu)成的套管，聚乙烯套管外為混凝土層，在混凝土層中置入貫穿長輸管道P始末的堅韌微管形成一個火層，感測光纖13置于該火層中，該火層具有防腐蝕，抗電磁干擾，保護光纖不受損害的功能。 本實用新型的工作原理:光纖感測系統(tǒng)I采用直線型Sagnac干涉型分布式光纖感測架構(gòu)，整個傳感部分由一根鋪設在管壁火層中的光纖構(gòu)成，可適應水下復雜環(huán)境中長輸管道的檢測，檢測時由低同調(diào)長度高功率光源4發(fā)出的光通過第一單模光纖5進入光環(huán)行器7，從光環(huán)行器7的端口 port2射出后通過第二單模光纖8進入第一偶合器9，第一偶合器9輸出的光功率按50:50分成兩路(形成兩個光路徑)，其中，具體參見圖2，路徑一光從第一偶合器9的端口 ports輸出，經(jīng)過延遲光纖10從第二偶合器12的端口 port8輸入，然后從第二偶合器12的端口 port 輸出，經(jīng)過感測光纖13進入法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14，被法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14反射后的光再通過感測光纖13進入第二偶合器12的端口 port ，然后從第二偶合器12的端口 port9輸出的光經(jīng)過相位調(diào)制器H調(diào)制后進入第一偶合器9的端口port6部分光從第二偶合器12的端口 ports輸出，經(jīng)過延遲光纖10后進入第一偶合器9的端口 ports，此束光與路徑一、二的光不滿足零光程差條件，所以沒有干涉現(xiàn)象，因此不作考慮)，與路徑二的光在第一偶合器9中發(fā)生干涉后，通過第二單模光纖8進入光環(huán)行器7，從光環(huán)行器7的端口 port3輸出的光經(jīng)第二單模光纖6進入光電探測器150[0025]具體參見圖3，路徑二的光從第一偶合器9的端口 port6輸出，經(jīng)過相位調(diào)制器H調(diào)制后進入第二偶合器12的端口 port9，然后從第二偶合器12的端口 port 輸出，通過感測光纖13進入法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14，被法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14反射后的光再通過感測光纖13進入第二偶合器12的端口 port ，然后從第二偶合器12的端口 ports輸出，經(jīng)過延遲光纖10進入第一偶合器9的端口 ports (部分光從第二偶合器12的端口 port9輸出，經(jīng)過相位調(diào)制器H后進入第一偶合器9的端口 port6，此束光與路徑一、二的光不滿足零光程差條件，所以沒有干涉現(xiàn)象，因此不作考慮)，與路徑一的光在第一偶合器9中發(fā)生干涉，干涉信號通過第二單模光纖8進入光環(huán)行器7,從光環(huán)行器7的端口 port3輸出的光經(jīng)第二單模光纖6進入光電探測器15，光電探測器15將感測光信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后將信號輸入混頻模塊16，將感測電信號分別乘上一倍頻信號和二倍頻信號，形成兩個信號，混頻后的兩個信號通過低通濾波模塊17分別進行濾波，濾除信號中的高頻分量(包括部分外界環(huán)境噪聲干擾)，然后利用微分交叉相乘模塊18對兩個濾波后的信號先分別微分，然后交叉相乘，經(jīng)過減法器19對兩信號進行減法運算，然后對經(jīng)過減法運算的信號通過積分器20進行積分，接著將積分后的信號利用A/D采集22進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過USB傳輸23至計算機24對該信號進行快速傅里葉變換，即可通過變換后的信號頻譜的零點頻率實現(xiàn)對泄漏點的檢測與定位。該裝置的管道泄漏檢測與解調(diào)原理是:當管道沿線某處發(fā)生泄漏時，泄漏流體與泄漏孔壁的摩擦會在管壁上產(chǎn)生應力波，此應力波會對鋪設在管壁特殊火層中的感測光纖產(chǎn)生擾動，通過感測光纖13的應力應變效應對光纖中傳輸?shù)墓庑盘栂辔贿M行調(diào)制，延遲線圈10的存在使沿兩個光路徑傳輸?shù)墓獠ㄍㄟ^泄漏點S的時間不同，泄漏場對兩條光路徑的光波的相位調(diào)制也不同，兩束光產(chǎn)生相位差滿足零光程差條件，所以在偶合時發(fā)生干涉。(沒有泄漏時，沿兩條光路徑傳輸?shù)墓鉀]有相位差，不發(fā)生干涉)通過信號解調(diào)系統(tǒng)2，利用相位生成載波解調(diào)電路對感測光信號解調(diào)，通過信號發(fā)生器21，在有效信號頻帶外加入大幅度的高頻相位調(diào)制信號， 把外界的噪聲對感測信號的干擾轉(zhuǎn)化為對調(diào)制信號的影響，改善了裝置的信噪比，再通過A/D采集22將解調(diào)后的信號通過USB傳輸23輸入到計算機24，從而使監(jiān)控中心能夠?qū)崟r獲取管道檢測信息。本技術(shù)領域中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型的目的，而并非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置，其特征在于，它包括:光纖感測系統(tǒng)、信號解調(diào)系統(tǒng)和信號處理與分析系統(tǒng)；其中，所述光纖感測系統(tǒng)包括:低同調(diào)長度高功率光源、光環(huán)形器，第一偶合器、延遲光纖，相位調(diào)制器，第二偶合器，感測光纖和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡；所述信號解調(diào)系統(tǒng)包括:光電探測器，混頻模塊、低通濾波模塊、微分交叉相乘模塊、減法器、積分器和信號發(fā)生器；所述信號處理與分析系統(tǒng)包括由A/D采集，USB傳輸和計算機依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于:所述低同調(diào)長度高功率光源通過第一單模光纖與光環(huán)行器的一個端口連接，光環(huán)行器同側(cè)的另一個端口通過第二單模光纖與光電探測器連接，光環(huán)行器異側(cè)的端口通過第二單模光纖與第一偶合器的一個端口連接，第一偶合器異側(cè)的兩個端口分別通過延遲光纖和相位調(diào)制器與第二偶合器一側(cè)的兩個端口連接，第二偶合器異側(cè)的一個端口通過感測光纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接；混頻模塊分別與光電探測器和信號發(fā)生器相連，混頻模塊、低通濾波模塊、微分交叉相乘模塊、減法器和積分器依次相連，積分器與A/D采集相連，A/D采集、USB傳輸和計算機依次相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于:所述的光纖感測系統(tǒng)中的低同調(diào)長度高功率光源，第一單模光纖，第二單模光纖、光環(huán)形器，第二單模光纖，第一偶合器、延遲光纖，第二偶合器、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，相位調(diào)制器，信號解調(diào)系統(tǒng)，信號處理與分析系統(tǒng)中的A/D米集，USB傳輸都置于密閉容器中，并布放在水下；所述感測光纖布放在長輸管道的火層中 。
專利摘要本實用新型公開了一種光纖水下長輸管道泄漏檢測裝置，其包括:光纖感測系統(tǒng)、信號解調(diào)系統(tǒng)和信號處理與分析系統(tǒng)；所述光纖感測系統(tǒng)包括:低同調(diào)長度高功率光源、光環(huán)形器，第一偶合器、延遲光纖，相位調(diào)制器，第二偶合器，感測光纖和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡；所述信號解調(diào)系統(tǒng)包括:光電探測器，混頻模塊、低通濾波模塊、微分交叉相乘模塊、減法器、積分器和信號發(fā)生器；所述信號處理與分析系統(tǒng)包括由A/D采集，USB傳輸和計算機依次連接；本實用新型采用直線型干涉型分布式光纖感測架構(gòu)，整個傳感部分由一根鋪設在管壁火層中的光纖構(gòu)成，可適應水下復雜環(huán)境中長輸管道的檢測。
文檔編號F17D5/06GK203115505SQ20132002177
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者阮秀仕, 徐天宇, 趙芳, 陳琦 申請人:上海健馳物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司