專利名稱：基于雙Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種基于雙Mgnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測的裝置，屬于管道泄漏監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管道是現(xiàn)行的五大運輸工具之一，在運送液體、氣體、漿液等方面具有成本低，節(jié)省能源，安全性高及供給穩(wěn)定的優(yōu)勢，在石油、化工、天然氣及城市供水等行業(yè)中有著不可替代的作用。隨著管道運輸業(yè)的不斷發(fā)展，為了維護(hù)管道的安全運行，管道運行監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展。現(xiàn)有長距離管道泄漏檢測技術(shù)主要有負(fù)壓波法、模型法等，存在靈敏度低、響應(yīng)慢、定位精度差等缺點，在實際應(yīng)用中難以滿足快速、準(zhǔn)確的檢測管道泄漏的要求。近年來， 隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，長距離分布式光纖傳感技術(shù)也開始應(yīng)用于管道泄漏檢測，由于光纖傳感器的靈敏度高、動態(tài)范圍大、響應(yīng)快、傳輸距離長，可滿足長距離、小泄漏管道檢測要求。中國發(fā)明專利申請?zhí)?2145502. 3采用光時域反射技術(shù)進(jìn)行油氣管線泄漏檢測，它是通過檢測光纖中產(chǎn)生的瑞利散射和菲涅爾反射信號來判斷光纖的故障點，主要應(yīng)用于光纜的故障、光纖長度、光纖的損耗以及光纖接頭損耗等檢測。中國發(fā)明專利申請?zhí)?00410020046. 6采用干涉型分布式光纖微振動傳感器進(jìn)行管道泄漏檢測，此傳感器是由管道附近沿管道并排鋪設(shè)的單模光纜及相應(yīng)的光學(xué)元件構(gòu)成，當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，產(chǎn)生的泄漏噪聲使光纜中傳輸?shù)墓庀辔槐徽{(diào)制，引起干涉光的輸出發(fā)生變化，進(jìn)而判斷有無泄漏的發(fā)生。由于這種傳感技術(shù)需要光纜中至少有三根單模光纖才能構(gòu)成傳感器，但在一些已經(jīng)敷設(shè)好的管線中，沿途敷設(shè)的通信光纜只預(yù)留了一根光纖， 不能形成干涉儀，因此無法利用該類檢測技術(shù)對這些管線進(jìn)行檢測。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服了以上所述缺陷，提出了一種基于雙Mgnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置，該裝置的優(yōu)點是僅用傳感光纜中的一條光纖形成兩個Mgnac 干涉儀，將傳感光纜沿管道敷設(shè)，實現(xiàn)沿管道的泄漏監(jiān)測，且此裝置的檢測靈敏度高、漏報率低、能實現(xiàn)管道長距離小泄漏檢測與定位。為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的如下技術(shù)方案。本裝置主要包括有第一光路系統(tǒng)1、第二光路系統(tǒng)2、分布式光纖傳感系統(tǒng)3、檢測系統(tǒng)4，第一光路系統(tǒng)1又包括有第一寬帶連續(xù)光源Al、第一單模光纖D1、第一耦合器A2、第一消偏器A3、第二消偏器A5，第一延遲線圈A4、第二耦合器A6 ；第二光路系統(tǒng)2包括有第二寬帶連續(xù)光源Bi，第二單模光纖 D2、第三耦合器B2，第三消偏器B3、第四消偏器B5、第二延遲線圈B4、第四耦合器B6 ；分布式光纖傳感系統(tǒng)3包括有第一波分復(fù)用器Cl、第一傳感光纜C2、第二波分復(fù)用器C4、第一反射鏡A7、第二傳感光纜C5、第二反射鏡B7 ；檢測系統(tǒng)4包括有第一光電轉(zhuǎn)換器A10、第二光電轉(zhuǎn)換器All、第一信號解調(diào)器A12、第二信號解調(diào)器B12、第三光電轉(zhuǎn)換器B10、第四光電轉(zhuǎn)換器Bll、A/D采集卡C6、計算機C7。其中第一光路系統(tǒng)1的寬帶連續(xù)光源Al通過第一單模光纖Dl與第一耦合器A2連接，第一耦合器A2的兩個輸出端E3、E4分別與第一消偏器A3 和第二消偏器A5連接，第一消偏器A3與第一延遲線圈A4連接，第一延遲線圈A4和第二消偏器A5分別與第二耦合器A6的兩個輸入端Fl、F2連接，第二耦合器A6的輸出端F3與第一波分復(fù)用器Cl的一個輸入端口 Hl連接；第二光路系統(tǒng)2的寬帶連續(xù)光源Bl通過第二單模光纖D2與第三耦合器B2連接，第三耦合器B2的兩個輸出端M3、M4分別與第三消偏器B3 和第四消偏器B5連接，第三消偏器B3與第二延遲線圈B4連接，第二延遲線圈B4和第四消偏器B5分別與第四耦合器B6的兩個輸入端Ni、N2連接，第四耦合器B6的輸出端N3與第一波分復(fù)用器Cl的另一個輸入端口 H2連接；第一波分復(fù)用器Cl通過第一傳感光纜C2與第二波分復(fù)用器C4連接，第二波分復(fù)用器C4的一個輸出端與第一反射鏡A7連接，第二波分復(fù)用器C4的另一個輸出端通過第二傳感光纜C5與第二反射鏡B7連接；第一耦合器A2 的兩個端口 El、E2分別通過第一傳輸光纜A8和第二傳輸光纜A9與第一光電轉(zhuǎn)換器A10、第二光電轉(zhuǎn)換器Al 1連接，第一光電轉(zhuǎn)換器AlO、第二光電轉(zhuǎn)換器Al 1又通過第一信號解調(diào)器 A12與A/D采集卡C6連接；第三耦合器B2的兩個端口 Ml、M2分別通過第三傳輸光纜B8和第四傳輸光纜B9與第三光電轉(zhuǎn)換器B10、第四光電轉(zhuǎn)換器Bll連接，第三光電轉(zhuǎn)換器B10、 第四光電轉(zhuǎn)換器Bll又通過第二信號解調(diào)器B12與A/D采集卡C6連接；A/D采集卡C6與計算機C7連接。 本實用新型的工作原理由寬帶光源Al、Bl發(fā)出的光在本裝置的傳播過程，具體參見附圖
，由第一寬帶連續(xù)光源Al發(fā)出的光經(jīng)第一單模光纖Dl進(jìn)入第一耦合器A2，第一耦合器A2輸出的光按功率1 1 1分成三束(中間的一束光經(jīng)尾纖泄漏到空氣中，不予考慮)，其中一束光經(jīng)第一消偏器A3、第一延遲線圈A4和第二耦合器A6傳輸進(jìn)入第一波分復(fù)用器Cl，從第一波分復(fù)用器Cl傳輸出的光進(jìn)入第一傳感光纜C2，經(jīng)第一傳感光纜C2傳輸后進(jìn)入第二波分復(fù)用器C4，第二波分復(fù)用器C4根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光傳輸?shù)降谝环瓷溏RA7，經(jīng)第一反射鏡A7反射后，傳輸光又反向傳輸?shù)降诙ǚ謴?fù)用器C4，然后沿第一傳感光纜C2反向傳輸?shù)降谝徊ǚ謴?fù)用器Cl，同樣第一波分復(fù)用器Cl根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光反向傳輸?shù)降诙詈掀鰽6，第二耦合器A6輸出的光按功率1 1分成兩束，其中只有傳輸?shù)降诙鰽5的光符合干涉條件(其它光不予考慮)，然后經(jīng)第二消偏器A5傳輸?shù)降谝获詈掀鰽2。另一束光經(jīng)第二消偏器A5、第二耦合器A6傳輸進(jìn)入第一波分復(fù)用器Cl， 從第一波分復(fù)用器Cl傳輸出的光進(jìn)入第一傳感光纜C2，經(jīng)第一傳感光纜C2傳輸后進(jìn)入第二波分復(fù)用器C4，第二波分復(fù)用器C4根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光傳輸?shù)降谝环瓷溏RA7， 經(jīng)第一反射鏡A7反射后，傳輸光又反向傳輸?shù)降诙ǚ謴?fù)用器C4，然后沿第一傳感光纜C2 反向傳播到第一波分復(fù)用器Cl，同樣第一波分復(fù)用器Cl根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光反向傳輸?shù)降诙詈掀鰽6，第二耦合器A6輸出的光按功率1 1分成兩束，其中只有傳輸?shù)降谝谎舆t線圈A4的光符合干涉條件(其它光不予考慮)，然后經(jīng)第一延遲線圈A4、第一消偏器A3傳輸?shù)降谝获詈掀鰽2，并與上述從第一反射鏡反射回到第一耦合器A2的第一束光在第一耦合器A2處匯合干涉，干涉光又被第一耦合器A2分為功率相等的三束(其中一束光進(jìn)入第一寬帶連續(xù)光源Al，被光源中的光隔離器隔離)，一束光經(jīng)第一傳輸光纜A8進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換器AlO，第一光電轉(zhuǎn)換器AlO將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進(jìn)入第一信號解調(diào)器 A12 ；另一束光經(jīng)第二傳輸光纜A9進(jìn)入第二光電轉(zhuǎn)換器Al 1，第二光電轉(zhuǎn)換器Al 1將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進(jìn)入第一信號解調(diào)器A12。由第二寬帶連續(xù)光源Bl發(fā)出的光經(jīng)第二單模光纖D2進(jìn)入第三耦合器B2，第三耦合器B2輸出的光按功率1 1 1分成三束(中間的一束光經(jīng)尾纖泄漏到空氣中，不予考慮)，其中一束光經(jīng)第三消偏器B3、第二延遲線圈B4和第四耦合器B6傳輸進(jìn)入第一波分復(fù)用器Cl，從第一波分復(fù)用器Cl傳輸出的光進(jìn)入第一傳感光纜C2，經(jīng)第一傳感光纜C2傳輸后進(jìn)入第二波分復(fù)用器C4，第二波分復(fù)用器C4根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光經(jīng)第二傳感光纜C5傳輸?shù)降诙瓷溏RB7，經(jīng)第二反射鏡B7反射后，傳輸光又經(jīng)第二傳感光纜C5反向傳輸?shù)降诙ǚ謴?fù)用器C4，然后沿第一傳感光纜C2反向傳輸?shù)降谝徊ǚ謴?fù)用器Cl，同樣第一波分復(fù)用器Cl根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光反向傳輸?shù)降谒鸟詈掀鰾6，第四耦合器B6輸出的光按功率1 1分成兩束，其中只有傳輸?shù)降谒南鰾5的光符合干涉條件(其它光不予考慮)，然后經(jīng)第四消偏器B5傳輸?shù)降谌詈掀鰾2。另一束光經(jīng)第四消偏器B5、第四耦合器B6傳輸進(jìn)入第一波分復(fù)用器Cl，從第一波分復(fù)用器Cl傳輸出的光經(jīng)第一傳感光纜C2 傳輸后進(jìn)入第二波分復(fù)用器C4，第二波分復(fù)用器C4根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光經(jīng)第二傳感光纜C5傳輸?shù)降诙瓷溏RB7，經(jīng)第二反射鏡B7反射后，傳輸光又經(jīng)第二傳感光纜C5反向傳輸?shù)降诙ǚ謴?fù)用器C4，然后沿第一傳感光纜C2反向傳輸?shù)降谝徊ǚ謴?fù)用器Cl，同樣第一波分復(fù)用器Cl根據(jù)傳輸光的波長，將傳輸光反向傳輸?shù)降谒鸟詈掀鰾6，第四耦合器B6 輸出的光按功率1 1分成兩束，其中只有傳輸?shù)降诙舆t線圈B4的光符合干涉條件(其它光不予考慮)，然后經(jīng)第二延遲線圈B4、第三消偏器B3傳輸?shù)降谌詈掀鰾2并與上述從第二反射鏡B7反射回到第三耦合器B2的第一束光在第三耦合器B2處匯合干涉，干涉光又被第三耦合器B2分為功率相等的三束(其中一束光進(jìn)入第二寬帶連續(xù)光源Bi，被光源中的光隔離器隔離)，一束光經(jīng)第三傳輸光纜B8進(jìn)入第三光電轉(zhuǎn)換器B10，第三光電轉(zhuǎn)換器BlO 將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進(jìn)入第二信號解調(diào)器B12 ；另一束光經(jīng)第四傳輸光纜B9進(jìn)入第四光電轉(zhuǎn)換器Bl 1，第四光電轉(zhuǎn)換器Bll將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進(jìn)入第二信號解調(diào)器 B12。第一信號解調(diào)器A12和第二信號解調(diào)器B12解調(diào)出的信號經(jīng)A/D采集卡C6進(jìn)入計算機C7，通過對兩個信號解調(diào)器A12、B12輸出的信號進(jìn)行采集、分析處理可以實現(xiàn)泄漏報警和定位。該系統(tǒng)的管道泄漏監(jiān)測原理是當(dāng)管道某處有泄漏發(fā)生時，泄漏流體與泄漏孔壁產(chǎn)生摩擦，在管壁上激發(fā)出應(yīng)力波(即泄漏聲發(fā)射信號)，此應(yīng)力波作用到傳感光纜上并對傳感光纜中傳輸?shù)墓庀辔贿M(jìn)行調(diào)制，由于第一光路系統(tǒng)1和第二光路系統(tǒng)2形成的干涉儀中均存在延遲線圈，使每個干涉儀中傳輸?shù)膬墒缮婀饨?jīng)過泄漏點D的時間不同，泄漏聲發(fā)射信號對兩束光的相位調(diào)制也不同，兩束光間產(chǎn)生相位差，因此兩束光發(fā)生干涉(無泄漏發(fā)生時，干涉儀中傳輸?shù)膬墒缮婀獾南辔徊钜恢?，不產(chǎn)生干涉)。因此通過實時檢測干涉光信號的變化，可實現(xiàn)管道泄漏監(jiān)測?；谕瑯釉?，當(dāng)管道周圍有施工、人為或自然因素等可能引起管道破壞的事件發(fā)生時，傳感光纜受到擾動，傳感光纜中傳輸?shù)墓庀辔槐徽{(diào)制，因此該系統(tǒng)也可實現(xiàn)對管道周圍可能引起管道發(fā)生損壞的事件進(jìn)行監(jiān)測。 第一光路系統(tǒng)1和第二光路系統(tǒng)2分別與分布式光纖傳感系統(tǒng)3連接形成兩個干涉儀。當(dāng)管道有泄漏時，泄漏聲發(fā)射信號可由式①表示 A(J)Sincot ①[0013]Δ φ為泄漏信號的幅值，ω為泄漏信號的頻率；由第一光路系統(tǒng)1形成的Mgnac干涉儀，在管道發(fā)生泄漏后，解調(diào)出的泄漏信號經(jīng)歸一化處理后，頻譜表達(dá)式為②
權(quán)利要求1.基于雙Mgnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置，該裝置主要包括有第一光路系統(tǒng)(1)、第二光路系統(tǒng)(2)、分布式光纖傳感系統(tǒng)(3)、檢測系統(tǒng)(4)。其特征在于該裝置的第一光路系統(tǒng)(1)主要包括有第一寬帶連續(xù)光源(Al)、第一單模光纖(Dl)、第一耦合器(A2)、 第一消偏器(Α； )、第二消偏器(AO，第一延遲線圈(A4)、第二耦合器(A6)；第二光路系統(tǒng)(2)主要包括有第二寬帶連續(xù)光源(Bi)、第二單模光纖(D2)、第三耦合器(B2)、第三消偏器 (B3)、第四消偏器(B5)，第二延遲線圈(B4)、第四耦合器(B6)；分布式光纖傳感系統(tǒng)(3)包括有第一波分復(fù)用器(Cl)、第一傳感光纜(以)、第二波分復(fù)用器(C4)、第一反射鏡(A7)、第二傳感光纜(C5)、第二反射鏡(B7)；檢測系統(tǒng)(4)包括有第一光電轉(zhuǎn)換器(AlO)、第二光電轉(zhuǎn)換器(All)、第一信號解調(diào)器(A12)、第二信號解調(diào)器￠1 、第三光電轉(zhuǎn)換器(BlO)、第四光電轉(zhuǎn)換器(Bll)、A/D采集卡(C6)、計算機(C7)。其中第一光路系統(tǒng)(1)的寬帶連續(xù)光源(Α )通過第一單模光纖(Di)與第一耦合器m連接，第二耦合器m的兩個輸出端 (E3)、(E4)分別與第一消偏器(A3)和第二消偏器(A5)連接，第一消偏器(A3)與第一延遲線圈(A4)連接，第一延遲線圈(A4)和第二消偏器(AO分別與第二耦合器(A6)的兩個輸入端(Fl)、(^)連接，第二耦合器(A6)的輸出端(F!3)與第一波分復(fù)用器(Cl)的一個輸入端口(Hl)連接；第二光路系統(tǒng)( 的寬帶連續(xù)光源(Bi)通過第二單模光纖(擬)與第三耦合器(B2)連接，第三耦合器(B2)的兩個輸出端(M3)、(M4)分別與第三消偏器(B3)和第四消偏器(BO連接，第三消偏器(Β； )與第二延遲線圈(B4)連接，第二延遲線圈(B4)和第四消偏器(B5)分別與第四耦合器(B6)的兩個輸入端(N1)、(N2)連接，第四耦合器(B6)的輸出端(N； )與第一波分復(fù)用器(Cl)的另一個輸入端口 0 )連接；第一波分復(fù)用器(Cl)通過第一傳感光纜(以)與第二波分復(fù)用器(C4)連接，第二波分復(fù)用器(C4)的一個輸出端與第一反射鏡(A7)連接，第二波分復(fù)用器(C4)的另一個輸出端通過第二傳感光纜(( )與第二反射鏡(B7)連接；第一耦合器m的兩個端口(El)、(E》分別通過第一傳輸光纜(A8) 和第二傳輸光纜(A9)與第一光電轉(zhuǎn)換器(AlO)、第二光電轉(zhuǎn)換器(All)連接，第一光電轉(zhuǎn)換器(AlO)、第二光電轉(zhuǎn)換器(All)又通過第一信號解調(diào)器(Al》與A/D采集卡(C6)連接；第三耦合器(B》的兩個端口(Ml)、(M2)分別通過第三傳輸光纜(B8)和第四傳輸光纜(B9) 與第三光電轉(zhuǎn)換器(BlO)、第四光電轉(zhuǎn)換器(Bll)連接，第三光電轉(zhuǎn)換器(BlO)、第四光電轉(zhuǎn)換器(Bll)又通過第二信號解調(diào)器￠1 與A/D采集卡(C6)連接；A/D采集卡(C6)與計算機(C7)連接。
專利摘要本實用新型是一種基于雙Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置，屬于管道泄漏監(jiān)測領(lǐng)域。該裝置包括有第一光路系統(tǒng)(1)、第二光路系統(tǒng)(2)、分布式光纖傳感系統(tǒng)(3)和檢測系統(tǒng)(4)；其中，第一光路系統(tǒng)1與分布式光纖傳感系統(tǒng)3中的第一波分復(fù)用器(C1)、第一傳感光纜(C2)、第二波分復(fù)用器(C4)、第一反射鏡(A7)形成一個干涉儀，第二光路系統(tǒng)2與分布式光纖傳感系統(tǒng)3的第一波分復(fù)用器(C1)、第一傳感光纜(C2)、第二波分復(fù)用器(C4)、第二傳感光纜(C5)、第二反射鏡(B7)形成另一個干涉儀，這兩個干涉儀的輸出信號進(jìn)入檢測系統(tǒng)4進(jìn)行處理，確定泄漏點。本系統(tǒng)可實時檢測管道沿線泄漏情況，運行可靠。
文檔編號G01M3/38GK202100946SQ20112020905
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者張立偉, 杭利軍, 臧曉微, 隋寧菠 申請人:北京一輕研究院