[发明专利]一种天然气管道泄漏光纤监测传感器的复用/解复用方法和系统

权利要求书

1.一种天然气管道泄漏光纤监测传感器的复用/解复用方法，其特征是在管道本体上每隔一定距离安装一个高灵敏度光纤干涉型泄漏光纤传感器，来连续实时监测沿管道本体传播的泄漏振动波信号，根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时延差结合振动波在管道本体上的传播速度实现对泄漏点的定位；采用迈克耳逊或者马赫-曾德结构的光纤干涉仪作为泄漏振动波检测传感器，传感器输出的光强信号经光电转换后可以写成：

V₀∝1+Vcos(φ_s+φ_n+φ₀)+V_n

其中，V₀是输出的电压信号，V是干涉仪的可视度，V_n是电路附加噪声，φ_s为由泄漏振动波引起的激光相差信号，即为要探测的泄漏振动波信号，φ₀为干涉仪的初始相位，是个常量，φ_n为位相差的低频漂移，是一个不确定量，随温度和外界环境影响而变化；

通过与光源调制方式相匹配的解复用技术实现泄漏振动波信号φ_s的获取，并对该信号φ_s到达相应的传感单元的时间延迟进行估计，结合振动波沿管道传播的速度v实现对振动波源即泄漏点位置的确定。

2.根据权利要求1所述的一种天然气管道泄漏光纤监测传感器的复用/解复用方法，其特征是该方法综合频分复用和空分复用的方法，采用对可调激光器进行光频调制的方法产生泄漏探测光，使用迈克耳逊干涉仪作为泄漏传感器，传感器的布设结构是在天然气管道外壁上每隔一定距离安装一个泄漏传感器，多个传感器构成一个传感器组，每个传感器组的光信号使用一根光纤传回系统主机；其中每个传感器都制作成臂差不同的迈克耳逊干涉仪，使每个泄漏传感器所产生的传感光信号频率均不相同，由此利用频分复用原理将每组的多个传感器不同频率的光信号复用在一根光纤中传回系统的接收端；而各传感器组采用空分复用方式接入系统主机；接收到的每个传感器组的光信号使用单独的光电转换通道实现光信号到电信号的转换，转换后的传感信号使用分频方式实现传感器组内各传感器的解复用，并采用相位载波技术解调出管道泄漏的原始声波信号，再经过泄漏信号的识别和定位分析，最终可准确获取管道泄漏点信息；所述分频方式实现各传感器的解复用，是使用不同中心频率的带通滤波器滤波从干涉信号中得到得到相应传感器的载波信号，载波信号的特征是近似单频的余弦信号。

3.一种用于权利要求1所述方法的一种天然气管道泄漏光纤监测传感器的复用/解复用系统，其特征是它包括光路复用结构的光路系统和电路两部分，光路系统包括光源和光路；在管道本体上每隔一定距离安装一个光纤传感器，每个传感器通过分束器与发射光纤连接，发射光纤与激光器连接；多个光纤传感器构成一个光纤传感器组，组内每个传感器通过合束器与一根回传光纤连接，每个传感器组使用一根回传光纤传回光电探测器；光电探测器输出接包括泄漏信号识别和事件定位功能的信号采集与处理模块，信号采集与处理模块输出接微机；

经信号采集与处理模块的处理，基于频分复用方式混合的传感信号实现了传感器组内各传感器信号的解复用和解调，获得原始泄漏振动波信号；再由信号采集与处理模块进行泄漏信号的识别与分析，最终依据泄漏信号的时延估计实现泄漏点的定位。

4.根据权利要求3所述的一种天然气管道泄漏光纤监测传感器的复用/解复用系统，其特征是所述光路系统具体是激光器发出的探测激光输入传输光缆中的发射光纤进入传感单元组后到达第一个光路适配器，由该光路适配器的光分束器分为两束激光：一束经输入光纤进入第一个光纤传感单元，另一束光经发射光纤传到下一个光路适配器，再由下一个光路适配器中的光分束器分为两束激光，一束进入第二个光纤传感单元，另一束再经发射光纤传输到下一个光路适配器，以此类推，直到激光到达最后一个光纤传感单元，到达最后一个传感单元时，无需光分束器，直接进入光纤传感单元；每2-10个相邻的光纤传感器分为一组，组内各光纤传感器的干涉信号通过各自光路适配器内的光合束器接入回传光纤，与后面传过来的光信号合束，通过传输光路中的回传光纤传回到系统光电探测器；

所述光路适配器集合了光分束器和光合束器；发射光纤与回传光纤使用的是同一根传输光缆中的两根不同的光纤；传输光缆将所有光路适配器串联起来；管道上相邻的两个传感单元之间的发射光纤和回传光纤的长度之和均要大于激光器相干长度的1/2。