[发明专利]双Sagnac管道安全监测系统

说明书

技术领域

本发明设计一种基于双Sagnac光纤干涉仪传感器系统，属于光学传感器技术领域，其作用是把因外界扰动产生的声信号通过对光纤中传播的光信号进行调制，然后对被调制的光信号进行处理和分析，从而对所监测范围内管道沿线有无偷盗油或有无人为等破坏性扰动行为进行监测，对扰动发生地点进行定位。该传感器系统可以用于输油气管道的长距离安全监测，实现有效的预警监控。

背景技术

当前，对于管道沿线是否发生偷盗油或其它人为因素等威胁安全生产运行的行为事件、行为发生地点的确定，多为人工巡查、质量平衡法、应力波法、声波法等传统方法，但这些方法效率低，误判和盲点多，不能及时对带来管道破坏的行为进行监控，因此给管道安全运行监测带来了很多不便。北京工业大学的何存富、杭利军等发明了一种用于实时管道泄漏检测的分布式光纤传感器系统，使用方便且可实时在线监测，但该系统能量损耗较大，且对管道泄漏前威胁管道安全运行的行为还缺乏有效的预警监控，可监测信号幅值低、频率高，限制了其监测实效、空间范围和精度。

发明内容

本发明的目的在于解决了管道安全监测中外界实施的扰动所产生的振动信号无法准确、即时测量的缺点，以及扰动信号发生位置的在线实时定位，提出了一种用于实时管道安全监测的分布式光纤传感器系统。本发明中的监测系统提高了被监测信号的幅度及信噪比，提高了定位精度，可实现预警监控。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

双Sagnac管道安全监测系统包括光源1、第一耦合器21、第二耦合器22、第三耦合器23、第四耦合器24、第五耦合器25、第六耦合器26、起偏器3、第一延迟光纤41、第二延迟光纤42、第一压电陶瓷相位调制器51、第二压电陶瓷相位调制器52、第一保偏器61、第二保偏器62、传感光纤7以及信号采集装置8；光源1发出的激光依次通过第一耦合器21和起偏器3，再通过第二耦合器22分为两路光，形成两个光回路结构；一路光回路为：光在回路中依次经过第一保偏器61，第三耦合器23、第一延迟光纤41、第四耦合器24、传感光纤7、第五耦合器25、第二压电陶瓷相位调制器52、第六耦合器26、第二保偏器62，另一路光回路为：光在回路中依次经过第二保偏器62、第六耦合器26、第二压电陶瓷相位调制器52、第五耦合器25、传感光纤7、第四耦合器24、第一延迟光纤41、第三耦合器23及第一保偏器61，形成正反两个方向的传播回路，最终两路光均传输入第二耦合器22并在第二耦合器22中形成干涉光，最后由信号采集装置8接收并进行分析处理。

传感光纤部分为单模光纤作为传感器，沿被监测管道铺设，与非传感部分串联形成环状结构。压电陶瓷相位调制器5为柱状压电陶瓷环，外表缠绕N圈的光纤，N为大于20的整数，光纤需用强力胶固定，使光纤与压电陶瓷环紧密成为一体。

第一压电陶瓷相位调制器51和第二压电陶瓷相位调制器52内外表各引有一根导线，导线与函数发生器等标准信号发射装置两级相连，为第一压电陶瓷相位调制器51和第二压电陶瓷相位调制器52提供恒定的电压和调制频率；第一压电陶瓷相位调制器51和第二压电陶瓷相位调制器52所缠绕的光纤圈数越多，所需外加电压幅值越低。

本发明采用了以上的技术方案，使监测系统所接收到的扰动信号幅度有较大的提高，信号的信噪比得到比较明显的改善，进而增加了管道安全监测系统的实时监控和有效监测范围，并提高了监测精度。

附图说明

图1本发明系统整体示意图；

图2第一压电陶瓷相位调制器51和第二压电陶瓷相位调制器52示意图；

图3调制频率84kHz，扰动频率为500Hz的信号频谱图；

图4调制频率93kHz，扰动频率为500Hz的信号频谱图；

图5调制频率84kHz，扰动频率为1000Hz的信号频谱图；

图6调制频率93kHz，扰动频率为1000Hz的信号频谱图；

图7调制频率84kHz，扰动频率为2000Hz的信号频谱图；

图8调制频率93kHz，扰动频率为2000Hz的信号频谱图；

图9扰动位置4009m的定位结果；

图10扰动位置11719m的定位结果；

图中，1、光源，21、第一耦合器，22、第二耦合器，23、第三耦合器，24、第四耦合器，25、第五耦合器，26、第六耦合器，3、起偏器，41、第一延迟光纤，42、第二延迟光纤，51、第一压电陶瓷相位调制器，52、第二压电陶瓷相位调制器，6、保偏器，7、单模光纤。