[发明专利]基于3×3耦合器的光纤干涉仪CO2管道泄漏检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大管径CO₂管道泄漏检测装置，尤其是一种基于3×3耦合器的光纤干涉仪CO₂管道泄漏检测装置。

背景技术

以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，削减温室气体的排放已经成为当今国际社会备受关注的热点，由于技术和成本的制约，化石燃料仍将是未来几十年内能源的主要来源，尤其对于中国这样能源消耗量大、有丰富化石能源资源且具有碳储存条件的国家来说。

2013年3月，科技部发布《“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展专项规划》 ，作为CO₂管道输送工程技术中的核心环节，CO₂管道安全控制与泄漏检测技术被列为关键技术之一。

中国发明专利申请200610113044.0基于Sagnac光纤干涉仪进行管道泄漏检测，采用了两根独立光纤形成的两个Sagnac干涉仪构成传感部分，此架构采用了两个法拉第旋转镜以及九个光耦合器，光路部分传感结构复杂，光衰减快，且成本较高，不利于在长输管道上进行布放。

中国发明专利申请201110302312.4基于混合干涉型分布式光纤的水下长输管道泄漏检测装置，光路部分采用了马赫曾德尔和萨格纳克混合干涉架构，虽然解决了水下环境的问题，但是没有解决大管径管道泄漏检测的问题。

目前的大部分技术都是油气管道泄漏检测的技术，对于CO₂这种特殊气体的管道安全控制与泄漏检测的技术相对较少。

发明内容

本发明目的在于克服了以上所述的缺陷，提供了一种基于3×3耦合器的光纤干涉仪CO₂管道泄漏检测装置，本发明光路部分架构简单，成本低，布放简单，有利于检测大管径CO₂管道的泄漏，光功率损耗小，且在CO₂这种特殊气体泄漏产生温降时，装置仍有很高灵敏度及定位精度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种基于3×3耦合器的光纤干涉仪CO₂管道泄漏检测装置，本装置主要包括信号发射与处理系统、光纤传感系统、信号分析系统，信号发射与处理系统包括光源、第一光电转换器、第二光电转换器、第一解调模块、第二解调模块；光纤传感系统包括第一单模光纤、第一耦合器、第二单模光纤、光环形器、第三单模光纤、第二耦合器、第一传感光纤，第二传感光纤，第四单模光纤，第五单模光纤，其中第二耦合器与第一传感光纤构成萨格纳克环，第一耦合器的I、H端口与第二传感光纤构成萨格纳克环；信号分析系统包括计算机；

所述的信号发射与处理系统的光源通过第一单模光纤与第一耦合器的一个输入端口K连接；第一耦合器的一个输出端口E通过第二单模光纤与光环形器的L端口连接，光环形器的F端口通过第三单模光纤与第二耦合器的输入端口M连接，第二耦合器的输出端口N通过第一传感光纤与第二耦合器输出端口O连接，光环形器的G端口通过第四单模光纤与第一光电转换器的输入端口P连接，第一光电转换器的输出端口Q与第一解调模块的输入端口R连接，第一解调模块的输出端口S与计算机连接；第一耦合器的另一个输出端口H通过第二传感光纤与第一耦合器的输出端口I连接，第一耦合器的输入端口J通过第五单模光纤与第二光电转换器的输入端口T连接，第二光电转换器的输出端口U与第二解调模块的输入端口V连接，第二解调模块的输出端口W与计算机连接。

第二传感光纤与第一传感光纤分别沿管道长度方向的最大截面布置，且第二传感光纤所在平面与第一传感光纤所在平面成垂直交叉。

该装置的优点是：本装置运用了萨格纳克环这种最简单的光学器件，且只运用了两个光耦合器，减小了光信号的衰减，减少了装置的成本，且装置布放方便。传感光纤采用垂直交叉布放方式，有效增加了泄漏检测范围，解决了使用单根光纤很难检测大管径管道以及泄漏口背离光纤方向时信号很弱的问题，不存在漏报警现象，并且通过与计算机连接，实现信息的及时传输，有效及时的发现泄漏现象。对于CO₂这种特殊的气体，在泄漏时会伴有大幅度温降，在绝热瞬时泄漏情况下，温降超过100℃，而光纤工作温度范围很广，其工作温度范围温差可达150℃，对于温降带来的信号衰减较弱，不影响其正常工作，因此本装置可有效检测CO₂气体的泄漏，并且灵敏度高、定位精度高。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置传感光纤布放示意图；

图3为萨格纳克环结构图。