[发明专利]一种辐射状管网监测方法

说明书

技术领域

本发明属于地下管网安全监测技术，具体涉及一种分布式光纤传感技术应用到地下管网监测。

背景技术

随着我国城市基础建设的迅猛发展，地下管线的规模数量急剧增加，据统计，仅我国天津市地下管线总长度已近5万公里，此长度相当于绕地球一圈还多，整个国家的地下管线长度更是达到了惊人的地步。近年来由于人为破坏或第三方施工导致地下管线安全事故不断发生，给人民生活和国家财产带来严重的不利影响和损失，使得国家安全监管总局频频发文要求加强安全监测预警关键技术，加强地下管线的安全管理。

目前针对地下管网安全监测的有效技术手段尚为数不多，主要有红外线热传感成像技术，超声导波检测系统，基于RFID技术的无线传感监测系统。其中红外线热传感成像技术，超声导波检测系统都只是一种巡线检测手段，不能做到实时监测，且该类设备大多为进口设备，价格非常昂贵；基于RFID技术的无线传感监测系统受地下管线复杂度的影响，如地下管线光种类就分排水、供电、排水、电力、通讯、燃气、输油、热力、有线电视等各种类型，每一种管线的埋深、介质、安装环境都不尽相同，因而RFID无线传感技术只能适用于某些环境下某一类管线的安全监测，其应用受到较大限制。

近年来随着光纤传感技术的发展，其应用已逐步延伸到地下管线的安全监测。现有技术中，专利CN1932369(申请号200610113044.0)，将光纤传感技术应用于长输油气管道的安全监测。由于光纤材料为玻璃，耐腐蚀，抗电磁干扰，适于在易燃易爆、潮湿水下等恶劣环境下应用，易于组网，因而几乎能适于每种环境类型的地下管线监测。然而现有的应用于长途管道的光纤传感监测主机一般均只能监测单向1路管线或者双向2路管线，无法做到同时监测呈辐射状蛛丝形的城市地下管网，局限性很大，应对措施一般为增加主机数量，这无疑使成本大幅上升。

发明内容

本发明提出一种辐射状管网监测系统及方法，解决了现有的应用于长途管道的光纤传感监测主机一般均只能监测单向1路或双向2路管线，无法做到同时监测呈辐射状蛛丝形的城市地下管网的问题，实现同时监测辐射状多路地下管线的目的。

本发明技术方案如下：

一种辐射状管网监测系统，包括宽带激光光源(带宽在40nm以上)、光纤耦合器、第一光纤反射装置、光纤延迟线圈、第二光纤反射装置、第一相位调制器、第二相位调制器、第一光纤分路器、第二光纤分路器、波分复用器、光接收装置、采集器及计算机；

第二光纤反射装置、光纤延迟线圈、光纤耦合器依次顺序连接，宽带激光光源、第一光纤反射装置、第一相位调制器、第二相位调制器、波分复用器均与光纤耦合器相连接，采集器及计算机通过光接收装置与波分复用器相连接，第一相位调制器、第二相位调制器分别与第一光纤分路器、第二光纤分路器相连接；

第一光纤分路器、第二光纤分路器均分别连接若干个光纤光栅。辐射状管网监测系统的设备之间均通过光纤连接。

一种辐射状管网监测系统，宽带激光光源为ASE光源。

与第一光纤分路器相连接的光纤光栅的数目为n，与第二光纤分路器相连接的光纤光栅的数目为N；波分复用器输出端数量为m，则m＝max(n,N)，n和N值可以相等，也可以不相等；光纤分路器对应的各光纤光栅反射中心波长与光纤分路器对应的个光纤光栅反射中心波长可以一样，也可以不一样。其中，m、n、N均为自然数，一般小于18。

光纤耦合器为3*3一次拉锥型，能够功率均分。

第一光纤分路器、第二光纤分路器均为PLC型。

一种辐射状管网监测方法，包括以下步骤，

S1，宽带激光光源中的连续光入射到光纤耦合器中，形成的K(条)光路途径；

S2，每条光路途径对应波分复用器的每一个波长端口，每一个波长端口出射的信号光经光接收装置11放大后进入对应采集器的采集通道，根据采集通道编号来定义监测的所有管线顺序；

S3，只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由于采用宽带ASE光源，带宽在40nm以上，故相干长度极短，为毫米级，则上面K条光路不是任何两条都能形成干涉，更不可能形成多光束干涉。K种光路途径中能够产生有效干涉的光路途径为L种，对L种有效干涉的光路途径计算光强的实时变化函数；

设激光入射功率为P₀，考虑到光器件的插入损耗和光纤的衰减损耗，设总的衰减参数为a，由于光接收装置会滤掉干涉光强直流量，则形成的干涉光强交流量为：