[发明专利]一种管道泄漏与防开挖预警方法及系统

说明书

本发明公开了一种管道泄漏与防开挖预警系统，通过主分光器将激光器出射的光分为两路，采用两组支路分光器、两个分光纤、耦合器、光电转换器分别形成两个方向的光纤MZ干涉仪，通过两个光纤MZ干涉仪进行监测，同时采用脉冲激光器、传感光纤、环形器、光电传感器配合实现窄线宽激光脉冲后向散射自相干监测，一旦监测到光纤中发生扰动事件，迅速定位扰动区域，然后启动窄线宽激光脉冲检测，对扰动区域进行精确检测，确定扰动点的具体位置，从而减少检测误差的同时，大大降低检测的运算量，降低监测成本，提高监测精度。本发明还提出了一种管道泄漏与防开挖预警方法。

技术领域

本发明涉及管道探测技术领域，尤其涉及一种管道泄漏与防开挖预警方法及系统。

背景技术

目前，针对地下管道泄漏以及第三方非法开挖监测通常采用分布式光纤振动探测系统。这类系统主要基于两种原理：(1)窄线宽激光脉冲后向散射自相干技术，(2)双光纤MZ干涉技术。

(1)窄线宽激光脉冲后向散射自相干技术

当一束窄线宽激光脉冲注入到光纤中时，光在向前传输的同时，由于光纤芯折射率的微弱不均匀性，会引起光的散射，其中后向散射光沿光纤原路返回，任意时刻的后向散射光是在该时刻该光脉冲空间所有光散射的叠加：

光强度表达式为：

式中r_m为第m个反射中心的反射率：

n_i为第i个散射中心的折射率，是第i个散射中光的相位，从式中可已看出，其强度与光脉冲所处位置的折射率有关，当该处的折射率随外界的振动而变化时，光脉冲每次经过该区域的强度将随着外界的振动而振动而改变，以目前常用的250MHz的采样率，50km的长的光纤，每个光脉冲将获得125000个位置处光纤上的光强，相当于12.5万个振光强传感器的光强，为获得每个点的实时振动情况，系统必须连续不定地往光纤中发送脉冲，并同时采集各个点处的光强值，然后再进行数学分析，得出每个点处的振动情况。

为获得每个点处的振动特征，按照数据处理理论，必须采集到足够的样本，如以常用数字傅里叶变换的需要，一般至少需要1024个数据，每个点的光强一般以浮点数表示，即每个光脉冲将获得数据为：500kbyte，那么需要处理的数据将是500KB*1024的矩阵，显然一般的监控工程用的计算机无法胜任！因此通常的做法只是简单的差分运算，再加上本系统采样的是后向散射信号，噪声大，信噪比差，导致系统误报较多，如投入大型服务器，在造价上又难以承受。而在实际的工程应用中，在某一具体时刻，通常只需关注光纤上某些位置处的振动情况，而不需要关注其它位置处的振动情况，也就是在任一确定时刻，500KB*1024的数据中，有大量的数据是不必要处理的数据，如能预先决定需要处理的数据，只处理需要处理的数据，将有效降低系统数据处理的负担！

(2)双光纤MZ干涉技术。

双光纤MZ干涉技术是将两个光纤MZ干涉仪头尾相对排列，如下图所示，激光器LD输出的激光进入前端光器件，经分支器F平均分为两路，一路进入分支器F1后，再分为两路，出前端光器件，进入光路L1和L2，然后到达末端光器件的耦合器O1，进行耦合，形成干涉光，经光纤返回至前端光器件后，出前端光器件，进入光电接受器PD1；另一路经出前端光器件，经光纤进入末端光器件的分支器F2，也均分成两路光分别进入光路L3和L4，然后在前端光器件的耦合器O2进行耦合，形成干涉光后出前端光器件，进入光电探测器PD2。

参照图2，首末端之间的光纤是处于同一根光缆中，当在P点处有振动时，该点处引起光缆中两个干涉仪干涉臂产生相位变化，该项位变化沿L1和L2传输末端并返回至PD1的时间与沿L3和L4传输至首端并到达PD2的时间差为：

ΔT＝t₁-t₂＝(L-R)2n/c