CN103487131B - 放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构及方法，其将光纤穿设在套管内并整体埋入土层中，由套管的空腔振动放大振动信号，并传递给自然落在管道内的光纤，光纤感应振动信号的同时，自身也会发生较大辐度的振动，从而进一步放大了振动信号。本发明提供的方案利用光缆选型及布设方式的改变，放大光缆感应入侵事件的振动信号，使得入侵事件发生时的机械振动、冲击量等振动信号，不但没有被减弱，反而得到了增强，从而达到，在事件发生的早期，系统就能感应到振动信号并且及时进行警报的目的。

Description

放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构及方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种放大光纤感应振动信号的技术。

背景技术

维护基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。对通信光缆（包括海底光缆）、高压电网、输油管道、输气管道、电缆沟等基础设施进行安全监测，不仅是这些设施实现技术性功能的保障，更是避免造成重大经济损失、维护社会稳定发展的有效手段。特别是随着基础设施建设的快速发展，呈现出区域分布广、复杂程度高、重要性进一步提高的新特点，这就使得基础设施受到危害的范围、频率也随之增加，安全监测的难度、重要性也相应增加。据不完全统计，仅中国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接经济损失达几亿元。由此带来的环境污染、商业信用等损失更是难以估量。

为了维护干线的完整性，防止第三方破坏，直接负责管道、电网、通信网等运营部门已经投入了巨大的人力和财力。各级政府和社会各界也非常关注，从专项立法到具体防范、舆论宣传、专项治理等方面都做了大量的工作。国务院曾召开电视电话会议，部署开展输油管道生产治安秩序专项行动，公安部也加大了打击盗油犯罪的力度，并收到了一定的成效。

各种管道运输安全监测技术在这种强烈的市场需求中应运而生并不断发展，目前已有的管道安全生产监测技术主要有“管内流体力学状态检测技术”、“分布式光纤温度和应力监测技术”、“声波监测技术”、“M－Z光纤干涉技术”、“OTDR光时域反射技术”、“单芯反馈式光纤干涉技术”等。

由于长距离干线的监测，容易受电磁干扰的影响且长距离供电的困难性，因此，光纤类技术成为了进行电力、通信和油气管道等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。光纤传感器是以光学理论为基础，将非光量转化为光量进行测量。以光纤作为信息传递媒介的传感器具有一系列其它传感器无法比拟的优点：不受电磁场干扰，能应用在强电磁场的场合；不会产生电磁骚扰；感应端无需供电，使用、维护方便；耐腐蚀、本质安全等等。而且光纤定位监测能够对威胁管道安全的各种行为进行早期监测、定位和预警，“未雨绸缪”，给管道维护者留出足够时间来制止破坏或强化防范的话，就会彻底扭转运营部门当前这种被动堵漏的不利局面，从根本上避免损失。

目前已有的光纤类长距离定位监控技术主要包括“分布式光纤温度和应力监测技术”、“M－Z光纤干涉技术”、“OTDR光时域反射技术”、“单芯反馈式光纤干涉技术”，各类技术原理相异，达到的效果也各有不同。但基本的原理都是通过光纤感应直接触及光缆，或通过土壤、构筑物等介质传递的机械振动、冲击量、声音等振动信号。需要进行安全监控的油气管道、通信干线光缆、电缆等物质往往埋于地下，所以用于安全监测的光缆也需沿监护管线进行埋设。传统的布设方法是将铠装光缆沿防护物周边进行直接布设，光缆是通过土壤传递的机械振动、冲击量来进行入侵振动判断。而土埋对于机械振动、冲击量等振动信号会形成一个极大的消振作用，造成入侵行为发生时间很长一段时间内，系统还不能感应到足够的振动信号，进行安全警报。而直埋的铠装光缆自身为保护光纤而加装的聚乙烯护套、铠装钢丝、缆膏、填充特等自身也会对振动信息起到一个减振作用。因此在现实应用过程当中，往往要入侵行为确实已经很接近防护物，甚至已经触及到光缆的时候，系统才发出警报，给出警留出了极为有限的时间。如果出警不及时，防护物就可能已经被破坏，达不到“未雨绸缪”、“事前监控”的效果。

发明内容

针对现有光纤类长距离定位监控技术中光缆不能及时感应到足够的振动信号的问题，本发明的目的在于提供一种放大光纤感应振动信号的光纤结构。

同时作为本发明的第二目的，本发明基于该结构还提供一种放大光纤感应振动信号的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构，所述结构包括光纤，所述结构还包括一套管，所述光纤穿设在套管内，并自然落于管道内。

在该结构的优选方案中，所述光纤为0.5-1.5mm外径的紧包光纤。

进一步的，所述套管为Φ25-Φ35mm的硅芯管或镀锌管。

作为本发明的第二目的，穿管式放大光纤感应振动信号的方法，所述方法将光纤穿设在套管内并整体埋入土层中，由套管的空腔振动放大振动信号，并传递给自然落在管道内的光纤，光纤感应振动信号的同时，自身也会发生较大辐度的振动，从而进一步放大了振动信号。

本发明提供的方案利用光缆选型及布设方式的改变，放大光缆感应入侵事件的振动信号，使得入侵事件发生时的机械振动、冲击量等振动信号，不但没有被减弱，反而得到了增强，从而达到，在事件发生的早期，系统就能感应到振动信号并且及时进行警报的目的。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构的截面示意图；

图2为本发明中穿管式光纤中光纤的结构示意图；

图3为本发明进行实施的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明通过利用光缆选型及布设方式的改变，放大光缆感应入侵事件的振动信号，使系统达到预期的安全监控目的。

参见图1，其所示本发明中可放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构截面示意图。由图可知，穿管式光纤结构100主要包括光纤101和套管102组成。该光纤101穿设在套管102内，并自然落于管道102内，套管102利用其自身的空腔对外界的振动信号振动放大，使得套管作为振动信号放大的介质物，同时还对内部穿套的光纤起到很好的保护作用。

由此该穿管式光纤结构在具体应用时，光纤101选用0.5-1.5mm外径的紧包光纤，作为举例可选用0.8、0.9、1mm等外径的紧包光纤。如图2所示，该紧包光纤101由内部的纤芯101a和包裹在纤芯101a上的紧套覆层101b组成。由于光纤外部用于保护的涂层简单，这些光纤对于振动信号有着很好的敏感性。

对于套管102选用Φ25-Φ35mm的硅芯管或镀锌管（作为举例，可选用Φ32mm的硅芯管或镀锌管），并将紧包光纤穿于该套管内。光纤在套管内不做固定，仅自然落于管道内。此时套管不仅作为振动信号放大的介质物，同时对内部穿套的光纤起到很好的保护作用。

参见图3，将设置好的套管102和紧包光纤101（即穿管式光纤结构100）埋入土层200中。当外界的入侵事件发生时，外界的机械振动、冲击量通过土壤传递作用在套管上，套管自身形成的空腔将这类振动信号甚至包括声音的振动信号经空腔振动进行了放大。

而自然落在管道内的紧包光纤，将及时感应到经过放大的振动信号。进一步的，紧包光纤在感应振动信号的同时，自身也会发生较大辐度的振动，更进一步放大了振动信号。

由此，本发明通过套管以及紧包光线配合对外界的振动信号进行双重振动放大，使得入侵事件发生时的机械振动、冲击量等振动信号，不但没有被减弱，反而得到了增强，从而达到，在事件发生的早期，系统就能感应到振动信号并且及时进行警报的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.放大光纤感应振动信号的穿管式光纤结构，其特征在于，所述结构由一根光纤和一套管组成，所述套管为Φ25-Φ35mm的硅芯管或镀锌管，所述光纤为0.5-1.5mm外径的紧包光纤，其穿设在套管内，并自然落于管道内；将光纤穿设在套管内并整体埋入土层中，当外界的入侵事件发生时，外界的机械振动、冲击量通过土壤传递作用在套管上，套管作为振动信号放大的介质物，利用其自身的空腔对外界的振动信号以及声音的振动信号经空腔振动进行放大，并传递给自然落在管道内的光纤，光纤感应振动信号的同时，自身也会发生较大辐度的振动，从而进一步放大了振动信号。