CN104596576A - 一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统及监测方法，所述系统包括：光纤振动传感装置，所述光纤振动传感装置测量的振动频率大于1Hz；光纤测温装置，其中，所述光纤测温装置为光纤拉曼分布式温度传感装置或光纤布里渊温度传感装置；波分复用装置，分别与所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置相连；光纤，与所述波分复用装置相连，其中，所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置通过所述波分复用装置共用所述光纤。通过波分复用装置将光纤测温装置和振动传感装置监测所需的光路融合到同一根光纤上，实现了同一根光纤上的温度传感和振动传感，提高了传感系统对环境监测的全面性。

Description

一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统及监测方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统及监测方法。

背景技术

近年来，光纤拉曼分布式测温系统得到了较快发展，并逐渐应用到油库油罐温度监测，管道泄漏检测，电力电缆温度检测，大坝建筑完整性监测等领域。目前，系统分辨率达到1m，测温精度0.5℃。

光纤拉曼分布式测温传感利用自发拉曼散射效应和OTDR(Optical TimeDomain Reflectometer，光时域反射)技术对光纤所处的温度场进行测量。分布式测温系统首先向光纤中注入高能脉冲激光，并产生两束反向传输的不同频率的拉曼光，分别是：波长较长、频率较小的斯托克斯光，和波长较短、频率较大的反斯托克斯光。反斯托克斯光强往往小于斯托克斯光强，反斯托克斯光对温度敏感性要比斯托克斯光高数个数量级，因此可以采用被检测点反斯托克斯光功率和斯托克斯光功率的比值来计算温度，用注入脉冲光和收到反射光的时间差来计算被检测点的距离。

随着光纤传感应用领域的扩展，在一些应用场合下，需要对一根光缆进行多参数的测量，比如：由于应力的频率低于1Hz，可以利用BOTDA(BrillouinOptical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析)同时测量温度和应力。然而，本发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现振动的频率远大于1Hz，无法对一根光纤同时进行振动和温度监测。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统及监测方法，用于解决现有技术中无法对一根光纤同时进行振动和温度监测的技术问题。

本申请实施例提供一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统，所述系统包括：

光纤振动传感装置，所述光纤振动传感装置测量的振动频率大于1Hz；

光纤测温装置，其中，所述光纤测温装置为光纤拉曼分布式温度传感装置或光纤布里渊温度传感装置；

波分复用装置，分别与所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置相连；

光纤，与所述波分复用装置相连，其中，所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置通过所述波分复用装置共用所述光纤。

可选的，所述光纤设置于被测管道的近地侧，其中，所述被测管道具体为天然气管道或石油管道。

本申请实施例还提供一种监测方法，应用于本申请实施例提供的光纤温度传感和振动传感共线融合系统，所述方法包括：

通过光纤振动传感装置检测获得振动区域，其中，所述光纤振动传感装置测量的振动频率大于1Hz；

通过光纤测温装置检测获得温度变化区域；

判断所述温度变化区域是否位于所述振动区域内；

若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。

可选的，在所述通过光纤振动传感装置检测获得振动区域之后，所述方法还包括：对所述振动区域进行安全问题预警。

本申请实施例还另一种监测方法，应用于本申请实施例提供的光纤温度传感和振动传感共线融合系统，所述方法包括：

通过光纤振动传感装置检测获得振动区域；

通过光纤测温装置检测所述振动区域内的温度，判断是否存在温度变化区域；

若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：通过波分复用装置将光纤测温装置和振动传感装置监测所需的光路融合到同一根光纤上，实现了同一根光纤上的温度传感和振动传感，解决了现有技术中无法对一根光纤同时进行振动和温度监测的技术问题，提高了传感系统对环境监测的全面性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统应用于长输管道安全监测图；

图3为本申请实施例提供的第一种监测方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的第二种监测方法的流程图。

具体实施方式

在本申请实施例提供的技术方案中，通过波分复用装置将光纤测温装置和振动传感装置监测所需的光路融合到同一根光纤上，实现了同一根光纤上的温度传感和振动传感，提高了传感系统对环境监测的全面性。

下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。

实施例一

请参考图1，本申请实施例提供一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统，所述系统包括：

光纤振动传感装置10，所述光纤振动传感装置10测量的振动频率大于1Hz；

光纤测温装置11，其中，所述光纤测温装置11为光纤拉曼分布式温度传感装置或光纤布里渊温度传感装置；

波分复用装置12，分别与所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置相连；

光纤13，与所述波分复用装置12相连，其中，所述光纤振动传感装置10和所述光纤测温装置11通过所述波分复用装置12共用所述光纤13。

在具体实施过程中，光纤振动传感装置10可以利用瑞丽散射实时的监测光纤13上每个点的振动情况。具体的，光纤振动传感装置10可以将强相干光从光纤13的一端注入，通过探测器探测脉冲宽度范围内的后向瑞利散射光判断扰动，通过测量输入脉冲和接收到的干涉信号的时间延迟来判断干扰点的位置，即监测获得振动区域。

光纤振动传感装置10和光纤测温装置11通过光纤连接头连接到波分复用装置12。波分复用装置12将光纤振动装置和光纤测温装置11输出的载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤13传输，使得光纤振动传感装置10和光纤测温装置11共用一根光纤13。其中，一根光纤13通常是光缆中的一根纤芯。

在实际应用过程中，所述光纤13设置于被测管道的近地侧，其中，所述被测管道具体可以为天然气管道或石油管道。请参考图2，管道15埋设于土壤里，光纤13埋设于管道上方的土壤14里。

请参考图3，基于本申请实施例提供的一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统，本申请实施例还提供一种监测方法，所述方法包括：

S301：通过光纤振动传感装置10检测获得振动区域；

S302：通过光纤测温装置11检测获得温度变化区域；

S303：判断所述温度变化区域是否位于所述振动区域内；

S304：若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。

在具体实施过程中，S301通过光纤振动传感装置10检测获得振动区域后，可以对振动区域进行安全问题预警。安全问题预警用于警示振动区域的管道沿线可能发生了潜在危害事件，如建筑挖掘，使得工作人员可以及时阻止潜在危害事件的发生，避免管道遭到破坏。

进一步的，如果管道遭到破坏，管内石油或者天然气泄漏，那么泄漏点的周边区域的温度将发生变化，所以本申请实施例还在执行S301的同时执行S302：通过光纤测温装置11检测获得温度变化区域。紧接着，执行S303判断所述温度变化区域是否位于所述振动区域内，获得判断结果。若判断结果为否，表明温度变化区域管道遭到破坏的可能性较小，可能是其它事件引起的温度变化，需要工作人员进行现场确认。若判断结果为是，表明温度变化区域存在管道破坏的可能性较大，执行S304确定该温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警，提示工作人员立即赶赴该温度变化区域进行检修。

在上述实施例中，通过光纤振动传感装置10感知并定位管道附近存在潜在危害事件的区域，进一步通过光纤测温装置11感知并定位由于管道内输送物质会外泄，而导致泄漏点的温度产生变化的区域，从而覆盖事前预警和事后报警。

请参考图4，基于本申请实施例提供的一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统，本申请实施例还提供另一种监测方法，所述方法包括：

S401：通过光纤振动传感装置10检测获得振动区域；

S402：通过光纤测温装置11检测所述振动区域内的温度，判断是否存在温度变化区域；

S403：若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。

在具体实施过程中，S401通过光纤振动传感装置10检测获得振动区域后，进一步执行S4202重点检测振动区域内的温度，并判断是否存在温度变化区域。若判断结果为在振动区域内存在温度变化区域，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。若判断结果为在振动区域内不存在温度变化区域，可以对振动区域进行安全预警。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：通过波分复用装置将光纤测温装置和振动传感装置监测所需的光路融合到同一根光纤上，实现了同一根光纤上的温度传感和振动传感，解决了现有技术中无法对一根光纤同时进行振动和温度监测的技术问题，提高了传感系统对环境监测的全面性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种光纤温度传感和振动传感共线融合系统，其特征在于，所述系统包括：

光纤振动传感装置，所述光纤振动传感装置测量的振动频率大于1Hz；

光纤测温装置，其中，所述光纤测温装置为光纤拉曼分布式温度传感装置或光纤布里渊温度传感装置；

波分复用装置，分别与所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置相连；

光纤，与所述波分复用装置相连，其中，所述光纤振动传感装置和所述光纤测温装置通过所述波分复用装置共用所述光纤。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤设置于被测管道的近地侧，其中，所述被测管道具体为天然气管道或石油管道。

3.一种监测方法，应用于如权利要求1或2所述的光纤温度传感和振动传感共线融合系统，其特征在于，所述方法包括：

通过光纤振动传感装置检测获得振动区域，其中，所述光纤振动传感装置测量的振动频率大于1Hz；

通过光纤测温装置检测获得温度变化区域；

判断所述温度变化区域是否位于所述振动区域内；

若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。

4.如权利要求3所述的监测方法，其特征在于，在所述通过光纤振动传感装置检测获得振动区域之后，所述方法还包括：

对所述振动区域进行安全问题预警。

5.一种监测方法，应用于如权利要求1或2所述的光纤温度传感和振动传感共线融合系统，其特征在于，所述方法包括：

通过光纤振动传感装置检测获得振动区域；

通过光纤测温装置检测所述振动区域内的温度，判断是否存在温度变化区域；

若是，确定所述温度变化区域内的被测管道出现安全问题，并报警。