CN107489889B - 一种管道泄漏次声波检测系统及方法 - Google Patents

一种管道泄漏次声波检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道泄漏次声波检测系统，所述管道泄漏次声波检测系统包括光源发射模块、信号分析模块和检测模块，所述光源发射模块连接所述信号分析模块并负责发射连续的光信号，所述信号分析模块分别连接所述检测模块负责对光信号进行传输并将其转化为次声波信号，所述检测模块负责通过管道泄漏产生的次声波信号对进行光信号调制，并返回调制后的光信号至所述信号分析模块。本发明公开的一种管道泄漏次声波检测系统利用马赫曾德干涉原理，通过光纤对管道泄漏产生的次声波信号进行回波检测，具有抗干扰性强、传输距离远、响应速度快的优势。本发明还公开了一种管道泄漏次声波检测方法。

Description

一种管道泄漏次声波检测系统及方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其是一种管道泄漏次声波检测系统及方法。
背景技术
管道是运输天然气的主要工具。由于管道老化、介质腐蚀、施工不当以及人为破坏等原因，近年来世界各地发生了不少天然气管道泄漏次声波爆炸事故，造成了巨大的生命财产损失，并带来严重的环境污染。
当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动会产生次声波信号，其低频信号能够沿着管道远距离传播，这样只要在管道两端安装能够检测到泄漏次声波信号的传感器并对传感器信号进行分析，就可以检测出两个传感器之间的任一位置发生的泄漏并对其进行定位。
检测精度的高低取决于传感器的响应速度和信号的传输品质，目前应用于管道泄露的声波传感器都是采用物理学原理的振动和电子转换技术来实现，定位过程需要GPS授时和软件计算来实现漏点定位。系统响应滞后，容易受到各种电子噪声和机械振动噪声的影响，系统结构复杂，稳定性差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种管道泄漏次声波检测系统利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要GPS授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测系统，包括光源发射模块、信号分析模块和检测模块，所述光源发射模块连接所述信号分析模块并负责发射连续的光信号，所述信号分析模块分别连接所述检测模块负责对光信号进行传输并将其转化为次声波信号，所述检测模块负责通过管道泄漏产生的次声波信号对光信号进行调制，并返回调制后的光信号至所述信号分析模块。
作为上述方案的改进，所述光源发射模块包括光源发射器、3DB耦合器、第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤；所述光源发射器通过所述第一单模光纤连接所述3DB耦合器，所述3DB耦合器连接所述第二单模光纤和第三单模光纤后作为所述光源发射模块的输出端。
作为上述方案的改进，所述信号分析模块包括第一探测器、第一环形器、第二探测器、第二环形器、第一光纤和第二光纤，所述第一环形器和所述第二环形器作为所述信号分析模块的光源输入端，并且所述第一环形器分别连接所述第一探测器和所述第一光纤，所述第二环形器分别连接所述第二探测器和所述第二光纤。
作为上述方案的改进，所述第一光纤和第二光纤包含多束单模光纤。
作为上述方案的改进，所述信号分析模块还包括铠装护套，所述铠装护套包裹在所述第一光纤和第二光纤的外层；所述第一环形器通过单模光纤与所述第一探测器连接，所述第二环形器通过单模光纤与所述第二探测器连接。
作为上述方案的改进，所述检测模块包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单元连接所述分析模块的一端，所述第二检测单元连接所述分析模块的另一端；
其中所述第一检测单元包括第一3DB耦合器、传感光臂、第二3DB耦合器和参考光臂，所述第一3DB耦合器和第二3DB耦合器分别通过单模光纤连接所述传感光臂和所述参考光臂的两端，使得所述第一3DB耦合器、所述传感光臂、所述第二3DB耦合器和所述参考光臂构成封闭的环形；第二检测单元包括第一3DB耦合器、传感光臂、第二3DB耦合器和参考光臂，所述第一3DB耦合器和第二3DB耦合器分别通过单模光纤连接所述传感光臂和所述参考光臂的两端，使得所述第一3DB耦合器、所述传感光臂、所述第二3DB耦合器和所述参考光臂构成封闭的环形。
作为上述方案的改进，所述传感光臂和所述参考光臂为单模光纤，其中所述传感光臂的结构为光纤环。
本发明实施例还提供一种基于上述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1、所述光源发射模块中的光源发射器发射连续的光信号通过所述第一单模光纤将光信号传输至所述耦合器，生成两束相同的光信号后分别由所述第二单模光纤和第三单模光纤传输至所述信号分析模块；
S2、所述信号分析模块中的第一环形器和第二环形器分别接收所述光信号，然后分别通过所述信号分析模块中的所述第一光纤和第二光纤传输至所述检测模块；
S3、所述检测模块中的第一检测单元和第二检测单元分别接收所述第一光纤和第二光纤传输的光信号，由于所述第一检测单元和所述第二检测单元的内部结构构成了马赫曾德干涉仪，当待测管道泄漏时产生的声波信号在经过所述第一检测单元和所述第二检测单元时所述声波信号对所述光信号进行了调制；
S4、所述第一检测单元和所述第二检测单元将调制后的光信号通过光纤传回至所述信号分析模块；
S5、所述信号分析模块中的第一环形器和第二环形器分别将调制后的光信号传输至所述第一探测器和所述第二探测器，将所述调制后的光信号转化为次声波信号。
作为上述方案的改进，由于所述第一检测单元和第二检测单元的内部结构构成马赫曾德干涉仪，所述次声波信号经过所述第一检测单元和第二检测单元时会发生干涉，相当于所述次声波信号对所述光信号进行调制。
本发明实施例提供的管道内氧化皮的检测系统及方法，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的管道泄漏声波检测检测系统及方法中所述光源发射器发射连续的光信号传输至所述检测模块，然后管道振动产生的声波信号对传输至所述检测模块的光信号进行调制，所述调制后的光信号传输至所述信号分析模块中的探测器转化为声波信号。利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要GPS授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。
附图说明
图1是本发明提供的管道泄漏次声波检测系统的实施例1的结构框图；
图2是本发明提供的管道泄漏次声波检测系统的实施例1的结构示意图；
图3是本发明提供的管道泄漏次声波检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2，本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测系统，包括光源发射模块1、信号分析模块2和检测模块3，所述光源发射模块1连接所述信号分析模块2并负责发射连续的光信号，所述信号分析模块2连接所述检测模块3负责对光信号进行传输并将其转化为次声波信号，所述检测模块3负责通过管道泄漏产生的次声波信号对光信号进行调制，并返回调制后的光信号至所述信号分析模块2。所述光源发射模块1包括光源发射器101、第一单模光纤102、3DB耦合器103、第二单模光纤104和第三单模光纤105；所述光源发射器101通过所述第一单模光纤102连接所述3DB耦合器103，所述3DB耦合器103连接所述第二单模光纤104和所述第三单模光纤105后作为所述光源发射模块1的输出端。
所述信号分析模块2包括第一环形器201、第一探测器202、第一单模光纤203、第二环形器204、第二探测器205和第二单模光纤206；所述第一环形器201和所述第二环形器204接收来自所述第二单模光纤104和所述第三单模光纤105的光信号，所述第一环形器201和所述第二环形器204分别通过单模光纤208和单模光纤209连接所述第一探测器202和所述第二探测器205，所述第一环形器201连接所述第一单模光纤203，所述第二环形器204连接所述第二单模光纤206。
所述信号分析模块2还包括铠装护套207，所述铠装护套207包裹在所述第一单模光纤203和第二单模光纤206的外层。
所述检测模块3包括第一检测单元31和第二检测单元32，所述第一检测单元31包括第一3DB耦合器310、传感光臂312、第二3DB耦合器314和参考光臂315，所述第一3DB耦合器310和第二3DB耦合器314分别通过单模光纤311和313连接所述传感光臂312和所述参考光臂315的两端，使得所述第一3DB耦合器310、所述传感光臂312、所述第二3DB耦合器314和所述参考光臂315构成封闭的环形，所述第二检测单元32与所述第一检测单元31结构一致，在此不再赘述。
下面结合图1和图2对本发明实施例提供的管道泄漏次声波检测系统的工作过程进行详细介绍。
所述光源发射器101发射连续相干的光信号，通过所述第一单模光纤102传输至所述3DB耦合器103，所述3DB耦合器103将所述连续相干的光信号平均分成两束能量相等的光信号分别通过所述第二单模光纤104和第三单模光纤105进行传输。所述第一环形器201和第二环形器204分别接收所述两束光信号，并各自通过所述第一单模光纤203和第二单模光纤206到达所述第一检测单元31的第一3DB耦合器310和所述第一检测单元31的第一3DB耦合器320。接着所述光信号沿着所述第一检测单元31和所述第二检测单元32的内部结构进行传输。具体的，管道发生泄漏而产生次声波，当所述次声波传输至所述第一检测单元31时，由于所述第一3DB耦合器310、所述传感光臂312、所述第二3DB耦合器314和所述参考光臂315构成封闭的环形结构，所述环形结构在所述次声波的影响下发生形变。又由于微弱的形变会带动所述环形结构产生拉长或压缩，而所述环形结构中光纤微弱的长度差与光信号的波长相比也是具有很大的数量级，因此光纤中的光信号在所述第一3DB耦合器310和所述第二3DB耦合器处发生干涉。所述第二检测单元32与所述第一检测单元31原理一致，在此不再赘述。
当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动产生的次声波从泄漏处向管道两端传播。当所述次声波信号进入到所述第一检测单元31内部后，由于所述第一检测单元31构成了马赫曾德干涉仪所以所述次声波信号会引发所述传感光臂312产生形变使得所述光信号在所述第一3DB耦合器310和第二3DB耦合器314处发生干涉，相当于所述次声波信号对所述光信号进行调制，调制后的光信号再传回至所述第一探测器201和第二探测器204转化为次声波信号并进行分析。本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测系统，利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要GPS授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。
参见图3，本发明实施例还提供一种基于上述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1、所述光源发射模块1中的光源发射器101发射连续的光信号通过所述第一单模光纤102将光信号传输至所述3DB耦合器103，生成两束相同的光信号后分别由所述第二单模光纤104和第三单模光纤105传输至所述信号分析模块2；
S2、所述信号分析模块2中的第一环形器201和第二环形器204分别接收所述光信号，然后分别通过所述信号分析模块2中的所述第一光纤203和第二光纤206传输至所述检测模块3；
S3、所述检测模块3中的第一检测单元31和第二检测单元32分别接收所述第一光纤203和第二光纤传输206的光信号，由于所述第一检测单元31和所述第二检测单元32的内部结构构成了马赫曾德干涉仪，当待测管道泄漏时产生的声波信号在经过所述第一检测单元31和所述第二检测单元32时所述声波信号对所述光信号进行了调制；
S4、所述第一检测单元31和所述第二检测单元32将调制后的光信号通过光纤传回至所述信号分析模块2；
S5、所述信号分析模块中2的第一环形器201和第二环形器204分别将调制后的光信号传输至所述第一探测器202和第二探测器205将所述调制后的光信号转化为次声波信号。
由于所述第一检测单元31和第二检测单元32的内部结构构成马赫曾德干涉仪，所述次声波信号经过所述第一检测单元31和第二检测单元32时会发生干涉，相当于所述次声波信号对所述光信号进行调制。
上述的检测方法通过将光源发射器101发射连续的光信号传输至所述第一检测单元31和第二检测单元32；然后管道振动产生的次声波信号与第一检测单元31和第二检测单元32中的光信号发生光弹效应对所述光信号进行调制，调制后的光信号经所述第一环形器201和第二环形器204分别传输至所述第一探测器202和第二探测器205转化为次声波信号。本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测方法，利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要GPS授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种管道泄漏次声波检测系统，其特征在于，包括光源发射模块、信号分析模块和检测模块，所述光源发射模块连接所述信号分析模块并负责发射连续的光信号，所述信号分析模块连接所述检测模块负责对光信号进行传输并将其转化为次声波信号，所述检测模块负责通过管道泄漏产生的次声波信号对光信号进行调制，并返回调制后的光信号至所述信号分析模块；
所述光源发射模块包括光源发射器、3DB耦合器、第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤；所述光源发射器通过所述第一单模光纤连接所述3DB耦合器，所述3DB耦合器连接所述第二单模光纤和第三单模光纤后作为所述光源发射模块的输出端；
所述信号分析模块包括第一探测器、第一环形器、第二探测器、第二环形器、第一光纤和第二光纤，所述第一环形器和所述第二环形器作为所述信号分析模块的光源输入端， 并且所述第一环形器分别连接所述第一探测器和所述第一光纤，所述第二环形器分别连接所述第二探测器和所述第二光纤；
所述检测模块包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单元连接所述分析模块的一端，所述第二检测单元连接所述分析模块的另一端；
其中所述第一检测单元包括第一3DB耦合器、传感光臂、第二3DB耦合器和参考光臂，所述第一3DB耦合器和第二3DB耦合器分别通过单模光纤连接所述传感光臂和所述参考光臂的两端，使得所述第一3DB耦合器、所述传感光臂、所述第二3DB耦合器和所述参考光臂构成封闭的环形；第二检测单元包括第一3DB耦合器、传感光臂、第二3DB耦合器和参考光臂，所述第一3DB耦合器和第二3DB耦合器分别通过单模光纤连接所述传感光臂和所述参考光臂的两端，使得所述第一3DB耦合器、所述传感光臂、所述第二3DB耦合器和所述参考光臂构成封闭的环形。
2.如权利要求1所述的管道泄漏次声波检测系统，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤包含多束单模光纤。
3.如权利要求1所述的管道泄漏次声波检测系统，其特征在于，所述信号分析模块还包括铠装护套，所述铠装护套包裹在所述第一光纤和第二光纤的外层；所述第一环形器通过单模光纤与所述第一探测器连接，所述第二环形器通过单模光纤与所述第二探测器连接。
4.如权利要求1所述的管道泄漏次声波检测系统，其特征在于，所述传感光臂和所述参考光臂为单模光纤，其中所述传感光臂的结构为光纤环。
5.一种基于如权利要求1~4任一项所述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、所述光源发射模块中的光源发射器发射连续的光信号通过所述第一单模光纤将光信号传输至所述3DB耦合器，生成两束相同的光信号后分别由所述第二单模光纤和第三单模光纤传输至所述信号分析模块；
S2、所述信号分析模块中的第一环形器和第二环形器分别接收所述光信号，然后分别通过所述信号分析模块中的所述第一光纤和第二光纤传输至所述检测模块；
S3、所述检测模块中的第一检测单元和第二检测单元分别接收所述第一光纤和第二光纤传输的光信号，由于所述第一检测单元和所述第二检测单元的内部结构构成了马赫曾德干涉仪，当待测管道泄漏时产生的声波信号在经过所述第一检测单元和所述第二检测单元时所述声波信号对所述光信号进行了调制；
S4、所述第一检测单元和所述第二检测单元将调制后的光信号通过光纤传回至所述信号分析模块；
S5、所述信号分析模块中的第一环形器和第二环形器分别将调制后的光信号传输至所述第一探测器和所述第二探测器，将所述调制后的光信号转化为次声波信号。
6.如权利要求5所述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，其特征在于，由于所述第一检测单元和第二检测单元的内部结构构成马赫曾德干涉仪，所述次声波信号经过所述第一检测单元和第二检测单元时会发生干涉，相当于所述次声波信号对所述光信号进行调制。
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