CN108692807A - 一种光纤分布式声波监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤分布式声波监测系统，包括激光光源、第一光耦合器、光纤传感器节点、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置，还包括源速率调整模块、效用优化模块和系统布置参数优化模块。本发明通过物理模型的构建仿真实现了各部件布置参数和工作模式参数的最优化，能够尽可能地保证传感信号不丢失，并实现系统效益的最大化；系统自带光纤传感器节点工作情况的实时监测调节功能，从而可以及时的发现光纤传感器节点的故障情况。
Description
技术领域
本发明涉及声波监测领域，具体涉及一种光纤分布式声波监测系统。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展，社会对能源尤其是油气资源的需求量越来越大。在国家能源战略中，油气储运的建设和发展关系到为国民经济建设和社会发展提供长期、稳定、经济、安全的能源保障的战略全局。管道运输是继公路、铁路、水路、航空运输之后的第五大运输方式，其发展状况直接体现了一个国家运输业的水平。故管道泄漏的监测技术成为科技工作者的研究热点。
分布式光纤传感技术由于具有传感空间范围大、传感与传光为同一根光纤、结构简单、使用方便、单位长度内信号获取成本低、性价比高等优选被广泛地应用于管道泄漏的监测技术中。现有的光纤分布式声波监测系统中，利用传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号作为传感信号的载体，进一步完成相应位置上的传感信号的相位变化解析，以测得传感信号。然而，现有的分布式声波监测系统大多存在以下缺陷：
1、按照工程人员经验进行各部件布置，无法实现系统效益的最大化。
2、各光纤传感器节点的工作状态无法获取，若其中某一处或者几处发生故障而未及时发现，则容易造成整个监测结果的偏差。
3、环境噪声极易改变光在传输过程中的偏振态，导致传感信号淹没在噪声信号中，造成系统无法解调出相应的传感信号。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光纤分布式声波监测系统，尽可能的保证了信号的不丢失，实现系统效益的最大化，同时实现了光纤传感器节点工作情况的实时监测。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种光纤分布式声波监测系统，包括激光光源、第一光耦合器、光纤传感器节点、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置，所述光纤传感器节点用于感应传感信号；所述激光光源产生的信号光经过所述第一光耦合器输入所述光纤传感器节点；所述光纤传感器节点中的携带所述传感信号的背向瑞利散射光返回所述第一光耦合器，经所述第一光耦合器输入所述光分束器，经所述光分束器分为第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一偏振控制器处理为第一线偏振光后入射到所述第一干涉调制装置，所述第二光束经所述第二偏振控制器处理为第二线偏振光后也入射到所述第二干涉调制装置，所述解调装置用于对所述第一干涉调制装置输出的第一干涉信号和所述第二干涉调制装置输出的第二干涉信号进行解调以得到所述传感信号；还包括
源速率调整模块，用于进行各个光纤传感器节点速率的计算，并根据预设的算法进行各个光纤传感器节点源速率的调整；
效用模型优化模块，用于通过转发能量来体现各光纤传感器节点之间的协同工作，将一个节点和沿着其路由路径的所有节点构成一个协作体，在此基础上进行联合建模，并根据建模结果完成各光纤传感器节点位置的调整；
系统布置参数优化模块，通过对光纤分布式声波监测系统物理模型的仿真分析，实现系统内各部件最优布设参数的获取，从而实现系统的优化布置。
进一步地，所述系统布置参数优化模块包括
物理模型构建模块，基于上述光纤分布式声波监测系统的结构进行光纤分布式声波监测系统物理模型的构建；
虚拟参数作动模块，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，内设各种仿真分析方法和仿真分析算法；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
进一步地，所述系统布置参数至少包括激光光源、第一光耦合器、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置所在的位置参数以及工作模式参数。
进一步地，所述第一偏振控制器、第二偏振控制器均为光纤线圈偏振控制器。
进一步地，还包括
图形绘制模块，用于根据所述监测到的传感器信号绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。
进一步地，还包括
光纤传感器节点故障报警模块，用于根据计算所得的各个光纤传感器节点速率进行光纤传感器节点工作状态的评估，若评估结果在故障范围内，则启动短信编辑模块进行报警短信的发送。
进一步地，所述短信编辑模块采用调用短信模板自动进行信息填充的模式实现报警短信的发送。
本发明具有以下有益效果：
通过物理模型的构建仿真实现了各部件布置参数和工作模式参数的最优化，能够尽可能地保证传感信号不丢失，并实现系统效益的最大化；系统自带光纤传感器节点工作情况的实时监测调节功能，从而可以及时的发现光纤传感器节点的故障情况。
附图说明
图1本发明实施例一种光纤分布式声波监测系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种光纤分布式声波监测系统，包括激光光源、第一光耦合器、光纤传感器节点、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置，所述光纤传感器节点用于感应传感信号；所述激光光源产生的信号光经过所述第一光耦合器输入所述光纤传感器节点；所述光纤传感器节点中的携带所述传感信号的背向瑞利散射光返回所述第一光耦合器，经所述第一光耦合器输入所述光分束器，经所述光分束器分为第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一偏振控制器处理为第一线偏振光后入射到所述第一干涉调制装置，所述第二光束经所述第二偏振控制器处理为第二线偏振光后也入射到所述第二干涉调制装置，所述解调装置用于对所述第一干涉调制装置输出的第一干涉信号和所述第二干涉调制装置输出的第二干涉信号进行解调以得到所述传感信号；其特征在于，还包括
源速率调整模块，用于进行各个光纤传感器节点速率的计算，并根据预设的算法进行各个光纤传感器节点源速率的调整；
效用模型优化模块，用于通过转发能量来体现各光纤传感器节点之间的协同工作，将一个节点和沿着其路由路径的所有节点构成一个协作体，在此基础上进行联合建模，并根据建模结果完成各光纤传感器节点位置的调整；
图形绘制模块，用于根据所述监测到的传感器信号绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。
光纤传感器节点故障报警模块，用于根据计算所得的各个光纤传感器节点速率进行光纤传感器节点工作状态的评估，若评估结果在故障范围内，则启动短信编辑模块进行报警短信的发送。所述短信编辑模块采用调用短信模板自动进行信息填充的模式实现报警短信的发送。
系统布置参数优化模块，通过对光纤分布式声波监测系统物理模型的仿真分析，实现系统内各部件最优布设参数的获取，从而实现系统的优化布置；所述系统布置参数优化模块包括
物理模型构建模块，基于上述光纤分布式声波监测系统的结构进行光纤分布式声波监测系统物理模型的构建；
虚拟参数作动模块，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，内设各种仿真分析方法和仿真分析算法；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
所述系统布置参数至少包括激光光源、第一光耦合器、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置所在的位置参数以及工作模式参数。
所述第一偏振控制器、第二偏振控制器均为光纤线圈偏振控制器。
以上所述仅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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光纤分布式声波监测系统，包括激光光源、第一光耦合器、光纤传感器节点、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置，所述光纤传感器节点用于感应传感信号；所述激光光源产生的信号光经过所述第一光耦合器输入所述光纤传感器节点；所述光纤传感器节点中的携带所述传感信号的背向瑞利散射光返回所述第一光耦合器，经所述第一光耦合器输入所述光分束器，经所述光分束器分为第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一偏振控制器处理为第一线偏振光后入射到所述第一干涉调制装置，所述第二光束经所述第二偏振控制器处理为第二线偏振光后也入射到所述第二干涉调制装置，所述解调装置用于对所述第一干涉调制装置输出的第一干涉信号和所述第二干涉调制装置输出的第二干涉信号进行解调以得到所述传感信号；其特征在于，还包括
源速率调整模块，用于进行各个光纤传感器节点速率的计算，并根据预设的算法进行各个光纤传感器节点源速率的调整；
效用模型优化模块，用于通过转发能量来体现各光纤传感器节点之间的协同工作，将一个节点和沿着其路由路径的所有节点构成一个协作体，在此基础上进行联合建模，并根据建模结果完成各光纤传感器节点位置的调整；
系统布置参数优化模块，通过对光纤分布式声波监测系统物理模型的仿真分析，实现系统内各部件最优布设参数的获取，从而实现系统的优化布置。
2.如权利要求1所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，所述系统布置参数优化模块包括
物理模型构建模块，基于上述光纤分布式声波监测系统的结构进行光纤分布式声波监测系统物理模型的构建；
虚拟参数作动模块，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，内设各种仿真分析方法和仿真分析算法；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
3.如权利要求1所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，所述系统布置参数至少包括激光光源、第一光耦合器、光分束器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一干涉调制装置、第二干涉调制装置及解调装置所在的位置参数以及工作模式参数。
4.如权利要求1所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，所述第一偏振控制器、第二偏振控制器均为光纤线圈偏振控制器。
5.如权利要求1所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，还包括
图形绘制模块，用于根据所述监测到的传感器信号绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。
6.如权利要求1所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，还包括光纤传感器节点故障报警模块，用于根据计算所得的各个光纤传感器节点速率进行光纤传感器节点工作状态的评估，若评估结果在故障范围内，则启动短信编辑模块进行报警短信的发送。
7.如权利要求6所述的一种光纤分布式声波监测系统，其特征在于，所述短信编辑模块采用调用短信模板自动进行信息填充的模式实现报警短信的发送。
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