CN111219602A - 用于气体泄漏检测的传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气体泄漏检测的传感装置，属于气体泄漏检测领域。该传感装置：包括N×N类型的光纤分束/合束器、2个法拉第反射镜、多个传输光纤；法拉第反射镜通过对应的传输光纤与光分束/合束器连接；光纤分束/合束器用于接收待干涉光源，并将待干涉光源分束成多路子光源，之后将每路子光源传输至对应的法拉第反射镜中；法拉第反射镜用于当待监测管道未发生气体泄漏时，将子光源反射至光纤分束/合束器中，以及当监测管道发生气体泄漏时，将经气体泄漏所产生的超声波调制后的子光源反射至光纤分束/合束器中；光纤分束/合束器还用于使多个经法拉第反射镜反射的子光源、调制后的子光源分别形成第一干涉光波信号、第二干涉光波信号。

Description

用于气体泄漏检测的传感装置

技术领域

本发明涉及气体泄漏检测领域，特别涉及一种用于气体泄漏检测的传感装置。

背景技术

天然气管道场站、页岩气采气井平台等区域内的地上气体压力管道易受焊接施工质量、腐蚀、管件质量等因素影响而导致天然气泄漏，因此，有必要提供一种用于气体泄漏检测的传感装置。

现有技术提供了一种用于气体泄漏检测的传感装置，该传感装置根据空气中天然气的浓度来判断上述区域是否发生天然气泄漏。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术所提供的用于气体泄漏检测的传感装置易受空气流动影响，发生漏报，准确度不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于气体泄漏检测的传感装置，可以解决上述问题。所述技术方案如下：

提供了一种用于气体泄漏检测的传感装置，所述传感装置包括：N×N类型的光纤分束/合束器、2个法拉第反射镜、以及多个传输光纤；

每个所述法拉第反射镜均通过对应的所述传输光纤与所述光分束/合束器的分束/合束端连接；

所述光纤分束/合束器用于接收待干涉光源，并将所述待干涉光源分束成多路子光源，之后将每路所述子光源传输至对应的所述法拉第反射镜中；

所述法拉第反射镜用于当待监测管道未发生气体泄漏时，将所述子光源反射至所述光纤分束/合束器中，以及当所述监测管道发生气体泄漏时，将经气体泄漏所产生的超声波调制后的子光源反射至所述光纤分束/合束器中；

所述光纤分束/合束器还用于使多个经所述法拉第反射镜反射的子光源、调制后的子光源分别形成第一干涉光波信号、第二干涉光波信号。

在一种可能的设计方式中，至少一个所述传输光纤上设置有增敏件。

在一种可能的设计方式中，所述增敏件包括：增敏圆筒、以及设置在所述增敏圆筒上的敏感光纤；

所述敏感光纤的第一端、第二端均与对应的所述传输光纤连接。

在一种可能的设计方式中，所述敏感光纤为弯曲不敏感单模光纤。

在一种可能的设计方式中，所述传感装置还包括：防尘保护罩；

所述增敏件位于所述防尘保护罩内。

在一种可能的设计方式中，所述防尘保护罩的壁上开设有多个通孔。

在一种可能的设计方式中，至少一个所述传输光纤上设置有延迟光纤。

在一种可能的设计方式中，所述延迟光纤为单模光纤。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的用于气体泄漏检测的传感装置，通过光纤分束/合束器、法拉第反射镜以及传输光纤的配合，可利用气体泄漏产生超声波的原理，对地上管道是否发生泄漏进行有效检测，可避免现有技术易受空气流动的影响，具有灵敏度高、误报率低、漏报率低的特点，也具有抗偏振衰落和抗相位衰落的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一类用于气体泄漏检测的传感装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的增敏件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一类用于气体泄漏检测的传感装置的结构示意图。

其中，附图中的各个标号说明如下：

1-光纤分束/合束器；

2-法拉第反射镜；

3-传输光纤；

4-增敏件；

41-增敏圆筒；

42-敏感光纤；

5-防尘保护罩；

6-延迟光纤。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种用于气体泄漏检测的传感装置，如附图1所示，该传感装置包括：光纤分束/合束器1、多个法拉第反射镜2、以及多个传输光纤3；每个法拉第反射镜2均通过对应的传输光纤3与光分束/合束器1的分束/合束端连接；光纤分束/合束器1用于接收待干涉光源，并将待干涉光源分束成多路子光源，之后将每路子光源传输至对应的法拉第反射镜2中；法拉第反射镜2用于将子光源反射至所述光纤分束/合束器1中；光纤分束/合束器1还用于当待监测区域未发生气体泄漏时，使多个子光源生成第一干涉光波信号，以及当待监测区域发生气体泄漏时，利用气体泄漏所产生的超声波使多个子光源生成第二干涉光波信号，并将第一干涉光波信号、第二干涉光波信号输出。

下面就本发明实施例提供的用于气体泄漏检测的传感装置的工作原理给予描述：

应用时，先将该传感装置安装在气体泄漏待检测区域时。然后，利用光分束/合束器1接收待干涉光源，并将待干涉光源分束成多路子光源，之后，再将每路子光源通过对应的传输光纤3传输至对应的法拉第反射镜2中。

之后，当待监测区域未发生气体泄漏时，利用法拉第反射镜3向光分束/合束器1反射子光源，以使多路经法拉第反射镜3反射的子光源在光分束/合束器1中进行合束，并发生干涉，进而形成第一干涉光波信号。

同样地，当待监测区域发生气体泄漏时，多个子光源先在光分束/合束器1中形成第一干涉光波信号，之后气体泄漏所产生的超声波作用于传输光纤3上，使传输光纤3发生振动，调制第一干涉光波信号的相位，使第一干涉光波信号形成第二干涉光波信号。

最后，利用光分束/合束器1将第一干涉光波信号或第二干涉光波信号输送至相关设备，相关设备根据所接收的干涉光波信号，判断待监测区域是否发生气体泄漏。

可见，本发明实施例提供的用于气体泄漏检测的传感装置，通过光纤分束/合束器1、法拉第反射镜2以及传输光纤3的配合，可利用气体泄漏产生超声波的原理，对地上管道是否发生泄漏进行有效检测，可避免现有技术易受空气流动的影响，具有灵敏度高、误报率低、漏报率低的特点，也具有抗偏振衰落和抗相位衰落的特点。

为了利于多个子光源在光分束/合束器1中形成第一干涉光波信号、第二干涉光波信号，本发明实施例中，如附图1所示，法拉第反射镜2设置为2个。

可以理解的是，两个子光源在光分束/合束器1中形成第一干涉光波信号、第二干涉光波信号。

上述法拉第反射镜2可通过购买的方式获取，举例来说，通过飞博特光电科技(深圳)有限公司购买获取。

上述光分束/合束器1既可以对光源进行分束，也可以对多路光进行合束，若多路光具备发生干涉的条件，可在光分束/合束器1中形成干涉光波。

该光分束/合束器1可通过购买的方式获取，例如，通过飞博特光电科技(深圳)有限公司购买获取。

上述光分束/合束器1可为N×N类型的光分束/合束器，即该类型光分束/合束器1的第一端、第二端各设置有N根光纤。其中，为了增大第一干涉光波信号、第二干涉光波信号的强度，N大于2，例如设置为3、4、5、6等。

则基于上述类型的光分束/合束器1，如附图1所示，光分束/合束器1的第一端通过一根光纤与用于发射待干涉光源的设备(例如激光器)连接，剩余的(N-1)根光纤与其他相关设备(例如光电转化模块)连接。另外，光分束/合束器1的第二端通过两根光纤分别与对应的两个法拉第反射镜2连接，剩余的(N-2)根光纤不需要连接，其中，这两根光纤相当于上述位于两个法拉第反射镜2与光分束/合束器1之间的两根传输光纤3。

为了提高传感装置的灵敏度，本发明实施例中，如附图1所示，至少一个传输光纤3上设置有增敏件4。

关于增敏件4的设置个数，可在同一条传输光纤3上间隔设置多个增敏件4，以进一步提高传感装置的灵敏度。举例来说，可在每一条传输光纤3上均设置3个增敏筒。

关于增敏件4的结构，在基于结构简单的前提下，本发明实施例给出一种示例，如附图2所示，增敏件4包括：增敏圆筒41、以及设置在增敏圆筒41上的敏感光纤42；敏感光纤42的第一端、第二端均与对应的传输光纤3连接。

上述增敏圆筒41可通过铝箔纸制备获取，该类增敏圆筒41具有受到超声波的作用易发生振动的特点，可进一步增加增敏件4对超声波的灵敏度。

其中，增敏圆筒41的厚度可设置为0.1mm～0.15mm，举例来说，可设置为0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm等，本发明实施例不对增敏圆筒41的厚度进行具体限制，只要能有效增加增敏件4的灵敏度即可。

另外，增敏圆筒41的直径可以设置为5cm～6cm，举例来说，可设置为5cm、5.5cm、6cm等。通过如此设置，既便于增敏圆筒41的生产，也可保证增敏圆筒41具有一定的强度。

上述敏感光纤42可以缠绕的方式设置在增敏圆筒41上，通过如此设置，可增加敏感光纤42的长度，进而可增大超声波作用于敏感光纤42上的面积，可进一步增加增敏件4对超声波的灵敏度。

其中，上述敏感光纤42与传输光纤3可为单模光纤，该类敏感光纤42、传输光纤3具有光衰减小、噪声小的特点。

进一步地，上述敏感光纤42可为弯曲不敏感单模光纤，可以避免敏感光纤42在上述增敏圆筒41上的光衰减。

为了避免增敏件4受到外部环境的影响而发生破损，本发明实施例中，如附图1、附图2所示，传感装置还包括：防尘保护罩5；增敏件4位于防尘保护罩5内。

通过如此设置，可避免增敏件4受到雨雪、风沙等的侵蚀，以延长增敏件4的使用寿命。

其中，为了气体泄漏产生的超声波作用于增敏件4上，防尘保护罩5的侧壁上开设多个通孔或设置成网状结构。

另外，上述防尘保护罩5可以设置成桶状结构，本发明实施例不对防尘保护罩5的结构进行限制。

由于传感装置中每条光回路(即每个法拉第反射镜2与光分束/合束器1之间的光路)对应的臂长之差越大，使得传感装置产生的噪声越大，因此，本发明实施例中，如附图1所示，至少一个传输光纤3上设置有延迟光纤6，以减少传感装置的臂差。

其中，由于每条光回路对应的臂长与每条光回路的光程有关，则可根据每条光回路对应的光纤(包括传输光纤3、敏感光纤42)总长度，来设置延迟光纤6的长度。

举例来说，如图3所示，传感装置包括两个法拉第反射镜2，即传感装置包括光回路1与光回路2。其中，光回路1上设置两个增敏件4，光回路2上设置4个增敏件4，且每个增敏件4上均缠绕50m的敏感光纤42；另外，光回路1与光回路2上的传输光纤3长度均为100m。那么，为了补偿光回路1与光回路2之间的臂差，可在光回路1上设置长度为98m的延迟光纤6。

基于上述长度的延迟光纤6，为了便于延迟光纤6的安装，可将延迟光纤6缠绕在盘纤盘上。

另外，上述延迟光纤6可为单模光纤，该类延迟光纤6具有光衰减小、噪声小的特点。

可以理解的是，延迟光纤6、法拉第反射镜2、光纤分束/合束器1也可安装在防尘保护罩5内(参见附图3)。

基于如上所述的传感装置，为了保证传感装置具有优异的灵敏性，本发明实施例中，如附图1所述，每个法拉第反射镜2对应的传输光纤3均设置一个延迟光纤6，以及多个增敏件4。

本发明实施例中，为了对位于防尘保护罩4外部的传输光纤3进行保护，可在传输光纤3的外部覆盖保护层，以形成光缆(参见附图3所示的粗细条)。

综上所述，本发明实施例提供的用于气体泄漏检测的传感装置经天然气场站实际使用、测试，可以对20m×70m的区域进行全面覆盖，能有效对气体的泄漏进行监测，且具有灵敏度高、报警准确、以及成本较其他监测方式低的特点。另外，多个增敏件21通过传输光纤3的连接，具有布设方便简单，布设位置自由的特点。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于气体泄漏检测的传感装置，其特征在于，所述传感装置包括：N×N类型的光纤分束/合束器(1)、2个法拉第反射镜(2)、以及多个传输光纤(3)；

每个所述法拉第反射镜(2)均通过对应的所述传输光纤(3)与所述光分束/合束器(1)的分束/合束端连接；

所述光纤分束/合束器(1)用于接收待干涉光源，并将所述待干涉光源分束成多路子光源，之后将每路所述子光源传输至对应的所述法拉第反射镜(2)中；

所述法拉第反射镜(2)用于将所述子光源反射至所述光纤分束/合束器(1)中；

所述光纤分束/合束器(1)还用于当待监测区域未发生气体泄漏时，使多个所述子光源生成第一干涉光波信号，以及当所述待监测区域发生气体泄漏时，利用气体泄漏所产生的超声波使多个所述子光源生成第二干涉光波信号，并将所述第一干涉光波信号、所述第二干涉光波信号输出。

2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于，至少一个所述传输光纤(3)上设置有增敏件(4)。

3.根据权利要求2所述的传感装置，其特征在于，所述增敏件(4)包括：增敏圆筒(41)、以及设置在所述增敏圆筒(41)上的敏感光纤(42)；

所述敏感光纤(42)的第一端、第二端均与对应的所述传输光纤(3)连接。

4.根据权利要求3所述的传感装置，其特征在于，所述敏感光纤(42)为弯曲不敏感单模光纤。

5.根据权利要求2-4任一项所述的传感装置，其特征在于，所述传感装置还包括：防尘保护罩(5)；

所述增敏件(4)位于所述防尘保护罩(5)内。

6.根据权利要求5所述的传感装置，其特征在于，所述防尘保护罩(5)的壁上开设有多个通孔。

7.根据权利要求5所述的传感装置，其特征在于，所述防尘保护罩(5)的侧壁设置成网状结构。

8.根据权利要求1-7任一项所述的传感装置，其特征在于，至少一个所述传输光纤(3)上设置有延迟光纤(6)。

9.根据权利要求8所述的传感装置，其特征在于，所述延迟光纤(6)为单模光纤。

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