CN113324925B - 光纤信号接收装置和管道预警系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光纤信号接收装置和管道预警系统，其中光纤信号接收装置包括多个光电探测器、多通道继电器和采集模组。多通道继电器的多个输入端分别与多个光电探测器连接，采集模组与多通道继电器的输出端连接；多个光电探测器用于接收通过多个光纤传输的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；多通道继电器用于导通待检测管道中的目标检测管道对应的光电探测器与采集模组之间的通道，以使采集模组接收光电探测器转换得到的电信号；采集模组用于将电信号转换成数字信号，并向上位机发送数据信号。本申请提供的光纤信号接收装置能够避免使用大量的采集模组，从而可以减少成本。

Description

光纤信号接收装置和管道预警系统
技术领域
本申请涉及管道检测领域，特别是涉及一种光纤信号接收装置和管道预警系统。
背景技术
管道运输作为一种安全、经济的运行方式已经在世界各地得到了广泛的应用。随着管道运输业的不断发展，因管道沿线第三方破坏、自然灾害等因素造成管道安全事故经常发生，影响了管道的安全运行。使用管道安全监测预警技术可以在管道遭到破坏前报警，能够维护管道的安全运行。
在使用管道运输时，管道的数量较多，传统技术中，在接收多个管道的检测信号时，将多个管道的光路模块集成在一起，光路模块对接收到的多个管道的光信号经光电转换后输出多个管道的电信号，使用多个采集卡对电信号进行采集。然而，这样需要大量的采集卡，成本较高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种光纤信号接收装置和管道预警系统。
一方面，本申请一个实施例提供一种光纤信号接收装置，包括：多个光电探测器、多通道继电器和采集模组；多通道继电器的多个输入端分别与多个光电探测器连接，采集模组与多通道继电器的输出端连接；
多个光电探测器，用于接收通过多个光纤传输的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号，其中，多个光纤分别设置于多个待检测管道；
多通道继电器，用于导通待检测管道中的目标检测管道对应的光电探测器与采集模组之间的通道，以使采集模组接收光电探测器转换得到的电信号；
采集模组，用于将电信号转换成数字信号，并向上位机发送数字信号；数字信号用于使上位机判断目标检测管道是否出现异常。
在其中一个实施例中，多通道继电器还用于，从上位机接收用户指令；用户指令包括目标检测管道的标识；
根据用户指令导通待检测管道中的目标检测管道对应的光电探测器与采集模组之间的通道。
在其中一个实施例中，采集模组包括：同步信号源和采集卡，同步信号源与多通道继电器和采集卡连接，采集卡与多通道继电器的输出端连接；
同步信号源，用于产生同步信号，并将同步信号分别发送至多通道继电器、采集卡和激光源，以使多通道继电器、采集卡和激光源同步工作；
采集卡，用于将接收到的电信号转换为数字信号。
在其中一个实施例中，还包括驱动模组，驱动模组与多通道继电器连接；
同步信号用于驱动激光源向光纤发送脉冲光，同步信号还用于使能驱动模组对多通道继电器的控制功能；同步信号还用于驱动采集卡接收电信号。
在其中一个实施例中，驱动模组还用于，控制多通道继电器导通目标检测管道对应的光电探测器与采集模组之间的通道。
在其中一个实施例中，多通道继电器包括：
场效应晶体管开关电路，与驱动模组连接，驱动模组用于驱动场效应晶体管开关电路的通断。
另一方面，本申请一个实施例提供一种管道预警系统，包括：
多个光纤，分别设置于多个待检测管道；
如上述实施例提供的光纤信号接收装置；
上位机，与光纤信号接收装置连接，用于获取光纤信号接收装置接收的数字信号，并根据数字信号发出预警信息。
在其中一个实施例中，还包括：
激光源，与上位机连接，上位机控制激光源向多个光纤发送脉冲光。
在其中一个实施例中，还包括：
光电调制器，设置于激光源和多个光纤之间，用于调制脉冲光。
在其中一个实施例中，光纤信号接收装置中的采集模组包括同步信号源；
上位机还用于控制同步信号源产生同步信号，并将同步信号发送至激光源，以使激光源向多个光纤发送脉冲光。
本申请实施例提供一种光纤信号接收装置和管道预警系统，其中光纤信号接收装置包括多个光电探测器、多通道继电器和采集模组。多通道继电器的多个输入端分别与多个光电探测器，采集模组与多通道继电器的输出端连接。多个光电探测器用于接收通过多个光纤传输的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；多通道继电器用于导通待检测管道中的目标检测管道对应的光电探测器与采集模组之间的通道，以使采集模组接收光电探测器转换得到的电信号；采集模组用于将电信号转换成数字信号，并向上位机发送数字信号。本申请实施例提供的光纤信号接收装置通过多通道继电器的设置，使得仅使用一个采集模组就可以实现对多个光电探测器的转换的电信号的接收，这样能够避免多个采集模组的使用，从而能够减小成本。同时，一个采集模组的设置可以减少光纤信号接收装置的体积，使得光纤信号接收装置的实用性较强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，对于本领域不同技术人员来讲，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为本申请一个实施例提供的光纤信号接收装置的结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的光纤信号接收装置的结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的光纤信号接收装置的结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的管道预警系统的结构示意图；
图5为本申请一个实施例提供的管道预警系统的结构示意图。
附图标记说明：
10、光纤信号接收装置；20、管道预警系统；21、光纤；22、待检测管道；23、上位机；24、激光源；25、光电调制器；100、光电探测器；200、多通道继电器；300、采集模组；310、同步信号源；320、采集卡；400、驱动模组。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
目前，随着管道运输在电力、油田和高铁沿线等领域的广泛应用，对管道的安全运行进行检测非常重要。通常情况下，对管道安全检测是上位机通过接收对每条管道的检测信号，并根据检测信号判断管道是否正常，即管道是否遭到破坏。传统技术中，在接收多个管道的检测信号时，将多个管道的光路模块集成在一起，光路模块对接收到的多个管道的光信号经过光电转换后输出多个管道的电信号，使用多个采集卡对电信号进行采集。然而，使用传统技术中的接收多个管道的检测信号时需要使用大量的采集卡，成本较高。并且，大量的采集卡占用的体积较大。针对传统技术中存在的这些问题，本申请提供一种光纤信号接收装置。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
请参见图1，本申请一个实施例提供一种光纤信号接收装置10，该装置包括多个光电探测器100、多通道继电器200和采集模组300。
多个光电探测器100用于接收通过多个光纤21传输的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号，其中，多个光纤21分别设置于多个待检测管道22。光纤21是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可以作为光传导工具。光纤21的传输原理是光的全反射。光电探测器100的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。光电探测器100根据器件对辐射响应的方式不同或者器件工作的机理不同，可以分为两大类：一类是光子探测器，另一类是热探测器。在本实施例中光电探测器100为光子探测器。光纤21传输的光信号是指光纤21在探测到振动或声波信号后输出含有振动或声波信号的后向瑞丽散射光信号。光纤21的数量与待检测管道22的数量相同，每个待检测管道22设置一个光纤21。光电探测器100的数量与光纤21的数量相同，每个光纤21处对应设置一个光电探测器100。本实施例对光电探测器100的数量和结构等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
在一个可选的实施例中，光电探测器100采用雪崩光电二极管(Avalanche PhotoDiode，APD)。采用APD的光电探测器接收灵敏度高，性能好，能够提高对光信号的探测精度，从而能够确保转换得到的电信号质量更加好。
多通道继电器200包括多个输入端和一个输出端。多通道继电器200的多个输入端分别与多个光电探测器100连接，采集模组300与多通道继电器200的输出端连接。多通道继电器200用于导通待检测管道22中的目标检测管道对应的光电探测器与采集模组300之间的通道，以使采集模组300接收光电探测器100转换得到的电信号。采集模组300用于将电信号转化成数字信号，并向上位机23发送数字信号。数字信号用于使上位机23判断目标检测管道是否出现异常。
多通道断继电器200的输入端的数量与光电探测器100的数量可以相同，也可以多于光电探测器100的数量。在多通道继电器200的输入端的数量与光电探测器100的数量相同时，多通道继电器200的一个输入端对应一个光电探测器100；在多通道继电器200的输入端的数量多于光电探测器100的数量时，多通道继电器200多余的输入端可以作为备用输入端，在多通道继电器200的某一输入端发生故障时，采用备用输入端。这样可以提高多通道继电器200的实用性和可靠性。
多通道继电器200连接于光电探测器100和采集模组300之间，用于导通待检测管道22中的目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道，以使得采集模组300可以接收到该光电探测器转换得到的电信号。目标检测管道可以是人为在多个待检测管道22选择的管道，目标检测管道的数量可以有多个，但是对通道继电器200每次导通的只有一个目标检测管道和采集模组300之间的通道。本实施例对多通道继电器200的具体结构和种类等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
采集模组300不仅能够接收光电探测器100转换得到的电信号，还可以将该电信号转换为数字信号，并将该数字信号发送至上位机23。上位机23在接收到数字信号后，对其进行处理判断，可以确定目标检测管道是否存在异常，即目标检测管道是否遭到破坏。上位机23是指可以世界发出操控指令的计算机设备。本实施例对采集模组300的结构和组成等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
本实施例提供的光纤信号接收装置10的工作原理如下：
使用多个光电探测器100接收分别设置于多个待检测管道22的多个光纤21传输的光信号，并将该光信号转换为电信号。通过多通道继电器200将多个待检测管道22中目标检测管道对应的光电探测器100和采集模组300之间导通，使得采集模组300接收到该光电探测器100转换得到的电信号，并将该电信号转换为数字信号，采集模组300还用于将数字信号上传至上位机23。
本申请实施例提供的光纤信号接收装置10包括多个光电探测器100、多通道继电器200和采集模组300。多通道继电器200的多个输入端分别与多个光电探测器100，采集模组300与多通道继电器200的输出端连接。多个光电探测器100用于接收通过多个光纤21传输的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；多通道继电器200用于导通待检测管道22中的目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道，以使采集模组300接收光电探测器100转换得到的电信号；采集模组300用于将电信号转换成数字信号，并向上位机23发送数字信号。本申请实施例提供的光纤信号接收装置10通过多通道继电器200的设置，使得仅使用一个采集模组300就可以实现对多个光电探测器100的转换的电信号的接收，这样能够避免多个采集模组300的使用，从而能够减小成本。同时，一个采集模组300的设置可以减少光纤信号接收装置10的体积，使得光纤信号接收装置10的实用性较强。
在一个实施例中，多通道继电器200还用于从上位机23接收用户指令，用户指令包括目标检测管道的标识。根据用户指令导通待检测管道22中的目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道。用户指令可以用户使用键盘实时输入至上位机23的；也可以是用户预先编辑的程序，上位机23在使用时，调用该程序，就可以接收到用户指令。用户指令中包括目标检测管道的标识，也就是说，用户对多个待检测管道22均进行了相应的标注，每个待检测管道22均有标识，多通道继电器200根据用户指令中的标识可以在多个待检测管道22中确定目标检测管道，从而可以确定多通道继电器200需要导通的光电探测器100与采集模组300之间的通道。本实施例对用户指令的具体种类不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
在本实施例中，多通道继电器200根据用户指令导通待检测管道22中的目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道，这样的多通道继电器200可以根据用户需求对相对应的通道导通，灵活性较高，实用性较强。
请参见图2，在一个实施例中，采集模组300包括同步信号源310和采集卡320，同步信号源310与多通道继电器200和采集卡320连接，采集卡320与多通道继电器200的输出端连接。
同步信号源310与多通道继电器200、采集卡320和激光源24均通信连接。同步信号源310用于产生同步信号，并将同步信号分别发送至多通道继电器200、采集卡320和激光源24，以使多通道继电器200、采集卡320和激光源24同步工作。采集卡320用于将接收到的电信号转换为数字信号。
采集卡320主要是捕获外界电信号(模拟信号)，并将其数字化处理，即将电信号(模拟信号)转换为数字信号。本实施例对采集卡320的结构等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
激光源24是指向多个光纤21发送脉冲光的激光光源。同步信号发送至多通道继电器200、采集卡320和激光源24后，能够使得多通道继电器200、采集卡320和激光源24同步工作。这样可以避免多通道继电器200、采集卡320和激光源24工作时间存在偏差，导致采集卡320采集不到通过多通道继电器200的电信号，或者导致目标检测管道对应的通道没有导通。在本实施例中，同步信号源310的设置可以提高光纤信号接收装置10的实用性和可靠性。
请参见图3，在一个实施例中，光纤信号接收装置10还包括驱动模组400，驱动模组400与多通道继电器200连接。驱动模组400用于驱动多通道继电器200的工作状态，即驱动多通道继电器200工作或停止工作。本实施例对驱动模组400的结构和种类等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
同步信号用于驱动激光源24向光纤21发送脉冲光，同步信号还用于使能驱动模组400对多通道继电器200的控制功能；同步信号还用于驱动采集卡320接收电信号。
在同步信号分别发送至多通道继电器200、采集卡320和激光源24后，驱动激光源24向光纤21发送脉冲光的同时，使能驱动模组400对多通道继电器200的控制功能，同时驱动采集卡320开启，可以接收电信号。这样可以保证激光源24发送了脉冲光后，多通道继电器200可以导通目标检测管道与采集卡320之间的通道，使得采集可320可以接收电信号，不会出现激光源24发送脉冲光后，多通道继电器200没有导通所需的通道，从而导致采集卡320不能接收到电信号；或者出现多通道继电器200导通了所需的通道，但是采集卡320不能接收电信号，从而导致电信号的遗失。同时，同步信号源310的设置可以避免多通道继电器200、采集卡320和激光源24长期处于工作状态，从而能够提高光信号接收装置10的实用性和可靠性。
在一个实施例中，驱动模组400还用于控制多通道继电器200导通目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道。也就是说，在同步信号使能驱动模组400对多通道继电器200的功能，即驱动模组400控制多通道继电器200可以开始工作后，驱动模组400再控制多通道继电器200导通目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间的通道。换句话说，驱动模组400对多通道继电器200有两个控制，第一个是驱动模组400接收到同步信号后，控制多通道继电器200可以开始工作(相当于对多通道继电器200解锁，使其可以工作)；第二个是在多通道继电器200可以开始工作后，驱动模组400控制多通道继电器200对应的通道导通，以使目标检测管道对应的光电探测器100与采集模组300之间导通。本实施例对驱动模组400的结构和种类不作任何限制，只要能够实现其功能即可。在一个具体的实施例中，驱动模组400为单片机。
在一个实施例中，多通道继电器200包括场效应晶体管开关电路210，场效应晶体管开关电路210与驱动模组400连接，驱动模组400用于驱动场效应晶体管开关电路210的通断。
驱动模组400通过向场效应晶体管开关电路(MOS开关电路)210发送高电平或低电平，使得场效应晶体管开关电路210导通和断开。驱动模组400向场效应晶体管开关电路210发送的电平信号由场效应晶体管开关电路210中采用的场效应晶体管的种类进行选择。场效应晶体管具有双向导电的特点，比较灵活，且漏电小，从而能够提高场效应晶体管开关电路210的实用性和可靠性。
请参见图4，本申请一个实施例提供一种管道预警系统20，该系统包括多个光纤21、如上述实施例提供的光纤信号接收装置10和上位机23。多个光纤21分别设置于多个待检测管道22。上位机23与光纤信号接收装置10连接，用于获取光纤信号接收装置10接收的数字信号，并根据数字信号发出预警信息。
对光纤21、上位机23和待检测管道22的描述可以参考上述实施例提供的光纤信号接收装置10中的具体描述，在此不再赘述。上位机23在接收到光纤信号接收装置10发送的数字信号后，对该数字信号进行处理和判断。若上位机23根据数字信号确定待检测管道22异常(即待检测管道22遭到破坏)，则发出预警信息，以使工作人员及时获取待检测管道22异常的信息，并及时对其进行维修。
本申请实施例提供的管道预警系统20包括光纤信号接收装置10，因此管道预警系统20具有光纤信号接收装置10的所有结构和有益效果，在此不再赘述。
请参见图5，在一个实施例中，管道预警系统20还包括激光源24。激光源24与上位机23连接，上位机23控制激光源24向多个光纤21发送脉冲光。
激光源24是指向多个光纤21发送脉冲光的激光光源。激光源24的数量可以与光纤21的数量相同。也就是说，每个光纤21处均设置一个激光源24，激光源24向与其对应的光纤21发送脉冲光。激光源24的亮度高，色彩好，能耗底，寿命长且体积小。本实施例对激光源24的具体种类和结构等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。
请继续参见图5，在一个实施例中管道预警系统20还包括光电调制器25。光电调制器25设置于激光源24和多个光纤21之间，用于调制脉冲光。
光电调制器25在接收到激光源24发送的脉冲光后，会对脉冲光的幅度、相位、强度以及偏振状态进行调制，并将调制后的脉冲光发送至光纤21。在本实施例中，通过光电调制器25将激光源24发送的脉冲光经过调制后在发送至光纤21，可以提高经过光纤21反射后的光信号的准确性，从而提高光纤信号接收装置10接收的数字信号的准确性，进而上位机23对待检测管道22的检测更加准确。
在一个实施例中，光纤信号接收装置10中的采集模组300包括同步信号源310。上位机23还用于控制同步信号源310产生同步信号，并使所述同步信号源310将同步信号发送至激光源24，以使激光源24向多个光纤21发送脉冲光。同时，同步信号源310还将同步信号发送至光纤信号接收装置10中的多通道继电器200和采集卡320。对同步信号源310和同步信号的描述可以参考上述实施例的具体描述，在此不再赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光纤信号接收装置，其特征在于，包括：多个光电探测器、多通道继电器和采集模组；所述多通道继电器的多个输入端分别与所述多个光电探测器连接，所述采集模组与所述多通道继电器的输出端连接；
所述多个光电探测器，用于接收通过多个光纤传输的光信号，并将接收到的所述光信号转换为电信号，其中，所述多个光纤分别设置于多个待检测管道；
所述多通道继电器，用于导通所述待检测管道中的目标检测管道对应的光电探测器与所述采集模组之间的通道，以使所述采集模组接收所述光电探测器转换得到的电信号；
所述采集模组，用于将所述电信号转换成数字信号，并向上位机发送所述数字信号；所述数字信号用于使所述上位机判断所述目标检测管道是否出现异常；
其中，所述多通道继电器还用于，从所述上位机接收用户指令；所述用户指令包括所述目标检测管道的标识；
根据所述用户指令导通所述待检测管道中的所述目标检测管道对应的光电探测器与所述采集模组之间的通道；
所述采集模组包括：同步信号源和采集卡，所述同步信号源与所述多通道继电器和所述采集卡连接，所述采集卡与所述多通道继电器的输出端连接；
所述同步信号源，用于产生同步信号，并将所述同步信号分别发送至所述多通道继电器、所述采集卡和激光源，以使所述多通道继电器、所述采集卡和所述激光源同步工作；
所述采集卡，用于将接收到的所述电信号转换为所述数字信号。
2.根据权利要求1所述的光纤信号接收装置，其特征在于，还包括驱动模组，所述驱动模组与所述多通道继电器连接；
所述同步信号用于驱动所述激光源向所述光纤发送脉冲光，所述同步信号还用于使能驱动模组对所述多通道继电器的控制功能；所述同步信号还用于驱动所述采集卡接收所述电信号。
3.根据权利要求2所述的光纤信号接收装置，其特征在于，所述驱动模组还用于，控制所述多通道继电器导通所述目标检测管道对应的光电探测器与所述采集模组之间的通道。
4.根据权利要求2所述的光纤信号接收装置，其特征在于，所述多通道继电器包括：
场效应晶体管开关电路，与所述驱动模组连接，所述驱动模组用于驱动所述场效应晶体管开关电路的通断。
5.一种管道预警系统，其特征在于，包括：
多个光纤，分别设置于多个待检测管道；
如权利要求1-4任一项所述的光纤信号接收装置；
上位机，与所述光纤信号接收装置连接，用于获取所述光纤信号接收装置接收的数字信号，并根据所述数字信号发出预警信息。
6.根据权利要求5所述的管道预警系统，其特征在于，还包括：
激光源，与所述上位机连接，所述上位机控制所述激光源向所述多个光纤发送脉冲光。
7.根据权利要求6所述的管道预警系统，其特征在于，还包括：
光电调制器，设置于所述激光源和所述多个光纤之间，用于调制所述脉冲光。
8.根据权利要求6所述的管道预警系统，其特征在于，所述光纤信号接收装置中的采集模组包括同步信号源；
所述上位机还用于控制所述同步信号源产生同步信号，并将所述同步信号发送至所述激光源，以使所述激光源向所述多个光纤发送脉冲光。
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