CN117072892A - 一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法，包括：依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；半导体激光器发出的激光传输至长光程气室中，所述长光程气室中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器分束后一束入射到光电探测器上，所述光电探测器将入射的光信号转换为电信号输出至数据处理模块，所述数据处理模块用于对电信号进行处理实现燃气泄漏的实时监测。本发明提供了一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法，不仅可以实时监测燃气泄漏及定位，还具有全光传输，抗电磁干扰，检测精度高等优点。

Description

一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

我国燃气管道长度105.49万公里，燃气普及率达到97.87％，燃气使用带来便利的同时，燃气安全的风险日益凸显，包括燃气管道泄漏，常年腐蚀导致爆炸、施工第三方破坏、使用不当等，燃气管道大部分是埋地敷设，燃气管道的泄漏监测面临着复杂、恶劣的外部环境，自身隐患不易被发现，一旦发生事故往往造成严重的事故后果。因此，高灵敏的燃气管道智能巡检系统是满足日益增长监测需求的基础途径之一。

大规模的产业增长必然带来相关技术的快速发展，智能燃气泄漏巡检技术是涉及储运安全的重要监控和评估手段。如何能够更有效更精准的发现泄漏事件、确认问题管线成为技术发展的重点。在燃气泄漏巡检技术方面，相比传统的电化学、催化燃烧、半导体和非色散红外等技术，光纤式燃气泄漏巡检系统具有选择性好、抗干扰强、探测精度和灵敏度高、抗中毒、使用寿命长等优点，成为燃气泄漏巡检最可靠的技术手段。但是现有光纤光栅传感领域存在无法对范围内管道泄漏点进行精确定位、误警率高等技术缺陷。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法，不仅可以实时监测燃气泄漏及定位，还具有全光传输，抗电磁干扰，检测精度高等优点。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，包括：依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；

所述半导体激光器发出的激光传输至长光程气室中，所述长光程气室中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器分束后一束入射到光电探测器上，所述光电探测器将入射的光信号转换为电信号输出至处理模块，所述处理模块用于对电信号进行处理实现燃气泄漏的实时监测。

本发明第二方面提供了一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测方法，所述监测方法采用的监测系统包括依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；

所述用于燃气泄漏巡检的光纤式监测方法，包括：将用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统安装在巡检车上，打开所述用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统中各个部分的电源；

所述半导体激光器发出激光，传输至长光程气室中，所述长光程气室中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器分束后一束入射到光电探测器上，所述光电探测器将入射的光信号转换为电信号输出至数据处理模块，所述数据处理模块用于对电信号进行处理实现燃气泄漏的实时监测。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

(1)本发明提供的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统及方法，不仅可以实时监测燃气泄漏及定位，还具有全光传输，抗电磁干扰，检测精度高等优点；

(2)本发明通过利用三个光纤光栅的信号进行分析处理，对气体浓度信息的校准和泄漏点位置的判断，实现了对燃气输送管道泄漏点进行高精度地定位，解决了现有光纤光栅传感系统无法对管道泄漏点精准定位的技术缺陷。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统的连接关系示意图。

图中，1、温控电流源，2、半导体激光器，3、长光程气室，4、第一光纤耦合器，5、光电探测器，6、数据处理模块，7、掺杂光纤，8、宽带光源，9、光纤环形器，10、第二光纤耦合器，11、第一光纤光栅，12、第二光纤光栅，13、第三光纤光栅，14、光谱仪，15、计算机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，本发明提出一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，包括：温控电流源1，半导体激光器2，长光程气室3，光纤耦合器4，光电探测器5，数据处理模块6，掺杂光纤7，宽带光源8，光纤环形器9，光纤耦合器10，第一光纤光栅11，第二光纤光栅12，第三光纤光栅13，光谱仪14，计算机15。

温控电流源1控制半导体激光器2，半导体激光器2的输出端通过光纤连接长光程气室3的输入端，长光程气室3的输出端连接第一光纤耦合器4的输入端，第一光纤耦合器4的一路输出端连接光电探测器5，光电探测器5连接数据处理模块6，数据处理模块6连接计算机15；光纤耦合器5的另一路输出端连接掺杂光纤7；

宽带光源8的输出端通过光纤连接光纤环形器9的输入端，光纤环形器9的中间端通过光纤连接第二光纤耦合器10的输入端，第二光纤耦合器10的输出端通过光纤分别连接第一光纤光栅11、第二光纤光栅12和第三光纤光栅13，分别用于监测风速、湿度、温度，光纤环形器9连接光谱仪14，光谱仪14连接计算机15。

进一步的，掺杂光纤7与第一光纤光栅11并行放置，掺杂光纤7与第一光纤光栅11间隔一定距离不接触，且间距越小越好，使得掺杂光纤散出的热量能够充分被第一光纤光栅11监测，其中，掺杂光纤7可以是掺钴光纤；

第二光纤光栅12表面涂有聚酰亚胺湿敏薄膜，提高对于湿度检测的灵敏度；

进一步的，半导体激光器2的输出中心波长为1653nm。宽带光源8的输出波长范围为1520nm-1560nm。第一光纤光栅11的中心波长为1525nm。第二光纤光栅12的中心波长为1530nm。第三光纤光栅13的中心波长为1535nm。

半导体激光器2发出的激光传输至长光程气室3中，长光程气室3中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器4分束后一束入射到光电探测器5上，光电探测器5将入射的光信号转换为电信号输出至数据处理模块6，数据处理模块6用于对电信号进行处理，并将处理后的信号传输至计算机15实现燃气泄漏的实时监测；

宽带光源8发出的光经过光纤环形器9入射到第二光纤耦合器10，第二光纤耦合器10将光分为三路，分别入射到三个光纤光栅上，三个光纤光栅反射的光经过光纤环形器10的输出端入射到光谱仪14，光谱仪14信号传输到计算机，对应于光纤光栅中心波长的光可以被光纤光栅反射回来，然后通过光谱仪将波长的变化量传输到计算机来进行气体浓度信息的校准和泄漏点位置的判断。

实施例二

本实施例公开了一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测方法，该监测方法采用的实施例1中的监测系统，包括依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；

该监测方法，包括：步骤S1：将用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统安装在巡检车上，用于燃气管道泄漏的巡检，实现对泄漏点的及时、准确监测，气体浓度信息用于对燃气泄漏的判断，温度、湿度信息用于对气体浓度信息的校准，风速信息用于对泄漏点位置的判断；

步骤S2：连接用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，打开用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统中各个部分的电源；

步骤S3：半导体激光器2发出光，传输到长光程气室3中，长光程气室3中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器4分束后一束入射到光电探测器5上，光电探测器5将光信号转换为电信号，电信号被数据处理模块6处理，并与报警浓度进行对比，对比结果被传送到计算机15，用于工作人员对燃气泄漏进行实时监测，第一光纤耦合器4分束后的另一束光进入掺杂光纤7，释放出热量；

步骤S4：宽带光源8发出的光，经过光纤环形器9入射到第二光纤耦合器10，第二光纤耦合器10将光分为三路，分别入射到三个光纤光栅上，第一光纤光栅11用于风速的监测，不同风速的风吹过掺杂光纤后，带走的热量不同，第一导致光纤光栅11的波长偏移量不同；

第二光纤光栅12用于湿度的监测，不同湿度引起第二光纤光栅12产生不同的应力，导致第二光纤光栅12的波长偏移量不同；

第三光纤光栅13用于温度的监测，不同温度导致第三光纤光栅13的波长偏移量不同，三个光纤光栅反射的光经过光纤环形器9的输出端入射到光谱仪14，光谱仪14将信号传输到计算机15，用于气体浓度信息的校准和泄漏点位置的判断。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，包括：依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；

所述半导体激光器发出的激光传输至长光程气室中，所述长光程气室中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器分束后一束入射到光电探测器上，所述光电探测器将入射的光信号转换为电信号输出至数据处理模块，所述数据处理模块用于对电信号进行处理实现燃气泄漏的实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述光纤耦合器还与掺杂光纤连接，所述光纤耦合器分束后的另一束光进入掺杂光纤用于释放出热量。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，还包括宽带光源、光纤环形器、第二光纤耦合器、光纤光栅和光谱仪；

所述宽带光源发出的光经过光纤环形器入射到第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器将光分为三路，分别入射到三个光纤光栅上，三个光纤光栅反射的光经过光纤环形器的输出端入射到光谱仪，所述光谱仪用于气体浓度信息的校准和泄漏点位置的判断。

4.根据权利要求3所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述光纤光栅包括第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅；

所述第一光纤光栅用于风速的监测，不同风速的风吹过掺杂光纤后，带走的热量不同，导致第一光纤光栅的波长偏移量不同；

所述第二光纤光栅用于湿度的监测，不同湿度引起第二光纤光栅产生不同的应力，导致第二光纤光栅的波长偏移量不同；

所述第三光纤光栅用于温度的监测，不同温度导致第三光纤光栅的波长偏移量不同。

5.根据权利要求4所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述第二光纤光栅表面涂有聚酰亚胺湿敏薄膜。

6.根据权利要求4所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述掺杂光纤与第一光纤光栅间隔设定距离并行放置。

7.根据权利要求4所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述宽带光源的输出波长范围为1520nm-1560nm；

所述第一光纤光栅的中心波长为1525nm；

所述第二光纤光栅的中心波长为1530nm；

所述第三光纤光栅的中心波长为1535nm。

8.根据权利要求2所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述掺杂光纤为掺钴光纤。

9.根据权利要求1所述的一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统，其特征在于，所述半导体激光器的输出中心波长为1653nm。

10.一种用于燃气泄漏巡检的光纤式监测方法，其特征在于，包括：

所述监测方法采用的监测系统包括依次连接的半导体激光器、长光程气室、第一光纤耦合器、光电探测器和数据处理模块；

所述用于燃气泄漏巡检的光纤式监测方法，包括：将用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统安装在巡检车上，打开所述用于燃气泄漏巡检的光纤式监测系统中各个部分的电源；

所述半导体激光器发出激光，传输至长光程气室中，所述长光程气室中的气体分子吸收光子，导致光强衰减，被气体分子吸收后的光经过第一光纤耦合器分束后一束入射到光电探测器上，所述光电探测器将入射的光信号转换为电信号输出至数据处理模块，所述数据处理模块用于对电信号进行处理实现燃气泄漏的实时监测。