CN204420586U - 基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于管道泄漏监测技术领域，具体涉及一种基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，它包括铺设于管道一侧的传感光纤、第一干涉模块、第二干涉模块、主控模块，所述主控模块分别与第一干涉模块和第二干涉模块连接，所述第一干涉模块和第二干涉模块分别与传感光纤连接。相较于现有基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，系统仅采用一个激光光源发射光信号，并且在管道一侧只需铺设一根传感光纤即可，系统结构较为简单，在干涉模块中同时采用移相器和压电陶瓷相位调制器等抗偏振衰落器件使监测装置所接收到的扰动信号幅度有较大的提高，信号检测灵敏度提高，进而增加了管道泄漏监测装置的实时监控和有效监测范围，并提高了监测精度。

Description

基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置

技术领域

本实用新型属于管道泄漏监测技术领域，具体涉及一种基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置。

背景技术

管道传输具有经济、高效、安全、稳定等诸多优点，因此被广泛应用于石油、天然气、水等流体的运输。但管道常年埋于地下，容易发生腐蚀、疲劳破损，或者泄漏，这不仅带来巨大的经济损失，而且污染环境，因此研究有效的管道泄漏监测技术，对于保证管道安全运输极为重要。近年来，随着光纤传感技术的发展，长距离分布式光纤传感技术也开始应用于管道泄漏监测，光纤传感器的灵敏度高、动态范围大、响应快、传输距离长，可满足长距离、小泄漏管道监测要求。

现有管道泄漏定位技术主要有负压波法、模型法等，存在灵敏度低、响应慢、定位精度差等问题，在实际应用中难以满足快速、准确的检测定位要求。光纤传感器的出现可以很好的解决上述问题，这其中，干涉型光纤传感器以其简单的结构和较高的灵敏度在实际应用中有着较大的优势，但也存在着偏振衰落、噪声大等问题。

中国发明专利(申请号：201110166334.2)公开了一种基于双Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置及方法，该装置包括第一光路系统、第二光路系统、分布式光纤传感系统和检测系统四部分，其中第一光路系统和第二光路系统各采用一个宽带连续光源，分布式光纤传感系统采用两根传感光纤，系统结构较为复杂，在光路系统中仅采用消偏器来稳定光的偏振态，系统灵敏度和精准度都不够。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有Sagnac光纤干涉管道泄漏监测装置系统结构复杂，监测系统接收到的扰动信号幅度较小，监测精度有待于提高的缺陷，提出了一种基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置。

本实用新型提供的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，它包括铺设于管道一侧的传感光纤、第一干涉模块、第二干涉模块、主控模块，所述主控模块分别与第一干涉模块和第二干涉模块连接，所述第一干涉模块包括第一耦合器、第一移相器、第一压电陶瓷相位调制器、第一延迟光纤、第二耦合器、第一波分复用器、第一法拉第旋光镜，所述第一耦合器的一个输出端依次连接第一移相器、第一压电陶瓷相位调制器、第一延迟光纤后再与第二耦合器的一个输入端连接，所述第一耦合器的另一输出端连接第二耦合器的另一输入端，所述第二耦合器的输出端与第一波分复用器的透射端连接，所述第一波分复用器的反射端与第一法拉第旋光镜连接，所述第一波分复用器的公共端与传感光纤的一端连接；所述第二干涉模块包括第三耦合器、第二移相器、第二压电陶瓷相位调制器、第二延迟光纤、第四耦合器、第二波分复用器、第二法拉第旋光镜，所述第三耦合器的一个输出端依次连接第二移相器、第二压电陶瓷相位调制器、第二延迟光纤后再与第四耦合器的一个输入端连接，所述第三耦合器的另一输出端连接第四耦合器的另一输入端，所述第四耦合器的输出端与第二波分复用器的透射端连接，所述第二波分复用器的反射端与第二法拉第旋光镜连接，所述第二波分复用器的公共端与传感光纤的另一端连接。

进一步的，所述第一干涉模块还包括第一步进电机，所述第一步进电机与第一压电陶瓷相位调制器连接。

进一步的，所述第二干涉模块还包括第二步进电机，所述第二步进电机与第二压电陶瓷相位调制器连接。

进一步的，所述主控模块包括激光光源、第三波分复用器、第一掺铒光纤放大器、第四波分复用器、第五波分复用器、第二掺铒光纤放大器、第六波分复用器、第一光电探测模块、第二光电探测模块、A/D采集卡、数据处理模块，所述激光光源与第三波分复用器公共端连接，所述第三波分复用器透射端依次连接第一掺铒光纤放大器和第四波分复用器后与第一耦合器的一个输入端连接；所述第三波分复用器的反射端依次连接第五波分复用器、第二掺铒光纤放大器、第六波分复用器后与第三耦合器的一个输入端连接；所述第一耦合器的另一输入端与第一光电探测模块连接，所述第三耦合器的另一输入端与第二光电探测模块连接，所述第一光电探测模块和第二光电探测模块分别与A/D采集卡连接，所述A/D采集卡与数据处理模块连接。

优选的，所述第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器的中心波长为1550nm；

优选的，所述第五波分复用器、第六波分复用器的中心波长为1552nm。

本实用新型的管道泄漏监测原理是：当管道某处有泄漏发生时，泄漏流体和泄漏孔壁会产生摩擦，从而在管壁激发出应力波(即泄漏声发射信号)，此应力波作用在传感光纤上，传感光纤的长度和折射率都会发生变化，导致传感光纤中传输的光相位被调制，由于第一干涉模块和第二干涉模块均存在延迟线圈，使每个干涉模块中传输的干涉光经过泄漏点的时间不同，泄漏声发射信号对两束干涉光的相位调制也不同，两束光间产生相位差，因此两束光发生干涉。通过实时检测干涉光的信号变化，即可实现管道泄漏的监测。

本实用新型的有益效果为：相较于现有基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，系统仅采用一个激光光源发射光信号，并且在管道一侧只需铺设一根传感光纤即可，系统结构较为简单，在干涉模块中同时采用移相器和压电陶瓷相位调制器等抗偏振衰落器件使监测装置所接收到的扰动信号幅度有较大的提高，信号检测灵敏度提高，进而增加了管道泄漏监测装置的实时监控和有效监测范围，并提高了监测精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图中：A.第一干涉模块，B.第二干涉模块，C.主控模块，1.传感光纤，2.第一耦合器，3.第一移相器，4.第一压电陶瓷相位调制器，5.第一延迟光纤，6.第二耦合器，7.第一波分复用器，8.第一法拉第旋光镜，9.第三耦合器，10.第二移相器，11.第二压电陶瓷相位调制器，12.第二延迟光纤，13.第四耦合器，14.第二波分复用器，15.第二法拉第旋光镜，16.第一步进电机，17.第二步进电机，18.激光光源，19.第三波分复用器，20.第一掺铒光纤放大器，21.第四波分复用器，22.第五波分复用器，23.第二掺铒光纤放大器，24.第六波分复用器，25.第一光电探测模块，26.第二光电探测模块，27.A/D采集卡，28.数据处理模块。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

如图1所示，本实用新型提供了一种基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，它包括铺设于管道一侧的传感光纤1、第一干涉模块A、第二干涉模块B、主控模块C，所述主控模块C分别与第一干涉模块A和第二干涉模块B连接，所述第一干涉模块A包括第一耦合器2、第一移相器3、第一压电陶瓷相位调制器4、第一延迟光纤5、第二耦合器6、第一波分复用器7、第一法拉第旋光镜8，所述第一耦合器2的一个输出端依次连接第一移相器3、第一压电陶瓷相位调制器4、第一延迟光纤5后再与第二耦合器6的一个输入端连接，所述第一耦合器2的另一输出端连接第二耦合器6的另一输入端，所述第二耦合器6的输出端与第一波分复用器7的透射端连接，所述第一波分复用器7的反射端与第一法拉第旋光镜8连接，所述第一波分复用器7的公共端与传感光纤1的一端连接；所述第二干涉模块B包括第三耦合器9、第二移相器10、第二压电陶瓷相位调制器11、第二延迟光纤12、第四耦合器13、第二波分复用器14、第二法拉第旋光镜15，所述第三耦合器9的一个输出端依次连接第二移相器10、第二压电陶瓷相位调制器11、第二延迟光纤12后再与第四耦合器13的一个输入端连接，所述第三耦合器9的另一输出端连接第四耦合器13的另一输入端，所述第四耦合器13的输出端与第二波分复用器14的透射端连接，所述第二波分复用器14的反射端与第二法拉第旋光镜15连接，所述第二波分复用器14的公共端与传感光纤1的另一端连接。所述第一干涉模块A还包括第一步进电机16，所述第一步进电机16与第一压电陶瓷相位调制器4连接。所述第二干涉模块B还包括第二步进电机17，所述第二步进电机17与第二压电陶瓷相位调制器11连接。所述主控模块包括激光光源18、第三波分复用器19、第一掺铒光纤放大器20、第四波分复用器21、第五波分复用器22、第二掺铒光纤放大器23、第六波分复用器24、第一光电探测模块25、第二光电探测模块26、A/D采集卡27、数据处理模块28，所述激光光源18与第三波分复用器19公共端连接，所述第三波分复用器19透射端依次连接第一掺铒光纤放大器20和第四波分复用器21后与第一耦合器2的一个输入端连接；所述第三波分复用器19的反射端依次连接第五波分复用器22、第二掺铒光纤放大器23、第六波分复用器24后与第三耦合器9的一个输入端连接；所述第一耦合器2的另一输入端与第一光电探测模块25连接，所述第三耦合器9的另一输入端与第二光电探测模块26连接，所述第一光电探测模块25和第二光电探测模块26分别与A/D采集卡27连接，所述A/D采集卡27与数据处理模块28连接。所述第一波分复用器7、第二波分复用器14、第三波分复用器19、第四波分复用器21的中心波长为1550nm；所述第五波分复用器22、第六波分复用器24的中心波长为1552nm。

工作原理：激光光源18发出的激光进入第三波分复用器19，第三波分复用器19的透射光进入第一掺铒光纤放大器20，经过放大的光进入第四波分复用器21，第四波分复用器21在此滤除其他不符合干涉条件的波长的光，然后光经第一耦合器2以功率1∶1分成两束。

一束光的传播路径为：第一移相器3→第一压电陶瓷相位调制器4→第一延迟光纤5→第二耦合器6→第一波分复用器7→传感光纤1→第二波分复用器14→第二法拉第旋光镜15→第二波分复用器14→传感光纤1→第一波分复用器7→第二耦合器6→第一耦合器2。

另一束光的传播路径为：第二耦合器6→第一波分复用器7→传感光纤1→第二波分复用器14→第二法拉第旋光镜15→第二波分复用器14→传感光纤1→第一波分复用器7→第二耦合器6→第一延迟光纤5→第一压电陶瓷相位调制器4→第一移相器3→第一耦合器2。

上述两束光返回第一耦合器2后发生干涉，干涉光进入第一光电探测模块25将光信号转为电信号，然后进入A/D采集卡27，再进入数据处理模块28。

激光光源18进入第三波分复用器19后，第三波分复用器19的反射光进入第五波分复用器22，然后进入第二掺铒光纤放大器23，经过放大的光进入第六波分复用器24，第六波分复用器24在此滤除其他不符合干涉条件的波长的光，然后光经第三耦合器9以功率1∶1分成两束。

一束光的传播路径为：第二移相器10→第二压电陶瓷相位调制器11→第二延迟光纤12→第四耦合器13→第二波分复用器14→传感光纤1→第一波分复用器7→第一法拉第旋光镜8→第一波分复用器7→传感光纤1→第二波分复用器14→第四耦合器13→第三耦合器9。

另一束光的传播路径为：第四耦合器13→第二波分复用器14→传感光纤1→第一波分复用器7→第一法拉第旋光镜8→第一波分复用器7→传感光纤1→第二波分复用器14→第四耦合器13→第二延迟光纤12→第二压电陶瓷相位调制器11→第二移相器10→第三耦合器9。

上述两束光返回第三耦合器9后发生干涉，干涉光进入第二光电探测模块26将光信号转为电信号，然后进入A/D采集卡27，再进入数据处理模块28。

泄漏点的定位是先通过两个光电探测模块将泄漏信号转为电信号，再通过A/D采集卡27将模拟信号转为数字信号，并输入数据处理模块28进行数字信号处理。处理方法是通过将互相关法和陷波法两种方法联合用并求平均值，提高了测量结果的准确性。在软件处理中引入了小波算法，有效降低系统中噪声，提高了系统的抗干扰能力。

Claims (6)

1.一种基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，它包括铺设于管道一侧的传感光纤、第一干涉模块、第二干涉模块、主控模块，所述主控模块分别与第一干涉模块和第二干涉模块连接，其特征在于：所述第一干涉模块包括第一耦合器、第一移相器、第一压电陶瓷相位调制器、第一延迟光纤、第二耦合器、第一波分复用器、第一法拉第旋光镜，所述第一耦合器的一个输出端依次连接第一移相器、第一压电陶瓷相位调制器、第一延迟光纤后再与第二耦合器的一个输入端连接，所述第一耦合器的另一输出端连接第二耦合器的另一输入端，所述第二耦合器的输出端与第一波分复用器的透射端连接，所述第一波分复用器的反射端与第一法拉第旋光镜连接，所述第一波分复用器的公共端与传感光纤的一端连接；所述第二干涉模块包括第三耦合器、第二移相器、第二压电陶瓷相位调制器、第二延迟光纤、第四耦合器、第二波分复用器、第二法拉第旋光镜，所述第三耦合器的一个输出端依次连接第二移相器、第二压电陶瓷相位调制器、第二延迟光纤后再与第四耦合器的一个输入端连接，所述第三耦合器的另一输出端连接第四耦合器的另一输入端，所述第四耦合器的输出端与第二波分复用器的透射端连接，所述第二波分复用器的反射端与第二法拉第旋光镜连接，所述第二波分复用器的公共端与传感光纤的另一端连接。

2.如权利要求1所述的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，其特征在于：所述第一干涉模块还包括第一步进电机，所述第一步进电机与第一压电陶瓷相位调制器连接。

3.如权利要求1所述的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，其特征在于：所述第二干涉模块还包括第二步进电机，所述第二步进电机与第二压电陶瓷相位调制器连接。

4.如权利要求1所述的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，其特征在于：所述主控模块包括激光光源、第三波分复用器、第一掺铒光纤放大器、第四波分复用器、第五波分复用器、第二掺铒光纤放大器、第六波分复用器、第一光电探测模块、第二光电探测模块、A/D采集卡、数据处理模块，所述激光光源与第三波分复用器公共端连接，所述第三波分复用器透射端依次连接第一掺铒光纤放大器和第四波分复用器后与第一耦合器的一个输入端连接；所述第三波分复用器的反射端依次连接第五波分复用器、第二掺铒光纤放大器、第六波分复用器后与第三耦合器的一个输入端连接；所述第一耦合器的另一输入端与第一光电探测模块连接，所述第三耦合器的另一输入端与第二光电探测模块连接，所述第一光电探测模块和第二光电探测模块分别与A/D采集卡连接，所述A/D采集卡与数据处理模块连接。

5.如权利要求4所述的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，其特征在于：所述第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器的中心波长为1550nm。

6.如权利要求4所述的基于双Sagnac双波长光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，其特征在于：所述第五波分复用器、第六波分复用器的中心波长为1552nm。