CN208846098U - 基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，包括：数据服务器；若干下位探测系统，所述下位探测系统包括固定在燃气管道上的传感光纤、与所述传感光纤连接的探测单元、与所述探测单元通讯连接的处理单元，所述处理单元与所述数据服务器通讯连接；其中，所述探测单元包括用来向所述传感光纤发射光脉冲的发射模块，接收所述传感光纤中的后向散射的接收模块，与所述发射模块、接收模块连接的计时模块，与所述发射模块、接收模块连接的相位差测取模块，与所述相位差测取模块连接的光电信号转换模块，所述光电信号转换模块、计时模块与所述处理单元通讯连接。本实用新型监测管道整体的振动状态，分析管道泄漏状况并报警。

Description

基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统

技术领域

本实用新型属于管道泄漏监测领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统。

背景技术

燃气管道泄漏不仅会对燃气公司造成巨大的经济损失，诱发火灾污染环境，还会影响燃气用户的使用，甚者危及管道周边居民的人身安全。现存的管道泄漏检测方法有：分段式压法、磁力探伤法、负压力法等，需要花费大量人力和时间去检测，实时性差，效率相对较低。

长距离监测管道需要消耗大量人力物力成本，并且仍然存在工作失误导致监测不够完善造成事故的可能性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，本实用新型能够监测管道整体的振动状态，分析管道泄漏状况并报警。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，包括：

数据服务器；

若干下位探测系统，所述下位探测系统包括固定在燃气管道上的传感光纤、与所述传感光纤连接的探测单元、与所述探测单元通讯连接的处理单元，所述处理单元与所述数据服务器通讯连接；

其中，

所述探测单元包括用来向所述传感光纤发射光脉冲的发射模块，接收所述传感光纤中的后向散射的接收模块，与所述发射模块、接收模块连接的计时模块，与所述发射模块、接收模块连接的相位差测取模块，与所述相位差测取模块连接的光电信号转换模块，所述光电信号转换模块、计时模块与所述处理单元通讯连接；

无燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第一相位差，发生燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第二相位差，所述光电信号转换模块将所述第一相位差、第二相位差转化为电信号后传递给所述处理单元，所述处理单元将所述第一相位差与第二相位差做比较，当所述第一相位差与第二相位差的差值超过预设的阈值，所述处理单元产生报警信号并将所述报警信号传递给所述数据服务器。燃气泄漏时，由于燃气管内气压远大于管外，气流高速通过泄漏口，会造成该处的管体振动，该振动直接传递到紧固在管体上的传感光纤上，造成传感光纤的形变，该形变会引起传感光纤中光脉冲的后向散射的显著变化，泄漏越严重、振动越强、形变越大导致的后向散射的相位差变化也越大。基于此，处理单元只需将第一相位差与第二相位差两相比较，即可推知各个传感光纤处的振动状况。

所述传感光纤为单模光纤，所述单模光纤的长度为45-55km，进一步地，所述单模光纤的长度为50km。

考虑到发射的光脉冲，其周期为0.5ms，为了防止第一束光脉冲发射后的后向反射信号与第二束光脉冲发生混叠，就要求光脉冲必须在脉冲周期内完成往返，该往返的最大距离与0.5ms这一周期对应。

考虑光在光纤中传输的速度 v=c/n（c为光速，n为折射率），n=1.5，v大概是2x108m/s，v乘以0.5ms除以2结果大约就是光纤的长度50km。考虑信号的实时性，应该是周期值越小实时性越强，但是周期值越小探测距离也会减小，所以需要均衡考虑探测距离与实时性。同时光信号传播是有衰减的，距离过长导致尾端信号衰减严重，难以识别，所以50km是综合探测距离与探测实时性后的有效选择。

所述发射模块中还包括调制解调器。

所述数据服务器中存储有燃气管道图，所述燃气管道图中包括有所述燃气管道的各点的经纬度信息。

所述数据服务器中还存储有所述燃气管道的各点距离所述发射模块的光纤长度。

所述报警信号中包括燃气泄漏处的光纤长度、所述第一相位差与第二相位差的差值。

所述燃气泄漏处的光纤长度设为S，所述计时模块测得所述发射模块发射光脉冲时的时间T0、所述接收模块接收到后向散射时的时间T1，所述传感光纤的折射率为n，光速为c，则有

当发生燃气泄漏，测得燃气泄漏处的光纤长度，根据数据服务器中存储的所述燃气管道的各点距离所述发射模块的光纤长度，从而反推出燃气泄漏处位于燃气管道的具体哪一点，又根据燃气管道图中存储的各点的经纬度信息，从而进一步推算出燃气泄漏处的经纬度。

所述数据服务器包括显示器。

所述处理单元产生报警信号之前还需满足如下条件：

所述第一相位差与第二相位差的差值超过预设的阈值达到预定的时间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型的监测距离长，1芯单模光纤就能监测长度将近50km左右的管道，对比人工检测，长期收益大，效率高；

2、本实用新型实现了对管道实时监控，出现燃气泄漏事件立即报警，报警更及时；

3、出现报警信息，只需派遣工作人员前往报警位置核实报警信息并进行相应处理即可，不再需要投入大量的人力周期性监测管道；

4、可以推算出泄漏地点的强度与具体经纬度，方便工作人员制定相应的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的整体结构示意图。

图2为探测单元向传感光纤中发射光脉冲的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-2所示，本实施例提供一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，包括：

数据服务器1；

若干下位探测系统2，所述下位探测系统2包括固定在燃气管道上的传感光纤21、与所述传感光纤21连接的探测单元22、与所述探测单元22通讯连接的处理单元23，所述处理单元23与所述数据服务器1通讯连接；

其中，

所述探测单元22包括用来向所述传感光纤21发射光脉冲的发射模块，接收所述传感光纤21中的后向散射的接收模块，与所述发射模块、接收模块连接的计时模块，与所述发射模块、接收模块连接的相位差测取模块，与所述相位差测取模块连接的光电信号转换模块，所述光电信号转换模块、计时模块与所述处理单元23通讯连接；

无燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第一相位差，发生燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第二相位差，所述光电信号转换模块将所述第一相位差、第二相位差转化为电信号后传递给所述处理单元23，所述处理单元23将所述第一相位差与第二相位差做比较，当所述第一相位差与第二相位差的差值超过预设的阈值，所述处理单元23产生报警信号并将所述报警信号传递给所述数据服务器1。

作为优选，本实施例所述传感光纤21为单模光纤，所述单模光纤的长度为45-55km。

进一步地，所述单模光纤为50km。

作为进一步优选，本实施例所述发射模块中还包括调制解调器。

作为进一步优选，本实施例所述数据服务器1中存储有燃气管道图，所述燃气管道图中包括有所述燃气管道的各点的经纬度信息。

作为进一步优选，本实施例所述数据服务器1中还存储有所述燃气管道的各点距离所述发射模块的光纤长度。

作为进一步优选，本实施例所述报警信号中包括燃气泄漏处100的光纤长度、所述第一相位差与第二相位差的差值。

作为进一步优选，本实施例所述燃气泄漏处100的光纤长度设为S，所述计时模块测得所述发射模块发射光脉冲时的时间T0、所述接收模块接收到后向散射时的时间T1，所述传感光纤21的折射率为n，光速为c，则有

作为进一步优选，本实施例所述数据服务器1包括显示器。

作为进一步优选，本实施例所述处理单元23产生报警信号之前还需满足如下条件：

所述第一相位差与第二相位差的差值超过预设的阈值达到预定的时间。

本实施例的工作步骤为：

步骤1：发射模块发射一束光脉冲；

步骤2：调制解调器将光脉冲调制；

步骤3：光脉冲入射传感光纤，计时模块记录入射光进入传感光纤的时间，相位差测取模块获取入射光的相位信息；

步骤4：接收模块接受传感光纤中各个位置的后向散射，计时模块记录接收模块接收到后向散射的时间，相位差测取模块获取后向散射的相位信息；

步骤5：处理单元根据入射光进入传感光纤的时间、入射光的相位信息、后向散射被接收模块接收到时的时间及相位信息，判断相位差是否超出预设的阈值，若超过，当相位差超出阈值的时间达到预设的时间时，处理单元产生报警信号；

步骤6：数据服务器接受来自处理单元的报警信号，将燃气泄漏点标注在燃气管道图上并通过显示器显示，通知工作人员。

尽管上述实施例已对本实用新型作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本实用新型的精神以及范围之内基于本实用新型公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本实用新型的精神以及范围之内。

Claims (9)

1.一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，包括：

数据服务器（1）；

若干下位探测系统（2），所述下位探测系统（2）包括固定在燃气管道上的传感光纤（21）、与所述传感光纤（21）连接的探测单元（22）、与所述探测单元（22）通讯连接的处理单元（23），所述处理单元（23）与所述数据服务器（1）通讯连接；

其中，

所述探测单元（22）包括用来向所述传感光纤（21）发射光脉冲的发射模块，接收所述传感光纤（21）中的后向散射的接收模块，与所述发射模块、接收模块连接的计时模块，与所述发射模块、接收模块连接的相位差测取模块，与所述相位差测取模块连接的光电信号转换模块，所述光电信号转换模块、计时模块与所述处理单元（23）通讯连接，无燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第一相位差，发生燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第二相位差；

无燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第一相位差，发生燃气泄漏时，所述相位差测取模块获取第二相位差，所述光电信号转换模块将所述第一相位差、第二相位差转化为电信号后传递给所述处理单元，所述处理单元将所述第一相位差与第二相位差做比较，当所述第一相位差与第二相位差的差值超过预设的阈值，所述处理单元产生报警信号并将所述报警信号传递给所述数据服务器。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述传感光纤（21）为单模光纤，所述单模光纤的长度为45-55km。

3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述单模光纤（21）的长度为50km。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述发射模块中还包括调制解调器。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述数据服务器（1）中存储有燃气管道图，所述燃气管道图中包括有所述燃气管道的各点的经纬度信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述数据服务器（1）中还存储有所述燃气管道的各点距离所述发射模块的光纤长度。

7.根据权利要求6所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述报警信号中包括燃气泄漏处的光纤长度、所述第一相位差与第二相位差的差值。

8.根据权利要求7所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述燃气泄漏处的光纤长度设为S，所述计时模块测得所述发射模块发射光脉冲时的时间T0、所述接收模块接收到后向散射时的时间T1，所述传感光纤（21）的折射率为n，光速为c，则有

。

9.根据权利要求8所述的一种基于分布式光纤传感技术的燃气泄漏监测系统，其特征在于，所述数据服务器（1）包括显示器。