CN209296054U - 一种分布式光纤光栅检测管道及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式光纤光栅检测管道及系统，所述分布式光纤光栅检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤中接有一个以上的光纤光栅；所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和/或设置在所述管道的外壁上，和/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。该分布式光纤光栅检测管道及系统利用光纤对光信号的反射特性实现管道的远程分布式检测，通过多条光纤的螺旋结构设置、直线结构设置以及螺旋结构和直线结构复合的形式，对管道进行高精度的远端检测；通过光栅对特定位置的管道进行检测，具有管道检测连续性好、定位性能好、检测针对性强等特点。

Description

一种分布式光纤光栅检测管道及系统

技术领域

本实用新型涉及到管道监测领域，具体涉及到一种分布式光纤光栅检测管道及系统。

背景技术

在传统的管道监测领域中，输水管道、排污管道等地下设备大部分是采用定期人工检修的方式进行监测维护。在城市建设的过程中，随着地面建筑数量集聚增加，输水管道、排污管道等地下设备的监测维护成本越来越高；此外，随着管道网络的规模以及复杂性的增加，人工监测维护的工作量大大增加。因此，需要一种监测成本更低、作业难度更低的设备对管道进行监测。

实用新型内容

为了克服所述问题，本实用新型提供了一种分布式光纤光栅检测管道及系统，具有管道检测连续性好、定位性能好、检测针对性强等特点。

本实用新型提供了一种分布式光纤光栅检测管道，所述分布式光纤光栅检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤中接有一个以上的光纤光栅；

所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和/或设置在所述管道的外壁上，和/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

所述一条以上的光纤轴线与所述管道主体的轴线平行。

所述一条以上的光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

所述一个以上的光纤光栅包括温度光栅传感器，所述温度光栅传感器设置在所述管道主体的内壁上。

所述一个以上的光纤光栅包括应变光栅传感器；所述应变光栅传感器设置在所述管道主体的内壁和外壁之间。

所述一个以上的光纤光栅包括压力光栅传感器；所述压力光栅传感器设置在所述管道主体的外壁上。

所述管道主体外周和/或内壁上开有螺旋槽和/或直槽，所述一条以上的光纤设置在所述螺旋槽和/或直槽中。

所述螺旋槽和/或直槽基于与所述管道主体材料相同的材料进行密封，所述一条以上的光纤设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

所述光纤基于胶粘的方式固定在所述管道主体内壁和/或外壁上。

相应的，本发明实施例还提供了一种分布式光纤光栅检测管道系统，所述分布式光纤光栅管道系统包括以上任一项所述的分布式光纤光栅检测管道、用于输出光信号至所述光纤并接收所述光纤反射的调制光信号的光信号收发设备；所述光信号收发设备与所述一条以上的光纤中任意一条光纤的一端或两端连接

本实用新型提供了一种分布式光纤光栅检测管道及系统，利用光纤对光信号的反射特性实现管道的远程分布式检测，通过多条光纤的螺旋结构设置、直线结构设置以及螺旋结构和直线结构复合的形式，对管道进行高精度的远端检测；通过光栅对特定位置的管道进行检测，具有管道检测连续性好、定位性能好、检测针对性强等特点。

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它的附图。

图1示出了本实用新型实施例的分布式检测管道系统结构示意图；

图2示出了光纤背向散射谱分布图；

图3示出了对应于光纤各状态的OTDR测试曲线图；

图4示出了本实用新型实施例OTDR机构原理图；

图5示出了本实用新型实施例的光纤第一设置结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例的光纤第二设置结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例的光纤第三设置结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例的光纤第四设置结构示意图；

图9示出了本发明实施例的光纤光栅设置结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例的光信号收发设备结构示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例的分布式检测管道系统结构示意图。本实用新型实施例的分布式光纤光栅管道检测系统包括分布式光纤光栅检测管道和光信号收发设备3；所述分布式光纤光栅检测管道包括管道主体1、分布式光纤传感器2，所述分布式光纤传感器2包括光纤光栅传感器。

所述管道主体1可以使用塑料、水泥或金属等材料制成，用于自来水运输、污水运输等用途。一般情况下，管道主体埋藏于地下，在合适的位置上设置有竖直通往底面的管道井口。

为了获取管道主体1的整体工况，本实用新型实施例的分布式检测管道使用分布式光纤传感器2作为探测元件，分布式光纤传感器的数量种类有70多种，可用于测量多种物理量，如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等。具体实施中，分布式光纤传感器的主要类型有两种，一种为物性型光纤传感器，一种为结构型光纤传感器。

物性型光纤传感器是利用光纤自身对环境变化的敏感性，将环境的物理量变换为调制的光信号，其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等因素影响下，其光特性，如相位、波长和光强等光特性会发生变化。因此，通过对光纤的光相位、波长和光强的测量与计算，可以获取被测物理量的变化情况。

结构型光纤传感器是通过光检测元件进行环境物理量检测，光检测原件在环境物理量的影响下，会改变经过光检测原件的光的光特性，通过光纤对光的传导作用，在光纤中捕抓相对应的光信号，即可获取管道的环境物理量。在使用结构性光纤传感器的情况下，光纤仅作为光的传播媒介。具体的，光检测元件可以为光纤光栅等光检测原件，其中，应用最为广泛的为布拉格光纤光栅传感器。

综上所述，物性型光纤传感器和结构型光纤传感器的工作原理在于光纤或光检测元件在外界物理量的改变下，会使光纤内传输的部分光的光特性发生变化，通过获取产生光特性变化的光信号，即可推导出外界物理量的变化情况；当采用物性型光线传感器时，可远程计算出光纤任意位置的光特性变化情况，从而了解管道主体任意位置的物理量变化情况，实时获取管道主体的工况。

以下分别就物性型光纤传感器和结构型光纤传感器两种方式对本实用新型实施例的分布式检测管道进行介绍：

实施例一：

物性型光纤传感器同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质根据光纤内传输的光在不同光纤位置上所产生的光特性变化，可获取光纤任意位置上的物理量变化情况。图2示出了光纤背向散射谱分布图，具体的，当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射三种效应，散射光的波长和强度之间都具有明显的差异性，通过波长可对各种光进行区分；基于该原理衍生出三类传感技术，分别为利用后向瑞利散射的传感技术、利用拉曼效应的传感技术、利用布里渊效应的传感技术；以下分别对各种传感技术进行介绍。

利用后向瑞利散射的传感技术：瑞利散射主要特点有：瑞利散射属于弹性散射，不改变光波的频率，即瑞利散射光与入射光具有相同的波长；散射光强与入射光波长的四次方成反比λ为入射光波长，I为瑞利散射光光强；散射光强随观察方向而变，在不同的观察方向上，散射光强不同，可表示为I(θ)＝I₀(1+cos²θ)，其中，θ为入射光方向与瑞利散射光方向的夹角；I₀是方向上的散射光强；瑞利散射光具有偏振性，其偏振程度取决于散射光与入射光的夹角θ。

当光波在光纤中向前传输时，会在光纤沿线不断产生背向的瑞利散射光，瑞利散射光的功率与引起散射的光波功率成正比；由于光纤中存在损耗，光波在光纤中传播时的能量会不断衰减，因此光纤中不同位置处产生的瑞利散射信号中携带有光纤沿线的损耗信息。另外，由于瑞利散射发生时会保持散射前光波的偏振态，所以瑞利散射信号同时包含光波偏振态的信息。因此，当瑞利散射光返回到光纤入射端后，通过检测瑞利散射信号的功率、偏振态等信息，可对外部因素作用后光纤中出现的缺陷等现象进行探测，从而实现对作用在光纤上的相关参量如压力、弯曲等物理进行测量。

图3示出了对应于光纤各状态的OTDR测试曲线图。具体实施中，OTDR，即光时域反射仪其应用的原理即为后向瑞利散射原理；假设光纤发生熔接、弯曲等非反射事件时，OTDR测试曲线表现为衰减；假设光纤发生活动连接、机械连接、断裂等反射事件时，OTDR测试曲线表现为阶跃后衰减；光纤末端则为会产生不规则震动，光强接近于0。

传统OTDR的作业过程为：处理器发出驱动信号至光源，驱动光源开始发出光信号，并从发出驱动信号的瞬间开始计时；光信号经光纤耦合器后导出至光纤，随着光信号的传播，光纤上各点产生后向瑞利散射；后向瑞利散射光经光纤耦合器和光电转换器后，转换为电信号供处理器处理；处理器根据接收到的后向瑞利散射光时间，判断产生该后向瑞利散射光的光纤距离；实际实施中，由于光电转换器需要一定的转换时间，且光信号在光纤中的传播速度较快，微小的时间差异会导致光纤距离测算出现偏差。

图4示出了本实用新型实施例OTDR机构原理图。在本实用新型实施例中，处理器驱动光源发出光信号，光源输出的光信号经过光分路器等分光元件从外输出端和内输出端两路进行同步输出，其中，外输出端经光纤耦合器连接至光纤，内输出端经光电转换器后与处理器连接，作为计时信号的启动信号；由于计时信号的启动信号和结束信号均经历同样的处理过程，因此，计时更为准确，光纤距离的测算更加准确。

需要说明的是，光纤距离d的计算公式为其中d为光纤距离，t为计时时间，C为真空光速，n为光纤折射率。以下所介绍的拉曼效应、布里渊效应同样需要应用该光纤距离计算公式进行光纤距离的计算。

利用拉曼效应的传感技术：拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的，如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光；如果一部分热振动转换为光能，那么将发出一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯光。根据拉曼散射理论，在自发拉曼散射条件下，斯托克斯光与温度无光，反斯托克斯光的强度则随温度变化，具体计算公式为R(T)为温度，I_as为反斯托克斯光光强，I_s为斯托克斯光光强，λ_s为斯托克斯光波长，λ_as为反斯托克斯光波长， h为普朗克常数，c为光在真空中的速度，μ为波数偏移，k为波尔兹曼常数，T 为绝对温度。

具体实施中，由于这两种不同波长光的衰减差异和探测器对这两种光的响应差异，需要通过设定定标区来消除影响。具体的，定标区可设置在光纤的前 200m，可把光纤放入恒温箱中作为参考光纤，设定其温度为T₀，则在测温系统标定后，通过测定R(T)即可确认沿光纤各测量点的温度值。

利用布里渊效应的传感技术：布里渊散射是光波、声波相互作用而产生的一种非弹性散射，在散射过程中产生的斯托克斯光相对于泵浦光会有一频移，称为布里渊频移，对于常用的光线，其值大约为十几个吉赫；布里渊散射信号的功率和频移与光纤的温度和应力有关。基于布里渊散射的分布式传感技术可分为两大类：基于受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS) 的技术和基于自发布里渊散射的技术(Spontaneous Brillouin Scattering，spBS)。基于分析技术的传感器或传感系统一般有较好的性能，因为基于SBS 的系统有较高的信噪比(signal－to－noise ratio，SNR)，从而使其信号探测和信号处理较为简单，但是分析技术一般需要从光纤两端同时探测；另一方面，基于spBS的反射技术信号较弱，需要复杂的信号处理方法，但是其优点是只需在光纤的一端探测，并且在光纤断裂的时候仍可测量从探测端到断点之间的光纤。具体实施中，有BOTDR、BOTDA、BOCDA、BOCDR、BOFDA五种实施方式。

结合附图图2所示的光纤背向散射谱分布图，各散射效应所产生的散射光信号具有较为明显的波长差异，通过波分复用器将各种散射光分别提取，并进行相应的光电转换，可实现多种散射效应同步监测或分时监测的目的，大大节省了设备资源。

综上所述，物性型光纤传感器利用光纤自身作为传感器，通过将光纤布置在管道主体上，可检测管道主体的工况，根据光纤布置形式的不同，可实现对管道主体二维、三维的检测效果。

基本的，对于使用水泥、金属等硬质材料制成的管道主体，为了准确获取管道外部和内部的工况，光纤可以布置在管道主体的外周上，也可以布置在管道主体的内壁上。

当光纤布置在管道主体外部时，主要用于获取外部环境对管道主体所造成的影响，如外界对管道主体外周的压力、管道主体外周产生的震动、管道主体外部的温度变化、管道是否发生泄露等；当光纤布置在管道主体内部时，主要用于获取内部流体对管道主体所造成的影响，如内部流体压力是否过大、管道是否发生泄露、管道是否发生破坏、管道内部流体是否流动正常等；具体的，当光纤布置在管道内部时，为了增加光纤寿命，需要用具有抗污性能和防水性能的粘合剂将光纤贴合至管道内壁中。

对于使用软质塑料制成的管道主体，由于软质塑料具有一定的弹性，可将将管道内部或外部的压力传递至管道主体的内部，因此，光纤可以嵌入设置在管道主体中，利用管道主体自身对光纤进行保护，且可同时准确获取管道主体内部和外部的压力信息，对管道的工况进行获取。

此外，将光纤嵌入至管道主体中时，当管道主体发生破损情况时，其各种散射效应会产生明显的变化，因此，将光纤管道嵌入至管道主体中时，用于检测管道的破损具有良好的效果。

图5示出了本实用新型实施例的光纤第一设置结构示意图。具体的，光纤 201可以与管道主体1轴线方向平行的方式设置在管道主体的内壁、外周或嵌入至管道主体中，与弯曲设置的光纤设置方式相比，由于光的反射次数减少，光在光纤中的传播距离增加，在同一光源条件下，光的分布式检测距离增加。具体实施中，一根光纤201可对对应于该光纤安装位置上的管道主体1实现一维的工况检测；为了实现对管道主体1的多个方向维度的工况检测，可在管道主体的不同方向上设置多根光纤201，光纤201设置的密度越高，对管道主体1的检测覆盖面积越大；由于管道主体的工况是具有一定的连续性的，不会是突然骤变的，如管道主体孔洞的破损总是有一定面积的、压力对管道主体的作用面积总是有一定面积的，因此，通过多根光纤201的综合监测，可准确获取管道主体1的实际工况。

图6示出了本实用新型实施例的光纤第二设置结构示意图。具体的，光纤 401可以以螺旋状的方式布置在管道主体1的内壁、外周或嵌入至管道主体1中，与平行于管道主体轴线的光纤设置方式相比，光纤401以螺旋状的方式布置可形成一个围绕于管道主体的三维网络；光纤401的螺旋角越小，该三维网络的探测密度越大，对管道主体1的探测效果越好。

图7示出了本实用新型实施例的光纤第三设置结构示意图。具体的，还可以通过多根光纤以螺旋状的方式进行布置，形成更为良好的管道工况检测效果。具体的，多根光纤501可以以不同的螺旋角、不同的旋向布置在管道主体1 内壁、外周或嵌入至管道主体1中，通过综合多根光纤的信息，可高精度的确定管道工况。

图8示出了本实用新型实施例的光纤第四设置结构示意图。具体的，多根光纤601可采用复合结构进行布置。具体的，多根光纤601中的至少一根光纤采用平行与管道主体轴线的方式设置在管道主体1内壁、外周或嵌入至管道主体1 内，多根光纤601中的至少一根光纤以螺旋结构设置在管道主体1内壁、外周或嵌入至管道主体1内，与附图图5所示的方式相比，对于螺旋光纤布线时的误差，由于直光纤的存在，对于管道距离的计算更为准确，管道主体1的位置测量精度更高。

实施例二：

在众多的结构型光纤传感器中，常用的为光纤光栅传感器(Fiber GratingSensor)。光纤光栅传感器是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器可实现对应变、温度、加速度、压力等多物理量的检测。

图9示出了本发明实施例的光纤光栅设置结构示意图。具体的，应变光栅传感器会在外界的物理条件影响下，改变自身光纤光栅的波长漂移，具体应用中，经过该光纤光栅的光信号特性会发生改变；通过光信号收发设备获取光纤中光信号特性的变化情况，即可获取光纤光栅除的外界物理条件。

具体实施中，由于光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因而需要对其进行封装后才能使用，目前常用的封装方式主要有基片式、管式和基于管式的两端夹持式。

具体的，在管道应用中，主要应用的为压力光栅传感器、应变光栅传感器和温度光栅传感器；其中，压力光栅传感器用于布置在管道主体的外壁上，用于测量外界环境对管道主体外壁的压力；应变光栅传感器可嵌入安装在管道主体的内壁与外壁之间，获取管道主体的变形情况；温度光栅传感器可设置在管道主体的内壁中，获取水温度的变化，判断污水是否产生危险的高温化学反应。

由于结构性光纤传感器只能在传感器设置的位置上产生作用，通常在特定的位置中使用。在排污管道应用中，应变光栅传感器可设置在公路底部、山体底部等高载荷区域的管道主体上；而温度光栅传感器可设置在高原区域、高地热区域等与常温温度差异较大的主体上；相应的，光纤光栅传感器可同样设置在管道主体的内壁、外周或嵌入至管道主体中。

结构性光纤传感器可以与物性型光纤传感器同时使用，也可以单独使用。

当结构性光纤传感器可以与物性型光纤传感器同时使用时，物性型光纤传感器可获取管道主体的连续长度工况，对于一些易发生故障，如管道主体的连接接口处、管道主体的入口和出口、管道主体的线径改变点，可针对故障类型，在光纤中接入相关的结构性光纤传感器，并将结构性光纤传感器设置在相应的管道主体的内壁、外壁或嵌入至内壁与外壁之间。

需要说明的是，当结构性光纤传感器与物性型光纤传感器同时使用时，，结构性光纤传感器的波长漂移需要与物性型光纤传感器的散射效应波长产生区别，以供光信号收发模块进行识别。

以上分别就分布式光纤传感器的结构进行介绍，由于分布式光纤传感器为无源器件，相应的，本实用新型通过光信号收发设备进行光信号的收发和处理。

实施例三：

常见的，针对不同类型的检测原理，现有的光信号收发设备主要包括DTS、 BOTDA等几大类，本实用新型实施例为了在光信号收发设备上实现多种测量方式，针对单端检测应用方式，本实用新型实施例的光信号收发设备的结构如下：

本实用新型实施例的光信号收发设备包括光信号发射模块、光信号接收模块、光信号处理模块和中控模块；由于一个光信号收发设备的检测距离有限，且管道网络的布置错综复杂，因此，在实际应用中，需要设置多个光信号收发设备进行中继检测。为了对多个光信号收发设备的信息进行采集汇总，本实用新型实施例的光信号收发设备同时还包括通信模块。

具体的，光信号发射模块用于产生特定波长、频率的激光，包括一可调激光器；可调激光器可分为内调制激光器和外调制激光器两种类型，为了便于中控模块对可调激光器的激光参数进行调整，本实用新型实施例的可调激光器采用外调制激光器，外调制激光器包括激光发生器和激光调制器。激光发生器生成激光后，激光调制器对激光进行调制；具体的，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制；外调制激光器的调制方式有电光调制、声光调制、磁光调制和电源调制等多种方式，本实用新型实施例采用的为电光调制方式，即激光调制器为电光调制器。

具体的，部分检测原理需要应用到输出光信号和调制光信号之间的差异性或比值进行计算，因此，具体实施中，可在激光调制器末端接入一光分路器，光分路器具有两个输出端，一个输出端为外输出端，一个输出端为内输出端；激光经激光调制器调制后，从外输出端输出外输出光信号，内输出端同步输出内输出光信号。

具体的，由于采用的是单端检测方式，本实用新型实施例的光信号收发设备的光信号输出端同时为光信号输入端；外输出光信号从光信号输出端输出后，导入光纤内部，由于外输出光信号在分布式光纤传感器内会产生调制，分布式光纤传感器的调制光信号的产生为分布式光纤传感器距离光信号输出端的距离的函数，根据OTDR原理，即为光信号输入端接收到调制光信号的时间的函数。例如，光信号输出端在t＝0时刻开始外输出光信号，t＝t1时刻光信号输入端接收到一调制光信号a1，该调制光信号a1对应的为距离L1＝v＊t1，v＝C/n，其中，v为光在光纤中传输速度，C为真空中光速，n为光纤折射率；通过对连续时间采样，即可获取整段光纤的调制光信号。

由于光纤内存在着外输出光信号和多种调制光信号，需要在光信号收发设备内部进行光信号的分离，本实用新型实施例的光信号收发设备上设置有光信号分离模块，本实用新型实施例的光信号分离模块，光信号分离模块中包括多路光信号分离线路，每一路光信号分离线路对应一个区间范围波长的光信号；具体的，光信号分离模块包括波分复用器。具体的，由于光信号输出端和光信号输入端采用复用的形式，可使用环形器对光信号输出端和光信号输入端进行双工复用，保证光信号输出和输入的隔离，但实际实施中，由于输出光信号与调制光信号的波长、频率、强度都具有一定的差异性，环形器的设置可发挥一定的作用，但并非是必须的；实际上，针对不同的检测原理，可以使用波分复用器、分光器等多种元件对光信号进行分离；通过对波分复用器、分光器等器件复用，可以在多检测模式下进行切换，以实现不同的检测方式。

光信号经过分离采集后，需要经过光电转换才可以使用，因此，本实用新型实施例的光信号收发设备内部还设置有光电转换模块，光电转换模块内部设置有多个光电转换器件，每一个光电转换器件分别对应光信号分离模块中的每一路光信号分离线路，将光信号分离线路的光信号转换为电信号；同时，光电转换模块中的一个光电转换器件还需要对应于内输出端，将内输出端的光信号转换为电信号。

经过光电转换模块后，多种光信号转换为电信号，需要中控模块对电信号进行采集和处理；具体实施中，中控模块在对电信号进行采集后，电信号的计算处理可在中控模块自身上进行；由于最终数据都需要上传至云服务器，因此，电信号的计算处理也可在云服务器中进行，从而减少光信号收发设备的中控模块的硬件要求，中控模块只需要执行有关电信号的数据采集及打包工作，有利于降低中控模块的制作成本；对应的，本实用新型实施例的光信号收发设备还包扩通信模块，通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，有线通信模块在本实用新型实施例中为光纤通信模块；当光信号收发设备所设置的位置无线信号较为良好时，可通过无线通信模块将中控模块的打包采集信息上传至云服务器；如果光信号收发设备所设置的位置无线信号较差时，可利用分布式光纤传感器，即本实用新型实施例的光纤进行数据传输，将中控模块的打包采集信息经过光纤传输至前级光信号收发设备或后级光信号收发设备，经过中继后再发送至云服务器。

需要说明的是，前级光信号收发设备或后级光信号收发设备与当前信号收发设备之间可基于分布式光纤传感器(即本实用新型实施例的光纤)进行连接，一方面，分布式光纤传感器可用于数据传输；另一方面，当采用光纤双端检测的检测方法时，两个连续的光信号收发设备之间能形成一个相互配对的双端检测装置，从而扩展管道主体的检测方式，以更好的获取管道主体工况。

图10示出了本实用新型实施例的光信号收发设备结构示意图。综上所述，本实用新型实施例的光信号收发设备包括中控模块、光信号发射模块、光信号接收模块、光电转换模块和通信模块。

其中，光信号发射模块包括激光发生器、激光调制器和光分路器，激光发生器的输出端与激光调制器的输入端连接，激光调制器的输出端与光分路器的输入端连接，光分路器具有两个输出端，分别为外输出端和内输出端，内输出端与光电转换模块的输入端连接。

光信号接收模块包括波分复用器；所述波分复用器包括一个输入端、一个输出端和多个分路输出端；波分复用器的输入端与光分路器的外输出端连接，输出端与分布式光线传感器连接；多个分路输出端分别用于提取不同波长的散射光，如瑞利散射光、反斯托克斯光、斯托克斯光、布里渊散射光等，多个分路输出端与光电转换模块的输入端连接。

光电转换模块内部具有多个光电转换元件，多个光电转换元件对接入光电转换模块的每一路光路进行光电转换处理，多个光电转换元件的输出端与中控模块的数据采集端连接。

由于中控模块只负责对激光发生器和激光调制器进行激光调制控制、采集电信号的打包作业以及基于通信模块与云服务器、前级光信号收发设备、后级光信号收发设备进行数据通信，不需要进行过于复杂的计算，因此，中控模块可采用成本较低且体积较小的STM32系列的微控制器或51单片机，具体的，本实用新型实施例采用以英特尔公司的80C51单片机电路，通过数据采集端(实质为可读写内存地址)采集各光路的经光电转换后的电信号，然后以特定形式打包后，输出至通信模块；同时，基于预设值的程序或从通信模块接收到的控制指令，对光信号发射模块和光信号接收模块进行控制。

通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，可选的，有线通信模块中包括光纤通信模块。通信模块视当前无线信号的强度，将中控模块的打包信息基于无线通信模块发送至云服务器，或通过有线通信模块发送至前级光信号收发设备或后级光信号收发设备进行中继后再发送至云服务器；由于本实用新型实施例的分布式光纤传感器同时具有传感器与数据传输功能，因此，相邻的两个光信号收发设备之间，可通过分布式光纤传感器进行连接；同时，分布式光纤传感器还可以用于实现分布式光纤传感器双端配合检测功能，在实际应用中具有良好的实用性。

具体实施中，光信号收发设备可采用模块化的设置，在外部设置防水防尘的外壳，固定在管道主体的内壁、外周或嵌入至管道主体中，具体实施中，由于光信号收发设备中的零器件都为现有电子器件，可采用高度集成化的设置，以缩小光信号收发设备的体积；光纤接口可采用体积较小的SC接口，以进一步缩小光信号收发设备的体积。

本实用新型提供了一种分布式光纤光栅检测管道及系统，利用光纤对光信号的反射特性实现管道的远程分布式检测，通过多条光纤的螺旋结构设置、直线结构设置以及螺旋结构和直线结构复合的形式，对管道进行高精度的远端检测；通过光栅对特定位置的管道进行检测，具有管道检测连续性好、定位性能好、检测针对性强等特点。

以上对本实用新型实施例所提供的一种分布式光纤光栅检测管道及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述分布式光纤光栅检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤中接有一个以上的光纤光栅；

所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和/或设置在所述管道的外壁上，和/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

2.如权利要求1所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤轴线与所述管道主体的轴线平行。

3.如权利要求1所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

4.如权利要求1所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述一个以上的光纤光栅包括温度光栅传感器，所述温度光栅传感器设置在所述管道主体的内壁上。

5.如权利要求1所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述一个以上的光纤光栅包括应变光栅传感器；所述应变光栅传感器设置在所述管道主体的内壁和外壁之间。

6.如权利要求1所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述一个以上的光纤光栅包括压力光栅传感器；所述压力光栅传感器设置在所述管道主体的外壁上。

7.如权利要求1至6任一项所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述管道主体外周和/或内壁上开有螺旋槽和/或直槽，所述一条以上的光纤设置在所述螺旋槽和/或直槽中。

8.如权利要求7所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述螺旋槽和/或直槽基于与所述管道主体材料相同的材料进行密封，所述一条以上的光纤设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

9.如权利要求1至6任一项所述的分布式光纤光栅检测管道，其特征在于，所述光纤基于胶粘的方式固定在所述管道主体内壁和/或外壁上。

10.一种分布式光纤光栅检测管道系统，其特征在于，所述分布式光纤光栅检测管道系统包括权利要求1至9任一项所述的分布式检测管道、用于输出光信号至所述光纤并接收所述光纤反射的调制光信号的光信号收发设备；所述光信号收发设备与所述一条以上的光纤中任意一条光纤的一端或两端连接。