CN209310916U - 一种管线震动预警定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管线震动预警定位装置，涉及光纤通信传感领域，装置包括激光器、管道光纤、偏振分束/合束器、法拉第旋光镜、光探测器和信号处理模块，本实用新型通过采用在管道中铺设管道光纤，通过激光器在管道光纤中注入光信号，通过法拉第旋光镜改变光信号的位置，当管道中发生震动时，通过偏振分束/合束器的光信号的功率降低，通过光探测器可检测出光信号强度的变化，通过信号处理模块进一步确定震动的位置，通过本实用新型可实时检测管道中是否发生震动并确定震动位置，检测速度快、准确性高。

Description

一种管线震动预警定位装置

技术领域

本实用新型涉及光纤通信传感领域，尤其是一种管线震动预警定位装置。

背景技术

目前对电缆设施的防护主要通人员巡视、设置警示牌及提高电力线路通道强度等，然而，对地下埋管的电力管网无法通过日常巡视解决外力破坏问题，对于随机产生的外力破坏因素无法做到实时监测和定位，因此，有必要发明一种检测装置以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的是提供一种可以在线实时检测管线震动的管线震动预警定位装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供一种管线震动预警定位装置，用于检测管道震动，包括：激光器、管道光纤、偏振分束/合束器、法拉第旋光镜、光探测器和信号处理模块，

所述激光器与所述偏振分束/合束器的第一端口连接，所述偏振分束/合束器的第二端口与所述管道光纤的一端连接，所述管道光纤的另一端与所述法拉第旋光镜连接，所述偏振分束/合束器的第三端口与所述光探测器的输入端连接，所述光探测器的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述管道光纤沿所述管道铺设。

进一步地，还包括光隔离器，所述光隔离器的输入端与所述激光器连接，所述光隔离器的输出端与所述偏振分束/合束器的第一端口连接。

进一步地，所述信号处理模块包括高通滤波器和传感信号处理器，所述高通滤波器的输入端连接所述光探测器的输出端，所述高通滤波器的输出端连接所述传感信号处理器的输入端。

进一步地，所述激光器、所述管道光纤、所述偏振分束/合束器、所述法拉第旋光镜、所述光探测器和所述信号处理模块均部署在机房。

进一步地，还包括预警装置，所述预警装置的输入端连接所述信号处理模块的输出端。

进一步地，所述激光器产生正向传输的线偏振的连续光信号或脉冲光信号。

进一步地，所述管道光纤具有双层铠装保护结构。

进一步地，当所述管道光纤无扰动时，所述激光器输入至所述管道光纤的光信号全部从所述偏振分束/合束器的第三端口输出，当所述管道光纤存在扰动时，所述激光器输入至所述管道光纤的光信号部分从所述偏振分束/合束器的第三端口输出。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用在管道中铺设管道光纤，通过激光器在管道光纤中注入光信号，通过法拉第旋光镜改变光信号的位置，当管道中发生震动时，通过偏振分束/合束器的光信号的功率降低，通过光探测器可检测出光信号强度的变化，通过信号处理模块进一步确定震动的位置，通过本实用新型可实时检测管道中是否发生震动并确定震动位置，检测速度快、准确性高。

附图说明

图1是本实用新型中一种管线震动预警定位装置一具体实施例的结构示意图；

图2a是本实用新型中一种管线震动预警定位装置一具体实施例中偏振分束/合束器的光线传播方向第一种示意图；

图2b是本实用新型中一种管线震动预警定位装置一具体实施例中偏振分束/合束器的光线传播方向第二种示意图；

图3是本实用新型中一种管线震动预警定位装置一具体实施例中无振动状态下光线传播示意图；

图4是本实用新型中一种管线震动预警定位装置一具体实施例中有振动状态下光线传播示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，图1示出了一种管线震动预警定位装置一具体的实施例，包括激光器、光隔离器、管道光纤、偏振分束/合束器、法拉第旋光镜、光探测器和信号处理模块，

激光器的输出端与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与偏振分束/合束器的第一端口连接，偏振分束/合束器的第二端口与管道光纤的一端连接，管道光纤的另一端与法拉第旋光镜连接，偏振分束/合束器的第三端口与光探测器的输入端连接，光探测器的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述管道光纤沿所述管道铺设。

激光器产生正向传输的线偏振的连续光或者脉冲光信号，通过光隔离器连接到偏振分束/合束器的第一端口，并被注入到管道光纤中用于探测振动信号。

光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。激光器与光隔离器的连接光纤为保偏光纤。

偏振分束/合束器包含三个端口，且三个端口的尾纤为保偏光纤，第一端口与光隔离器相连接，第二端口则连接到管道光纤中，第三端口连接到光探测器；偏振分束/合束器的工作原理如图2a所示，当光信号从第一端口输入时，输入光信号按照完全正交的两个轴(x轴与y轴)分别在第二端口(x轴)、第三端口(y轴)映射一部分光功率到对应的轴上并输出；同理按照光传播的互异性原理，如图2b所示，当光信号从第二端口输入时，输入光信号按照完全正交的两个轴(x轴与y轴)分别在第一端口(x轴)、第三端口(y轴)映射一部分光功率到对应的轴上并输出，当光信号从第二端口输入时，输入光信号按照完全正交的两个轴(x轴与y轴)分别在第一端口(x轴)、第三端口(y轴)映射一部分光功率到对应的轴上并输出。从偏振分束/合束器第二端口输出的光信号，进入管道光纤中用于探测振动信号；

法拉第旋光镜将输入光信号的光偏振态旋转90度之后沿原光纤线路返回。

光探测器将从偏振分束/合束器的第三端口输出的光信号转成电信号。

信号处理模块包括高通滤波器和传感信号处理器，所述高通滤波器的输入端连接所述光探测的输出端，所述高通滤波器的输出端连接所述传感信号处理器的输入端。信号处理模块分析光探测器回传的电信号，并判断震动位置。

高通滤波器对光探测器输出电流信号进行过滤，把由应力、温度等因素引入的缓变信号滤除，只留下因高频振动引起的快速变化信号，并最后进入传感信号处理器中

传感信号处理器对传感信号进行特征识别，计算扰动定位，将预警信息与定位信息上报系统。

当光纤无扰动时，法拉第旋光镜反射的光信号全部从偏振分束/合束器的第三端口输出，当管道震动引起光纤扰动时，由于偏振分束/合束器的特性，使得反射的光信号只能部分从偏振分束/合束器的第三端口输出，光探测器输出的电信号的强度发生改变，通过高通滤波器将由应力和温度引起的杂波信号滤除，并进一步分析震动发生的位置，起到实时检测的效果。

如图3所示，激光器输出光偏振态为x轴方向的光信号A从偏振分束/合束器的第一端口输入，所述光信号A的所有光功率在在偏振分束/合束器的第二端口输出，且光偏振态为x轴方向，在偏振分束/合束器的第三端口无功率输出，即S1＝S2，S1与S2分别为第一端口与第二端口处光偏振态。

当光纤无扰动，光信号A到达法拉第旋光镜时，正向偏振传输矩阵为Mf，偏振态为Sf＝Mf·S2。

经法拉第旋光镜反射后，光信号A的偏振态被旋转90度，传输矩阵为MFRM，光偏振态为SFRM＝MFRM·Sf＝MFRM·Mf·S2。

反射光线到达偏振分束/合束器的第二端口时，反向光的偏振态为：Sb＝Mf-1·SFRM＝MFRM·S2，光信号的所有功率从偏振分束/合束器的第三端口输出，即从第三端口输出的光偏振态S3＝Sb，偏振分束/合束器的第一端口无反射光线输出。

因此，当光纤不受扰动即管道无振动状态下，光信号A的所有光功率在偏振分束/合束器的第三端口输出，经光探测器检测之后输出一个恒定幅度的电流信号

如图4，当t1时刻，管道光纤的M点处发生震动，此时M点向偏振分束/合束器方向(反向)传输的光信号在t2时刻达到偏振分束/合束器的第二端口，t2＝t1+L2/v，其中v＝c/n，c、n分别为光在真空中的传播速度以及光纤折射率，L2为M点到达偏振分束/合束器的距离，M点向法拉第旋光镜方向传播(正向)的光线到达偏振分束/合束器的第二端口时刻t3＝t1+(L0+L1)/v,其中L1为M点到达法拉第旋光镜的距离，L0＝L1+L2。

t1时刻，受振动的作用，正向偏振传输矩阵变为Mf1，则在t2时刻到t3时刻之间，偏振分束/合束器第二端口的反向光偏振态为：Sb1＝Mf1-1·MFRM·Mf·S2，与无振动情况下的光偏振态是不同。

因此，当光纤受到扰动时，在t2到t3时间段内，反向光只有部分光功率进入到偏振分束/合束器的第三端口，经光探测器检测之后输出一个有凹陷的电流信号，光纤的振动通过本实用新型转换成了电流的变化，凹陷的时间宽度与振动源的位置相关，可根据凹陷时间，可以推算出L1，进而实现振动的预警与定位。

本实施例中还包括预警装置(图中未示出)，预警装置的输入端连接所述信号处理模块的输出端，当信号处理模块检测出异常情况时向预警装置发出信号，提示故障。

本实施例中激光器、管道光纤、偏振分束/合束器、法拉第旋光镜、光探测器和信号处理模块均部署在机房，可以保证稳定可靠的性能而无需特殊维护。

法拉第旋光镜主动对光功率进行反射，因此，在光探测器的输入光功率可以维持在一个较高的水平，从而实现比较高的信噪比，而无需像基于散射效应的光纤传感器一样，因为信号太弱而采用多次平均，可以支持快速实时的监测。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种管线震动预警定位装置，用于检测管道震动，其特征在于，包括：激光器、管道光纤、偏振分束/合束器、法拉第旋光镜、光探测器和信号处理模块，

所述激光器与所述偏振分束/合束器的第一端口连接，所述偏振分束/合束器的第二端口与所述管道光纤的一端连接，所述管道光纤的另一端与所述法拉第旋光镜连接，所述偏振分束/合束器的第三端口与所述光探测器的输入端连接，所述光探测器的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述管道光纤沿所述管道铺设。

2.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，还包括光隔离器，所述光隔离器的输入端与所述激光器连接，所述光隔离器的输出端与所述偏振分束/合束器的第一端口连接。

3.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，所述信号处理模块包括高通滤波器和传感信号处理器，所述高通滤波器的输入端连接所述光探测器的输出端，所述高通滤波器的输出端连接所述传感信号处理器的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，所述激光器、所述管道光纤、所述偏振分束/合束器、所述法拉第旋光镜、所述光探测器和所述信号处理模块均部署在机房。

5.根据权利要求4所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，还包括预警装置，所述预警装置的输入端连接所述信号处理模块的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，所述激光器产生正向传输的线偏振的连续光信号或脉冲光信号。

7.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，所述管道光纤具有双层铠装保护结构。

8.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，所述偏振分束/合束器包括三个端口，且三个端口的尾纤为保偏光纤。

9.根据权利要求1所述的一种管线震动预警定位装置，其特征在于，当所述管道光纤无扰动时，所述激光器输入至所述管道光纤的光信号全部从所述偏振分束/合束器的第三端口输出，当所述管道光纤存在扰动时，所述激光器输入至所述管道光纤的光信号部分从所述偏振分束/合束器的第三端口输出。