[發明專利]光纖安全預警相位控制系統

有效

• 申請號: 200610090592.6
• 申請日: 2006-06-30
• 公開（公告）號: CN101097278A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 張金權;王小軍;焦書浩;王飛;方德學;霍峰;王贏;倪明;郭澎;周勁峰;林曉舒;范向紅
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣管道局
• 主分類號: G02B6/50
• 分類號: G02B6/50;G01H1/00;G01P15/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 金杰;任清漢

技術領域

本發明是一種埋地管道或構筑物或重要設施與區域的安全保護預警的光纖安全預警相位控制系統，涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統技術領域。

背景技術

對于石油、天然氣、成品油、煤漿以及水等物質來說，管道輸送是一種安全、經濟以及高效的運輸方式，在全球運輸行業中發揮著越來越重要的作用，尤其在石油、成品油和天然氣這些具有易燃易爆和交易價值極高的能源物質運輸中占有極為重要的位置，在我們國家，每年至少新建幾千公里的管道，可以說，管道是能源運輸的大動脈。管道輸送的石油、成品油和天然氣既有極高的交易價值也有易燃易爆這一特性，管道一旦泄漏，泄漏區域極易發生燃燒爆炸，不僅影響管道行業的安全生產，造成巨大的經濟損失，而且也嚴重威脅著周邊沿線人民群眾的財產與生命安全。另外，管道泄露對周邊生態環境造成的危害更是無法估量。

自從有了管道，也就有了來自外界的破壞。尤其是近些年來，油價上漲，在利益的驅動下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盜油、盜氣；國家基礎建設大量上馬，管道沿線施工工地隨處可見；此外，滑坡、泥石流等自然災害頻頻發生，這些都時刻威脅著管道的生產安全，其中打孔盜油和非法施工成為威脅管道安全生產的首要因素。

據不完全統計，僅我國每年因外界破壞而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接經濟損失達幾億元，環境破壞和社會影響等間接損失更是無法估量。為防止外界對管道的破壞，管道運輸行業每年投入了大量的人力物力，但是仍然無法有效地預防和阻止破壞。管道運輸行業的安全生產形式非常嚴峻，尋找確保管道運輸安全生產的手段和方法已迫在眉睫。

隨著管道運輸行業的發展，各種管道運輸安全監測技術也在不斷發展，目前已有的管道安全生產監測技術主要有兩類。其一：管道泄漏事件發生后的監測技術，這種技術主要有“管內流體力學狀態檢測技術和分布式光纖溫度和應力監測技術”。管內流體力學狀態檢測技術是實時采集管線中流體的流量、溫度和壓力等信號，進行管道泄漏檢測和定位，這種技術受到管道內的流體特性、輸送工藝以及測試儀器的性能等因素限制，對管道泄漏監測的靈敏度和定位精度較低，這類技術包括：壓力梯度法、負壓力波法、流量平衡法。分布式光纖溫度和應力監測技術是利用光纖的非線性特性(拉曼效應和布里淵效應)實時采集管道泄漏的介質對光纖的溫度影響和沖擊應力來確定泄漏點的位置，這種技術受到光纜的結構和光纜與泄漏點的距離限制而影響監測效果。其二，管道破壞事件發生前的預防監測技術，也就是管道破壞預警技術，目前已有的該類技術主要是“聲波技術監測”，該技術是利用聲波沿管道傳輸原理，在每隔1公里左右安裝一個有源傳感器，拾取管道沿線的聲音信號加以分析，確定事件性質，進而對破壞管道的事件提前發現，但是每一個傳感器件必須配備一套供電裝置和通信裝置，不僅增加設備的投資和維護成本，且這些設施本身也容易遭到破壞，使裝置不能正常運行。

針對現有的管道安全監測技術存在的問題，澳大利亞有專利提出基于馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，用光纖傳感振動的技術方案。該發明對長距離的線目標或大面積的面目標的安全預警是一突破，但不足的是該發明之光路系統不穩定，存在因相位衰落和偏振衰落引起的信號消隱，很難有效工作。

發明內容

本發明的目的是發明一種一種埋地管道或構筑物或重要設施與區域的安全保護預警的光纖預警系統光路穩定相位的光纖安全預警相位控制系統。

本發明針對現有的管道安全監測技術存在的問題，提出了一種基用相位衰落控制技術的雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，消除了因相位衰落引起的信號消隱，形成了具有穩定相位的兩路同步干涉激光調制信號在干涉儀上相對傳輸并在干涉儀雙端拾取的光路結構。它是利用與管道同溝敷設或構筑物、重要設施與區域周圍地下光纜中的普通通信光纖作為干涉儀的干涉臂和傳輸光纖，進而形成連續分布式的土壤振動檢測傳感器，拾取管道附近沿線土壤的振動信號。當然后接定位系統，根據兩路激光信號的傳輸時間差值分析計算出管道附近沿線的土壤振動事件的發生位置。再接信號識別系統就可確定引起土壤振動事件的性質和類別。在此基礎上，再配備各個功能系統或者模塊，經由本地管理系統控制、分析與處理后，通過通信系統或者報警輸出系統進行數據遠傳或者本地報警。

本發明的實現原理是：

光纖安全預警系統干涉儀輸出光強信號經光電轉換后可以寫成：