[發(fā)明專利]基于偏振檢測的分布式光纖輸油氣管線早期預(yù)警系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810053050.0
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101266024A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于晉龍;張立臺;王文睿;韓丙辰
• 申請（專利權(quán)）人: 于晉龍;張立臺;王文睿;韓丙辰
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;G01D5/30
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 侯力

【技術(shù)領(lǐng)域】：

本發(fā)明屬于長距離、分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于偏振檢測的分布式 光纖輸油氣管線早期預(yù)警系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】：

管道運輸系統(tǒng)作為一種安全、經(jīng)濟的運輸方法已廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等工業(yè)部門 中，然而近年來輸油管道被打孔盜油案件時有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失，這使得油氣 管線自動監(jiān)測技術(shù)變得日益重要。

目前，國內(nèi)外比較成熟的管道泄漏檢測技術(shù)大體可分為內(nèi)部檢測和外部檢測兩大類， 包括，內(nèi)部檢測法：漏磁通檢測、超聲波檢測、渦流檢測、照相和錄像檢測法；外部檢測 法：沿線巡查、高聚物電纜、靜態(tài)試驗、質(zhì)量分析、應(yīng)力波、壓力差、負(fù)壓波法等等。國 內(nèi)一些石油公司也已經(jīng)利用上述一些技術(shù)實現(xiàn)了管道泄漏的自動檢測與報警，并取得了一 定的成果，例如：勝利油田利用負(fù)壓波與流量檢測相結(jié)合的方法，可以發(fā)現(xiàn)管道泄漏并進(jìn) 行定位，其報警反應(yīng)時間為200s；中原油田采用智能化聲學(xué)檢測及應(yīng)力波技術(shù)，實現(xiàn)了對 輸油管道的實時檢測。

但是，上述技術(shù)由于受到檢測原理、傳感器性能、采樣點密集度等多種因素限制，很 難同時滿足檢測泄漏靈敏度(只能發(fā)現(xiàn)大量泄漏的情況)、定位準(zhǔn)確度(500m-1000m)、 誤報警率和及時報警(100s量級)等多項要求。另外，這些方法受周圍環(huán)境噪聲的影響較 大，并對監(jiān)測人員的經(jīng)驗有很強的依賴性。

光纖傳感器以其特有的特點，如抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、耐高溫、體積小、重 量輕、對被測介質(zhì)影響小以及成本低等，近年來得到了極大的發(fā)展。到目前為止，光纖傳 感器已經(jīng)應(yīng)用于磁場、電流、聲音、溫度以及壓力等物理量的測量。在各種光纖傳感技術(shù) 中，分布式光纖傳感技術(shù)集信息的采集與傳輸于一體，并且可以獲得沿光纖分布的被測量 的連續(xù)信息，特別適合長距離監(jiān)測，因此在油氣管線自動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域具有極佳的應(yīng)用前 景。

分布式光纖傳感技術(shù)主要的實現(xiàn)方法包括：光時域反射(OTDR)法、干涉法以及波 長掃描法等。其中，OTDR法利用光的后向散射，包括瑞利散射、喇曼散射和布里淵散射， 通過測量其光強(瑞利散射)或頻移(喇曼和布里淵散射)，來檢測外界物理場的應(yīng)力及 溫度的變化。目前，OTDR技術(shù)已經(jīng)比較成熟，市場上也有相應(yīng)的產(chǎn)品，但對于長距離管 道泄漏監(jiān)測還有一定的不足：(1)傳感器設(shè)計麻煩，性價比低；(2)對小泄漏不敏感； (3)監(jiān)測距離短。

干涉式光纖傳感器是利用光纖受到所監(jiān)測物理場感應(yīng)，如溫度、旋轉(zhuǎn)、壓力或振動等， 使導(dǎo)光相位產(chǎn)生延遲，造成輸出光強度改變，進(jìn)而得知待測物理場的變化。干涉式分布光 纖傳感器相對于OTDR技術(shù)的優(yōu)點在于動態(tài)范圍大、靈敏度高。干涉法中主要可以應(yīng)用 Sagnac干涉儀、邁克耳遜干涉儀、馬赫-曾得干涉儀以及各種干涉儀混合結(jié)構(gòu)等。但是， 由于光相位對于環(huán)境變化非常敏感，基于干涉法的光纖傳感系統(tǒng)對于后期信號處理無論在 算法，還是在硬件實現(xiàn)方面都提出了很高的要求，目前市場上還沒有比較成熟的方案或產(chǎn) 品。

通過對上述現(xiàn)有技術(shù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，所有技術(shù)只能在泄漏后進(jìn)行報警、定位，屬于 事后防盜，無法在不法分子作案早期進(jìn)行預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】：

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，針對油氣管線早期預(yù)警的要求，提供一 種基于偏振檢測的分布式光纖輸油氣管線早期預(yù)警系統(tǒng)。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，性價比極高，定位準(zhǔn)確，監(jiān)測距離長，具有很高的靈敏度，并 且光纖鋪設(shè)在油氣管線周圍，使之能夠在不法分子作案的早期(挖土階段)進(jìn)行定位、報 警，從而達(dá)到早期預(yù)警的目的。

本發(fā)明提供的基于偏振檢測的分布式光纖輸油氣管線早期預(yù)警系統(tǒng)，包括激光器，激 光器發(fā)出正向傳播的光信號從偏振分束器的第一端口輸入，并從第二端口輸出至傳感光 纖，傳感光纖的末端連接法拉第旋光鏡，正向傳播的光信號經(jīng)由法拉第旋光鏡反射、其偏 振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°后變?yōu)槟嫦騻鬏數(shù)墓庑盘枺撃嫦蚬庑盘枏钠穹质鞯牡诙丝谳斎耄? 從其第三端口輸出至光電探測器，光電探測器將逆向光的強度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭翑?shù) 字信號處理子系統(tǒng)；

其中所述的傳感光纖依附在輸油氣管線上，既作為傳感器使用，同時也作為信號傳輸 鏈路使用，且能夠?qū)鞲芯€路擾動而造成的偏振態(tài)變化經(jīng)由光電探測器傳送至數(shù)字信號處 理子系統(tǒng)，并將該擾轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β实淖兓鶕?jù)其電功率變化的時間信息對擾動點進(jìn)行定 位，最終輸出報警、定位信息。