[發明專利]一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統

無效

• 申請號: 201110271929.4
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102997047A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張金權;王小軍;王歷軍;王飛;趙鋒;張俊揚;謝侃;沈冰;索娜;于震紅
• 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: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;G02B6/28;H04J14/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;任清漢

1.一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是它包括光路復用結構的光路系統和電路兩部分，光路系統包括光源和光路；在管道本體上每隔一定距離安裝一個光纖傳感器，每個傳感器通過分束器與發射光纖連接，發射光纖與激光器連接；多個光纖傳感器構成一個光纖傳感器組，組內每個傳感器通過合束器與一根回傳光纖連接，每個傳感器組使用一根回傳光纖傳回光電探測器；光電探測器輸出接包括泄漏信號識別和事件定位功能的信號采集與處理模塊，信號采集與處理模塊輸出接微機；

經信號采集與處理模塊的處理，基于頻分復用方式混合的傳感信號實現了傳感器組內各傳感器信號的解復用和解調，獲得原始泄漏振動波信號；再由信號采集與處理模塊進行泄漏信號的識別與分析，最終依據泄漏信號的時延估計實現泄漏點的定位。

2.根據權利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是所述光路系統具體是激光器發出的探測激光輸入傳輸光纜中的發射光纖進入傳感單元組后到達第一個光路適配器，由該光路適配器的光分束器分為兩束激光：一束經輸入光纖進入第一個光纖傳感單元，另一束光經發射光纖傳到下一個光路適配器，再由下一個光路適配器中的光分束器分為兩束激光，一束進入第二個光纖傳感單元，另一束再經發射光纖傳輸到下一個光路適配器，以此類推，直到激光到達最后一個光纖傳感單元，到達最后一個傳感單元時，無需光分束器，直接進入光纖傳感單元；每2-10個相鄰的光纖傳感器分為一組，組內各光纖傳感器的干涉信號通過各自光路適配器內的光合束器接入回傳光纖，與后面傳過來的光信號合束，通過傳輸光路中的回傳光纖傳回到系統光電探測器；

所述光路適配器集合了光分束器和光合束器；發射光纖與回傳光纖使用的是同一根傳輸光纜中的兩根不同的光纖；傳輸光纜將所有光路適配器串聯起來；管道上相鄰的兩個傳感單元之間的發射光纖和回傳光纖的長度之和均要大于激光器相干長度的1/2。

3.根據權利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是所述光源是一種包括適合復用和調制解調的專用光源系統，由光頻可調的激光器和專用調制信號發生模塊構成；調制信號發生模塊中的D/A輸出接激光器調制出入；調制信號發生模塊輸出的調制信號具有頻率調節、幅度調節和鋸齒波/倒鋸齒波選擇輸入功能；調制信號作用在激光器，輸出光頻隨調制信號波形同步變化的激光。

4.根據權利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是所述信號采集和處理模塊包括信號調理、信號采集、處理單元、終端顯示和外部接口；接光電探測器輸出的信號調理輸出依次串接信號采集和處理單元，處理單元輸出有終端顯示和外部接口；

信號采集和處理模塊通過帶通濾波方法，將傳感器組內各邁克耳遜干涉儀的干涉信號從傳感器組信號中分離出來，實現解復用；濾波器中心頻率為該傳感器干涉信號主頻率，帶寬為鋸齒波頻率，從傳感器組干涉信號中將各傳感器的載波信號分離出來，分理出來的載波信號為近似單頻余弦信號，使用相位載波調制解調方法解調出原始泄漏聲波信號，計算相鄰兩個傳感器檢測到的泄漏聲波信號的時延差，結合泄漏聲波在管道上的傳播速度，即可獲得泄漏位置。

5.根據權利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是所述各傳感器的兩個干涉臂不等長，存在一個臂長差，且傳感器組內的各傳感器的臂長不等長；

所述傳感器組的數量至少為1個，各傳感器組均由若干個邁克耳遜干涉儀或馬赫曾德干涉儀傳感器構成，各傳感器安裝在管道外壁上，相鄰兩個傳感器的間距為50m-2km，每2-10個傳感器構成一個傳感器組。

6.根據權利要求3所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是所述調制信號發生模塊采用數字調制電路，調制信號發生模塊輸出的鋸齒波或倒鋸齒波信號要求幅度最大為±5V，頻率最大為200KHz。

7.根據權利要求3或6所述的一種天然氣管道泄漏光纖監測傳感器的復用/解復用系統，其特征是調制信號發生模塊的光源調制電路主要由運算放大器U7、DFB激光器U8、運算放大器U9和2個三極管Q4、Q5組；U7的7端接VDC，6端接電阻R18后與二極管D8、電容C41串聯后與電容C38并聯的電路再串聯，6端接電阻R19后接VDC，同時再接二極管D4、D5、D6、D7的串聯到地，4、7、8、9、10端接地，3端經電阻R17后接地，2端與接U8的端；U8的1、14端接地，12端經電容C34接地，5、11端接VDC，4端接PDne，6端接TEC+，3端經扼流圈L3與電阻R20串聯后接三極管Q4的集電極，同時3端經扼流圈L3與電阻R21串聯后接三極管Q5的集電極；U9的1、2端之間并聯電阻R22和電容C39后由1端接電阻R25到6端，Pdne接電阻R30再串聯電阻R27接U9的3端，同時接Pdne的電阻R30與電位器阻R31、電阻R32、電容C43三者并聯后串聯接地，5端經電阻R24接VREF，7端經電阻R28與8端經電阻R26共接電容C45到地；從電容C45的上端接出經二極管D11、D12至Q4的基極，同時基極接電容C44到地，同時經二極管D10與電阻R29串聯也到地，Q4的基極接Q5的基極，而Q4、Q5的發射極接地。