[發明專利]基于混合干涉型分布式光纖的水下長輸管道泄漏檢測裝置

有效

• 申請號: 201110302312.4
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN102352963A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 楊其華;喬波;王強;胡正松
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明屬于管道泄漏檢測領域，尤其涉及一種采用混合干涉型分布式光纖傳感技術進行水下長輸管道泄漏檢測的裝置。

背景技術

管道輸送具有投資省、建設周期短、輸送量大、輸送費用低、對生態環境影響小、管理方便、可靠性高等優點，國內外已普遍采用長輸管道輸送石油與天然氣。隨著海上油氣田的開發，對于水下長輸管道的健康監測受到了高度的關注，水下長輸管道運行的檢測技術也在不斷發展。

現有的對海底長途輸氣管道的安全檢測系統采用的方法包括射線法、系纜式漏磁法、清管球、水下遙控機器人、聲發射法等，存在工作效率低、需要逐點檢測（或只能間斷性進行檢測）、檢測距離短、定位精度低等缺點。而且由于水下長輸管道鋪設環境復雜，水體對于聲、光等信號的吸收性強，長距離管線泄漏點準確定位困難，使得上述方法對水下長輸管道的檢測中難以滿足實時監測、準確定位的要求。分布式光纖傳感是近年來發展起來的一項新技術，具有長距離連續監測、抗電磁干擾性好、使用壽命長等優點，能夠取代傳統的單點式傳感器陣列，用于水下長輸管道檢測系統中。

中國發明專利申請200610113044.0基于Sagnac光纖干涉儀進行管道泄漏檢測，采用由兩根獨立的光纖形成的兩個Sagnac干涉儀構成傳感部分，當管道發生泄漏時對光纖產生擾動，利用光纖的應力應變效應對光纖中的光波進行調制，引起輸出干涉光的相位發生改變，進而判斷有無泄漏發生并定位。由于這種傳感系統為了解決當管徑較大或泄漏孔背向光纖方向時檢測問題，架構采用了兩個干涉儀。這使得整個傳感系統結構復雜，不利于在水下復雜情況下的長輸管道上進行布放，且該裝置沒有實時人機交互系統，不便于陸上人員對于水下管線的實時管理。

發明內容

本發明的目的在于克服了以上所述的缺陷，提供一種基于混合干涉型分布式光纖的水下長輸管道泄漏檢測裝置，本發明分布式光纖感測架構簡單，便于在水下復雜情況下的長輸管道上進行布放，采用DSP進行信號快速處理，通過人機交互界面進行管線的實時管理，且裝置的檢測靈敏度高、光信號損耗小、定位精度高、能實現水下管道的長距離實時監測。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案，一種基于混合干涉型分布式光纖的水下長輸管道泄漏檢測裝置，它包括：光纖感測系統、信號解調系統、信號處理與通信系統和人機交互系統；

其中，光纖感測系統包括：低同調長度高功率光源、光環形器、第一耦合器、延遲光纖、相位調制器、第二耦合器、感測光纖和法拉第旋轉鏡；信號解調系統包括：光電探測器、第一混頻模塊、第二混頻模塊、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一運算放大器、第二運算放大器、第一微分交叉相乘模塊、第二微分交叉相乘模塊、減法器和積分器；信號處理與通信系統主要由DSP處理器、串口和第一3G模塊依次相連組成；人機交互系統主要由第二3G模塊和計算機相連組成；

低同調長度高功率光源通過第一單模光纖與光環行器的一個端口連接，光電探測器通過第三單模光纖與光環行器同側的另一個端口連接，光環行器異側的端口通過第二單模光纖與第一耦合器的一個端口連接，第一耦合器異側的兩個端口分別通過延遲光纖和相位調制器與第二耦合器的一個端口連接，第二耦合器異側的一個端口通過感測光纖與法拉第旋轉鏡連接；?

光電探測器分別與第一混頻模塊和第二混頻模塊連接，第一混頻模塊、第一低通濾波器、第一運算放大器和第一微分交叉相乘模塊依次相連，第二混頻模塊、第二低通濾波器、第二運算放大器和第二微分交叉相乘模塊依次相連，第一微分交叉相乘模塊和第二微分交叉相乘模塊分別與減法器相連，減法器與積分器相連，積分器與DSP處理器連接，第一3G模塊與第二3G模塊相連。

本發明的有益效果是：本發明采用了同軸式Mach-Zehnder和Sagnac混合干涉型分布式光纖傳感技術對管道進行實時監測，整個傳感部分由一根鋪設在管壁夾層中的光纖構成，可適應水下復雜環境中長輸管道的檢測。為了降低信號損耗，整個信號感測、解調、處理都在水下模塊內完成，并通過3G模塊與人機交互系統通信，傳輸管道的實時監測情況，實現實時動態和高速的數據獲取。結合計算機科學的因素分析、傳遞比對、風險預測、可靠性評價，達到快速應急響應的目的。整個裝置的傳感、信息匯集、遠程發送傳輸可形成一個物聯網系統，利用其遠程監控、批量數據匯集、便于資源共享等優勢，實現水下長輸管道質量、安全相關的快捷溯源、追蹤、查詢與管理，從而構建一個區域監控網絡，實現陸上監控中心對水下多條長輸管線的實時、集中、有效的監測與管理。

附圖說明