[實用新型]管道光纖安全監測預警系統

有效

• 申請號: 201320673091.6
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN203940239U
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 周琰;譚東杰;孫巍;馬云賓;劉路;孟佳;蔡永軍;邱紅輝;田孝忠;王海明
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: F17D5/00
• 分類號: F17D5/00
• 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: 任清漢

技術領域

本實用新型是一種油氣管道安全監測預警系統，尤其是涉及一種基于相干瑞利（Ф-OTDR）原理的分布式光纖傳感技術，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

管道運輸作為一種安全、經濟的運輸方式已經在世界各地得到了廣泛的應用。隨著管道運輸業的不斷發展，因管道沿線第三方破壞、自然災害等因素造成的管道安全事故時有發生，嚴重影響了管道的安全運行。為了維護管道的安全運行，減少危害管道安全事件的發生，管道安全運行與維護技術受到各國科技人員的高度關注。管道安全監測預警技術可以在管道遭到破壞前報警和定位，為阻止威脅管道安全事件的發生、減少財產損失和環境污染起著重要的作用。

目前，國內外已有多種利用管道同溝敷設的光纜監測管道沿線威脅事件的技術和方法，但這類技術主要基于傳統的OTDR或光纖干涉儀原理研發的管道光纖安全監測預警技術。中國發明專利申請號02145502.3將傳統OTDR技術應用于油氣管道泄漏監測。OTDR技術是光時域反射（Optical?Time?Domain?Reflectometer）技術的簡稱，傳統的OTDR是通過檢測光纖中產生的背向瑞利散射和菲涅爾反射信號來判斷光纖的故障點，主要應用于光纜的故障、光纖的長度、光纖的損耗以及光纖接頭損耗等檢測。因而該技術只能檢測靜態損耗和變化緩慢的擾動，不能實現管道沿線威脅事件振動信號的實時監測。

中國發明專利申請號200410020046.6，200610072879.6，200610113044.0，200720169440.5等采用多條光纖基于光纖干涉儀原理構成分布式光纖振動傳感器監測管道沿線的振動信號，由于管道沿線環境比較復雜，背景噪聲影響較強，分布較廣，因而該類技術對管道沿線多點振動信號的檢測、識別、判斷以及定位比較困難。

實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種基于相干瑞利（Ф-OTDR）原理、采用脈沖光對管道沿線進行分段監測、背景噪聲的影響小、實現管道沿線多點振動信號的檢測、識別、判斷以及定位功能、具有很高的檢測靈敏度、定位精度和不同事件識別準確率的管道光纖安全監測預警系統。

管道光纖安全監測預警系統的原理是：當脈沖光在單模光纖中傳輸時，由于制備光纖的材料中存在雜質微粒，或者由于光纖本身密度的不均勻性就會使光纖在微觀上存在折射率不同的微小區域，每個小區域成為散射中心，向四面八方發出同頻率的次波，這些次波無固定相位關系，是一個隨機的過程。如果光源的相干長度足夠長，則這些背向瑞利散射光將相互疊加，形成相長或相消干涉，并形成干涉圖樣。在光源的相干長度L_c的范圍內，在管道同溝敷設光纖埋設區域的外界環境不變的情況下，探測背向瑞利散射的強度分布，得到的強度分布圖樣是固定不變的，即背向瑞利散射光強滿足一定的統計規律。而當外界環境改變時，將會對所在區域內的光纖產生一定的影響，從而改變光纖內瑞利散射的光強，按照統計規律，此時得到的背向瑞利散射光的相干圖樣也會發生相應的變化。通過分析這些變化，即可檢測到光纖沿線的振動情況，從而實現對管道沿線一定范圍的監控。

本實用新型的原理如圖1所示。埋地管道(1)周圍敷設有通訊光纜，使用其中一芯作為傳感光纖(2)，一芯作為通訊光纖(3)，傳感光纖(2)沿途增加光纖中繼放大裝置(5)，通訊光纖(3）接檢測裝置(6)和數據及控制模塊(7)；數據及控制模塊(7)通過通訊光纖(3)傳輸中繼放大裝置(5)的中繼控制信號，實現對中繼放大的實時調節,中繼放大裝置能夠對正向傳輸的脈沖光波和后向傳輸瑞利干涉光信號同時進行放大;使用探測到的前后曲線相除，濾掉背景噪聲，提高定位精度。

埋地管道1周圍的振動信號4作用在管道同溝敷設光纜中傳感光纖2上，光纖的折射率、長度、芯徑等會有微小變化，造成該處相位發生變化。檢測裝置6中光源采用高相干光源，傳感光纖2中后向瑞利散射相互干涉，由于干涉作用，相位的變化最終引起瑞利散射光強度的變化。通過探測這種變化來監測管道周圍的振動信號。數據處理控制裝置7可以經通訊光纖3向中繼放大裝置5發出中繼控制信號來調整中繼放大倍數。

管道光纖安全監測預警系統原理框圖如圖2所示。主要包括光源模塊100、檢測模塊101、數據處理及控制模塊102和傳感模塊103。光源模塊100向傳感模塊103注入脈沖光，檢測模塊101檢測傳感光纖中的后向瑞利散射光，數據處理及控制模塊102采集和處理數據，并且經通訊光纖a向中繼放大裝置a發射中繼控制信號。傳感模塊103通過傳感光纖拾取管道周圍的振動信號，通訊光纖傳輸中繼控制信號。