本發(fā)明涉及長距離油氣管道監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種針對長距離油氣管道周圍的環(huán)境反映管道破壞和泄漏的情況的光纖分布式溫度和振動同時監(jiān)測的分布式光纖管道安全監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，管道輸送是石油或天然氣運輸?shù)闹饕е?，是油氣生產(chǎn)的主動脈。我國對管道安全的保障方式薄弱，管道安全的形式十分嚴峻。近幾年，油氣管道泄漏燃燒爆炸事件多起，引起大量人員傷亡、經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。管道故障除自身老化、技術(shù)施工問題外，人為惡意破壞、打孔盜油等也是導(dǎo)致管道泄漏的關(guān)鍵隱患，據(jù)統(tǒng)計，每年打孔盜油均有上百次，且低速打孔盜油幾乎發(fā)現(xiàn)不了。管道布設(shè)環(huán)境復(fù)雜，城市周邊、山林野外等不同環(huán)境，長約幾十公里，要實現(xiàn)管道安全的實時監(jiān)測具有極高的技術(shù)難度。

目前各管道公司實現(xiàn)安全監(jiān)測的方式主要為人工巡檢，無法達到實時監(jiān)測的目的。同時也有相關(guān)技術(shù)監(jiān)測手段，如負壓波監(jiān)測方式，主要用于管道突然泄漏時應(yīng)用，針對小的泄漏和已經(jīng)發(fā)生的泄漏效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出了一種通過對管道周圍環(huán)境特性的變化實現(xiàn)安全的監(jiān)測，獲取管道周圍的溫度和振動信息，根據(jù)對溫度和振動信息變化確定泄漏位置并進行報警的分布式光纖管道安全監(jiān)測裝置。

本發(fā)明通過以下措施達到：

一種分布式光纖管道安全監(jiān)測裝置，其特征在于包括光源、1個分光比為90:10的1×2分光器、調(diào)制器、光放大器、環(huán)形器、偏振控制器、3個分光比為50:50的1×2分光器、傳感光纜、頻移器、3個2×2分光器、3個平衡探測器、偏振分束器、多路高速采集器、控制卡和工控機，其中光源與分光比為90:10的1×2分光器的輸入端相連，1×2分光器的兩路輸出端中90%一路輸出與光調(diào)制器的輸入端相連，光調(diào)制器的輸出端與光放大器的IN端相連，光調(diào)制器的脈沖調(diào)制端與控制卡的脈沖控制端相連；放大器的OUT端與環(huán)形器的端口1相連，環(huán)形器的端口2與傳感光纜相連，環(huán)形器的端口3與分光比為50：50的1×2分光器1的輸入端相連；分光比為90:10的1×2分光器的10%一路輸出連接偏振控制器的光輸入端，偏振控制器的電控端口與控制卡的電控端相連，偏振控制器的輸出端與分光比為50:50的1×2分光器2的輸入端相連；2個分光比為50:50的1×2分光器的輸出端1分別連接溫度探測模塊，2個分光比為50:50的1×2分光器的輸出端2分別連接振動探測模塊；其中溫度探測模塊中分光比為50:50的1×2分光器2的輸出端1與頻移器輸入端相連，頻移器的輸出與2×2分光器一的輸入端2相連；分光比為50：50的1×2分光器1的輸出端1與2×2分光器一的輸入端2相連，2×2分光器一的2個輸出端與平衡探測器一的光輸入端相連，平衡探測器一的輸出端作為溫度探測模塊的輸出與多路高速采集器通道1相連；振動探測模塊中分光比為50:50的1×2分光器1的輸出端2與偏振分束器的輸入端相連， 分光比為50:50的1×2分光器2的輸出端2與分光比為50:50的1×2分光器三的輸入端相連，分光比為50:50的1×2分光器三輸出端1和偏振分束器輸出端1與2×2分光器二的2個輸入端相連，2×2分光器二的2個輸出端與平衡探測器二的光纖輸入端相連，分光比為50:50的1×2分光器三輸出端2和偏振分束器輸出端2與另一路2×2分光器三的2個輸入端相連，2×2分光器三的2個輸出端與平衡探測器三的光纖輸入端相連，2個平衡探測器的輸出端作為振動探測模塊輸出與多路高速采集器通道2和通道3相連；多路高速采集器同步端與控制卡相連，多路高速采集器輸出端與上位機相連；控制卡信號端與上位機的控制輸出端相連。

本發(fā)明中所述的光源為超窄線寬激光器，線寬小于5kHz，頻率穩(wěn)定性小于50MHz，輸出功率大于20mW，保偏特性，偏振消光比大于23dB，可采用DFB激光管和超窄線寬光纖激光器來實現(xiàn)；

本發(fā)明中所述的調(diào)制器，消光比大于40dB，回波損耗大于40dB，上升時間小于20ns，可采用聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器和半導(dǎo)體光放大器實現(xiàn)脈沖信號的調(diào)制作用；

本發(fā)明中所述1×2分光器（90:10），分光比為90:10，主要實現(xiàn)探測光和差分參考光的區(qū)分；

本發(fā)明中所述的光放大器，能夠進行脈沖信號的放大，放大器峰值功率輸出大于2W，可采用摻鉺光纖放大器來實現(xiàn)；

本發(fā)明中所述的偏振控制器，為電控偏振控制器，可通過信號實時調(diào)整輸入光的偏振態(tài)，保證其偏振態(tài)與探測信號一致；

本發(fā)明中所述1×2分光器（50:50），分光比為50:50，主要實現(xiàn)1路信號均分兩路或兩路信號耦合成1路的功能；

本發(fā)明中所述頻移器，主要實現(xiàn)光信號頻移的作用，可采用聲光調(diào)制、電光調(diào)制等方式實現(xiàn)；

本發(fā)明所述的光環(huán)形器，為3端口環(huán)形器，分別為1端口進2出，2端口進3端口出，端口之間隔離度大于40dB，各通道插損小于0.7dB;

本發(fā)明中所述傳感光纜，采用特制振動光纜，在保證適應(yīng)室外環(huán)境的同時，內(nèi)部光纖不受應(yīng)力影響，振動敏感性強，以適應(yīng)信號的準確探測；

本發(fā)明中所述的2×2分光器，主要實現(xiàn)2路信號匯聚和分離，進入平衡探測器進行探測；

本發(fā)明中所述的平衡探測器，要求輸入兩路相位差180度的光信息，進行相干探測，能夠有效濾除直流信號，直接探測有用信息，同時結(jié)合放大和濾波電路，實現(xiàn)探測信號放大和處理；

本發(fā)明中所處的偏振分束器，將散射信號兩個方向的偏振光分離成各自的線偏振光，進行兩個方向的光的相干探測；

本發(fā)明中所述的多路高速采集器，分為數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA及外圍電路組成，采集模塊采用了3片高速ADC及差分電路組成，最高采樣速率可達100MSPS。FPGA用于控制外圍電路的工作狀態(tài)及整個系統(tǒng)的工作時序，其主要功能有：1、實現(xiàn)了對3路采集ADC的啟動及停止采集單獨進行控制功能；2、采用內(nèi)部的RAM塊構(gòu)建存儲單元實現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)的累加功能，累加次數(shù)最高高達25.6萬次；3、采用高速PCIE傳輸機制，保證信號實時準確傳輸 ；

本發(fā)明中所述的控制卡，主要實現(xiàn)調(diào)制信息、偏振控制信息和同步信息的傳導(dǎo)，對調(diào)制器、偏振控制器和采集器實現(xiàn)實時控制；

本發(fā)明中所述的上位機，可采用整機工控機或工控主板實現(xiàn)，工控機可與采集卡交互，將采集到的數(shù)據(jù)上傳后進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)分區(qū)控制方式，給控制卡發(fā)送控制指令；同時發(fā)出報警信息和進行設(shè)備聯(lián)動。

附圖說明

圖1是分布式光纖管道安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方法框圖

圖2是溫度探測模塊詳細設(shè)計及器件構(gòu)成示意圖

圖3是振動探測模塊詳細設(shè)計及器件構(gòu)成示意圖

附圖標記：光源1、1×2分光器（90:10）2、調(diào)制器3、光放大器4、環(huán)形器5、傳感光纜6、1×2分光器1（50:50）7、偏振控制器8、1×2分光器2（50:50）9、溫度探測模塊10、振動探測模塊11、多路高速采集器12、控制卡13、上位機14、頻移器15、2×2分光器一16、平衡探測器一17、偏振分束器18、1×2分光器三19、2×2分光器二20、平衡探測器二21、2×2分光器三22、平衡探測器三23。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

第一，光源部分（1）輸出連續(xù)光信號，經(jīng)過1×2分光器（90:10）（2）分為90%一路和10%一路輸出；

第二，90%輸出光信號送入調(diào)制器（3），調(diào)制器受控制卡驅(qū)動，對光源的光進行脈沖調(diào)制，將連續(xù)光轉(zhuǎn)化為脈沖光，后經(jīng)光放大器（4）進行光信號放大，提升光功率；

第三，放大后的脈沖光經(jīng)環(huán)形器（5）輸出到傳感光纜（6）中，傳感光纜產(chǎn)生的后向散射信號經(jīng)環(huán)形器（5）返回，被1×2分光器1（7）分為2路，其中一路用于溫度探測，另一路用于布里淵探測；

第四，10%輸出光信號送入偏振控制器（8），偏振控制器調(diào)節(jié)的偏振方向受驅(qū)動卡控制，偏振控制器調(diào)整后的信號被1×2分光器2（9）分為2路，其中一路用于溫度探測，另一路用于布里淵探測；

第五，2個分光器的溫度探測輸出信號進入溫度探測模塊（10），其內(nèi)部將1×2分光器2輸入的連續(xù)光信號通過頻移器（15）進行移頻，移頻到與布里淵信號同頻段，移頻后的信號與1×2分光器1輸入的散射信號通過2×2分光器一（16）進行相干后分開，分開兩束光相位相差180度，經(jīng)過平衡探測器一（17）進行外差探測，其輸出信號作為溫度探測信號通過多路高速采集器（12）采集；

第六，2個分光器的振動探測輸出信號進入振動探測模塊（11），其內(nèi)部將1×2分光器1輸入的散射光信號進過偏振分束器（18）分為正交兩路線偏振光；1×2分光器2輸入的連續(xù)光信號經(jīng)過1×2分光器三分為兩路，分別與兩路偏振光的兩路各自進入2×2分光器二（20），2×2分光器三（22），2×2分光器進行相干后分開，分別經(jīng)平衡探測器二（21）和平衡探測器三（22）探測輸出，兩路輸出信號作為振動探測信號通過多路高速采集器（12）采集；

第七，高速采集器（12）內(nèi)設(shè)3路ADC探測，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時將采集到的數(shù)字信號上傳上位機（14）進行數(shù)據(jù)處理和計算，同時上位機（14）與控制卡（11）之間通過USB或PCI進行接口通信，完成上位機對底層硬件控制。