基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统技术方案

基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统，属于光学传感器技术领域。在沿管道铺设的传感光纤，当管道附近发生破坏性扰动时会产生振动声源，对光缆中的光纤产生局部振动作用，进而使分布式光纤产生细微的形变，对光纤中传播的光信号进行调制。本发明专利技术相比以往监测系统，分为上主、下辅两个回路，两路光纤沿管道径向并行铺设，对同一管道进行安全监测，利用直线型结构降低监测系统产生的信号衰减现象及避免互易效应，简化了系统结构，解决其它方法不能对潜在的破坏性行为，特别是低频扰动行为进行长距离实时监测，无法对被破坏或扰动地点进行即时定位的现状，使监测时间、范围和判断精度得到有效的提升，提高了监测稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统
本专利技术设计一种基于3×3耦合器的直线型Sagnac光纤干涉仪传感器系统，属于光学传感
，其作用是把因外界扰动产生的声信号通过对光纤中传播的光信号进行调制，然后对被调制的光信号进行处理和分析，从而对所监测范围内管道沿线有无盗油或有无人为等破坏性扰动行为进行监测，对扰动发生地点进行定位。该传感器系统可以用于输油气、输水等管道系统的长距离安全监测，实现有效的预警监控。
技术介绍
当前，对于管道沿线是否发生盗油或其它人为因素等威胁安全生产运行的行为事件、行为发生地点的确定，多为人工巡查、质量平衡法、应力波法、声波法等传统方法，但这些方法效率低，误判和盲点多，不能及时对带来管道破坏的行为进行监控，因此给管道安全运行监测带来了很多不便。北京工业大学的何存富、杭利军等专利技术了一种用于实时管道泄漏检测的分布式光纤传感器系统，使用方便且可实时在线监测，但该系统能量损耗较大，且对管道泄漏前威胁管道安全运行的行为还缺乏有效的预警监控，可监测信号幅值低、频率高，限制了其监测实效、空间范围和精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决管道安全监测中，外界扰动所产生的振动信号无法准确、即时测量以及扰动信号发生位置无法在线实时定位的缺点，提出了一种用于实时管道安全监测的分布式光纤传感器系统。本专利技术中使用3×3耦合器构建的直线型Sagnac干涉仪监测系统，对光路和电路进行了新的建模与设计，提高了被监测信号的幅度及信噪比，可实现对低频扰动信号的监测，并提高了定位精度，可实现预警监控。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：包括光源(1)、2×1耦合器I(41)、起偏器I(21)、光隔离器I(31)、2×1耦合器II(42)、3×3耦合器I(51)，2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、延迟光纤I(81)、2×1耦合器III(43)2×1耦合器IV(44)；起偏器II(22)、光隔离器II(32)、2×1耦合器VI(46)、3×3耦合器II(52)，延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VIII(48)以及信号采集装置(9)；其特征在于：光源(1)发出的激光通过通过2×1耦合器I(41)分光，分别进入主回路和辅回路；主回路光经过起偏器I(21)和光隔离器I(31)，通过2×1耦合器II(42)进入3×3耦合器I(51)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)及延迟光纤I(81)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤I(81)、2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)。光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器I(51)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器III(43)、2×1经耦合器II(42)和2×1耦合器IV(44)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。辅回路光经过起偏器II(22)和光隔离器II(32)，通过2×1耦合器VI(46)进入3×3耦合器II(52)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)及延迟光纤II(82)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)；光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器II(52)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VI(46)和2×1耦合器VIII(48)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。主回路传感光纤I(61)沿被监测管道径向方向铺设，并在监测终端放置法拉第旋转镜FRMI(71)以形成直线型结构；辅回路传感光纤II(62)沿被监测管道径向方向铺设，并在监测终端经过延迟光纤III(83)后放置法拉第旋转镜FRMII(72)以形成直线型结构；传感光纤I(61)和传感光纤II(62)需并行粘贴在一起以保证对同一信号源出于相同的监测条件。各延迟光纤需根据实际监测情况进行长度调整，以便于监测信号达到最优化。本专利技术采用了以上的技术方案，使监测系统可监测到的扰动信号频率大幅降低，信号的信噪比得到比较明显的改善，进而增加了管道安全监测系统的实时监控和有效监测范围，并提高了监测精度。附图说明图1本专利技术系统整体示意图；图2频率为200Hz延迟光纤2长度Ld2＝0.5km定位计算结果；图3频率为200Hz延迟光纤2长度Ld2＝1km定位计算结果；图4Ld2＝0.5km定位计算结果均值绝对偏差与延迟光纤长度比Kd的关系；图5Ld2＝1km定位计算结果均值绝对偏差与延迟光纤长度比Kd的关系。图中，1、光源，21、起偏器I，22、起偏器II，31、隔离器I，32、隔离器II，41、2×1耦合器I，42、2×1耦合器II，43、2×1耦合器III，44、2×1耦合器IV，45、2×1耦合器V，46、2×1耦合器VI，47、2×1耦合器VII，48、2×1耦合器VIII，49、2×1耦合器IX，51、3×3耦合器I，52、3×3耦合器II，61、单模传感光纤I，62、单模传感光纤II，71、法拉第旋转镜FRMI，72、法拉第旋转镜FRMII，81、延迟光纤I，82、延迟光纤II，83、延迟光纤III，9、信号采集装置。具体实施方式结合本专利技术方法的内容提供以下实施例：本实施例的结构如图1所示，包括光源(1)、2×1耦合器I(41)、起偏器I(21)、光隔离器I(31)、2×1耦合器II(42)、3×3耦合器I(51)，2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、延迟光纤I(81)、2×1耦合器III(43)2×1耦合器IV(44)；起偏器II(22)、光隔离器II(32)、2×1耦合器VI(46)、3×3耦合器II(52)，延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VIII(48)以及信号采集装置(9)；其特征在于：光源(1)发出的激光通过2×1耦合器I(41)分光，分别进入主回路和辅回路；主回路光经过起偏器I(21)和光隔离器I(31)，通过2×1耦合器II(42)进入3×3耦合器I(51)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统，分为主回路和辅回路两部分；其包括光源(1)、2×1耦合器I(41)、起偏器I(21)、光隔离器I(31)、2×1耦合器II(42)、3×3耦合器I(51)，2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、延迟光纤I(81)、2×1耦合器III(43)2×1耦合器IV(44)；起偏器II(22)、光隔离器II(32)、2×1耦合器VI(46)、3×3耦合器II(52)，延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRM II(72)、2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VIII(48)以及信号采集装置(9)；其特征在于：光源(1)发出的激光通过通过2×1耦合器I(41)分光，分别进入主回路和辅回路；主回路光经过起偏器I(21)和光隔离器I(31)，通过2×1耦合器II(42)进入3×3耦合器I(51)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)及延迟光纤I(81)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤I(81)、2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRM I(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)。光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器I(51)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器III(43)、2×1经耦合器II(42)和2×1耦合器IV(44)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。辅回路光经过起偏器II(22)和光隔离器II(32)，通过2×1耦合器VI(46)进入3×3耦合器II(52)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRM II(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)及延迟光纤II(82)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、延迟光纤III(83)、传感光纤II(62)、2×1耦合器IX(49)；光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器II(52)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VI(46)和2×1耦合器VIII(48)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理。...

【技术特征摘要】
1.基于3×3耦合器的直线型Sagnac管道安全监测系统，分为主回路和辅回路两部分；其包括光源(1)、2×1耦合器I(41)、起偏器I(21)、光隔离器I(31)、2×1耦合器II(42)、3×3耦合器I(51)、2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、延迟光纤I(81)、2×1耦合器III(43)、2×1耦合器IV(44)；起偏器II(22)、光隔离器II(32)、2×1耦合器VI(46)、3×3耦合器II(52)，延迟光纤II(82)、2×1耦合器IX(49)、传感光纤II(62)、延迟光纤III(83)、法拉第旋转镜FRMII(72)、2×1耦合器VII(47)、2×1耦合器VIII(48)以及信号采集装置(9)；其特征在于：光源(1)发出的激光通过通过2×1耦合器I(41)分光，分别进入主回路和辅回路；主回路光经过起偏器I(21)和光隔离器I(31)，通过2×1耦合器II(42)进入3×3耦合器I(51)后形成两个光回路结构分别形成顺时针回路和逆时针回路；顺时针回路光信号路径为：2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)及延迟光纤I(81)；逆时针回路光信号路径为：经过延迟光纤I(81)、2×1耦合器V(45)、传感光纤I(61)、法拉第旋转镜FRMI(71)、传感光纤I(61)、2×1耦合器V(45)；光信号经由顺时针和逆时针回路后回到3×3耦合器I(51)发生干涉，形成3路干涉光，分别经过2×1耦合器III(43)、2×1经耦合器II(42)和2×1耦合器IV(44)由信号采集装置(9)接收，而后对三路光信号进行解调及分析处理；辅回路光经过起偏器II...

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，阮力，宋国荣，吴斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11