利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，包括：激光器、波分复用器、缠绕在罐体外的感应光纤、光电转换模块、信号处理模块和报警模块；激光器与波分复用器的第一解复用端口连接，感应光纤与波分复用器的复用端口连接，光电转换模块与波分复用器的第二解复用端口和第三解复用端口连接，光电转换模块与信号处理模块连接，报警模块与信号处理模块连接；光电转换模块与信号处理模块连接，报警模块与信号处理模块连接；利用感应光纤反射回的斯托克斯光和反斯托克斯光计算得到温度值和泄漏点的位置信息。本发明专利技术提供的监测系统，利用光学时域反射技术，能够对罐体气体的泄漏点进行快速定位，避免重大事故发生。

Monitoring system for detecting tank leakage using distributed optical fiber

The invention provides a method of distributed optical fiber detection tank leakage monitoring system, including: laser, wavelength division multiplexing, optical fiber, winding induction photoelectric conversion module, signal processing module and alarm module in the tank body; and the laser wavelength division multiplexer first demultiplexing port connection, multiplexing port and wave sensor multiplexer connection, photoelectric conversion module and wavelength division multiplexing demultiplexing second port and third port connection demultiplexing, photoelectric conversion module is connected with the signal processing module, alarm module connected with the signal processing module; photoelectric conversion module is connected with the signal processing module, alarm module and signal processing module connected by optical fiber; Stokes reflection and induction of anti Stokes light to calculate the temperature value and the leak location information. The monitoring system provided by the invention can rapidly locate the leak point of the tank gas by using optical time domain reflection technology to avoid the occurrence of a serious accident.

【技术实现步骤摘要】
利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统
本专利技术涉及罐体泄漏检测领域，具体涉及一种利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统。
技术介绍
大型的LNG(液化天然气)罐体、原油罐体一旦罐体发生破坏或泄漏，极易引发火灾、爆炸及中毒事故，造成人民生命和国家财产的重大损失。因此，对大型的LNG(液化天然气)罐体、原油罐体进行日常监测和预警是非常必要的。由于LNG(液化天然气)罐体、原油罐体所处的环境易燃易爆，电类传感器因其易于产生电火花会引入新的不安全因素，不适合使用。目前最广泛采用的是声发射检测技术，它利用声发射仪采集信号，从而了解液化气储罐的裂纹和缺陷，显然这种方法难以达到人们对大型液化气储罐泄露的长时期、实时在线监测和预警的要求。还有一种方法是，使用光纤光栅温度传感探头进行泄露检测，但由于罐体庞大的表面积，以及损伤点和泄露点的不确定性，要达到有效监测需要大量的传感探头。目前，6mm孔径罐体泄漏是世界难题，显然，声发射检测技术和光纤光栅温度传感技术都无法满足如此高精度的定位检测，如何检测如此微小孔径的泄漏是油气储运急需解决问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，利用光学时域反射技术，能够对罐体气体的泄漏点进行快速定位，避免重大事故发生。本专利技术提供的一种利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，包括：激光器、波分复用器、缠绕在罐体外的感应光纤、光电转换模块、信号处理模块和报警模块；所述激光器与所述波分复用器的第一解复用端口连接，所述感应光纤与所述波分复用器的复用端口连接，所述光电转换模块与所述波分复用器的第二解复用端口和第三解复用端口连接，所述光电转换模块与所述信号处理模块连接，所述报警模块与所述信号处理模块连接；所述激光器用于产生脉冲激光；所述波分复用器用于从所述感应光纤反射回的光中分离出斯托克斯光和反斯托克斯光；所述光电转换模块用于将所述波分复用器分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为第一电信号和第二电信号；所述信号处理模块用于根据所述第一电信号和所述第二电信号，计算得到温度值和泄漏点的位置信息；所述报警模块用于若信号处理模块检测到泄露，则进行报警。优选地，所述信号处理模块具体用于：将所述第一电信号和第二电信号进行模数转换得到第一数据和第二数据，所述第一数据对应斯托克斯光的强度，所述第二数据对应反斯托克斯光的强度；根据所述第一数据和所述第二数据的比值，得到温度检测值；将所述温度检测值与温度标准值进行比较，若温度检测值与温度标准值的差值大于温度误差阈值，则根据时间信息，得到泄漏点的位置信息。优选地，所述根据所述第一数据和所述第二数据的比值，得到温度检测值，包括：根据时间信息计算第一数据对应的第一位置信息，存储在第一位置序列中；根据时间信息计算第二数据对应的第二位置信息；在所述第一位置序列中查找与所述第二位置信息最接近的第一位置信息；根据查找到的第一位置信息和所述第二位置信息的比值，得到温度检测值。优选地，所述根据时间信息，得到泄漏点的位置信息，包括：根据时间信息从坐标数据库中获取泄漏点的位置信息，所述坐标数据库中预先存储有时间信息与位置信息的关系对应表。优选地，还包括三维模型匹配模块，所述三维模型匹配模块与所述信号处理模块连接，所述三维模型匹配模块用于在三维模型中找到与所述位置信息匹配的点，标注匹配到的点，通过显示器显示所述三维模型，其中，所述三维模型为根据检测区域预先构建的。优选地，所述信号处理模块具体用于：若所述第一电信号和第二电信号进行模数转换得到第一数据和第二数据，所述第一数据对应斯托克斯光的强度，所述第二数据对应反斯托克斯光的强度；将所述第一数据偏离第一标准值，且所述第二数偏离第二标准值，则根据时间信息，得到泄漏点的位置信息。优选地，所述激光器采用光纤激光器。优选地，所述激光器采用1550纳米激光器。优选地，所述感应光纤的内层涂层为镀镍层，外层涂层为SiO2/EA/PUA杂化材料。优选地，所述光电转换模块包括两个APD雪崩光电二极管和两路放大电路。附图说明图1为本专利技术实施例提供的利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统的结构框图；图2为Raman散射原理图；图3为Raman散射中入射光、反斯托克斯光与斯托克斯光之间的频率关系图；图4为本专利技术实施例提供的信号处理模块中一种信号处理方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的信号处理模块中另一种信号处理方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。如图1所示，本专利技术实施例提供的利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，包括：激光器、波分复用器、缠绕在罐体外的感应光纤、光电转换模块、信号处理模块和报警模块。激光器与波分复用器的第一解复用端口连接，感应光纤与波分复用器的复用端口连接，光电转换模块与波分复用器的第二解复用端口和第三解复用端口连接，确保斯托克斯光与反斯托克斯光可以分别从第二解复用端口和第三解复用端口输出，其中，第一解复用端口对应的脉冲激光的工作波长位于斯托克斯光和反斯托克斯光波长的中间。光电转换模块与信号处理模块连接，报警模块与信号处理模块连接。激光器用于产生脉冲激光；波分复用器用于从感应光纤反射回的光中分离出斯托克斯光和反斯托克斯光；光电转换模块用于将波分复用器分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为第一电信号和第二电信号；信号处理模块用于根据第一电信号和第二电信号，计算得到温度值和泄漏点的位置信息；报警模块用于若信号处理模块检测到泄露，则进行报警。其中，感应光纤缠绕的密度根据检测的精度而定，缠绕密度越大，检测精度越高。光学时域反射技术(OTDR)最初用于评价通信光纤、光缆和耦合器的性能，是检验光纤损耗、光纤故障的手段，其工作机理是向被测光纤发射光脉冲，发生拉曼散射现象，在光纤中形成背向散射光和前向散射光，如图2所示。其中，背向散射光向后传播至光纤的起始端(也就是激光脉冲的注入端)，由于每一个背向传播的散射光都对应光纤上的一个散射点，因此，根据背向散射光的行进时间便可判断出光纤上发生散射点的位置，其中，c是光在感应光纤中的速度，而t是信号发射后到接收到信号的总时间，IOR是光纤折射率。本实施例主要利用光在光纤中的Raman(拉曼)散射信号，进行温度和位置的测量。Raman散射信号的变化与温度有关，而且Raman散射信号相对容易获取和分析，如图3所示，Raman散射会产生两个不同频率的信号：斯托克斯光(Stokes)和反斯托克斯光(Anti-Stokes)，斯托克斯光的波长比光源波长长，反斯托克斯光的波长为比光源波长短，例如，如果作为光源的激光器发出的光为1550nm，那么斯托克斯光的波长为1663nm，反斯托克斯光的波长为1450nm。感应光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯光强发生变化，而斯托克斯光受温度的影响较小，所以反斯托克斯光与斯托克斯光的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。通过采集和分析入射光脉冲从光纤的一端(注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，其特征在于，包括：激光器、波分复用器、缠绕在罐体外的感应光纤、光电转换模块、信号处理模块和报警模块；所述激光器与所述波分复用器的第一解复用端口连接，所述感应光纤与所述波分复用器的复用端口连接，所述光电转换模块与所述波分复用器的第二解复用端口和第三解复用端口连接，所述光电转换模块与所述信号处理模块连接，所述报警模块与所述信号处理模块连接；所述激光器用于产生脉冲激光；所述波分复用器用于从所述感应光纤反射回的光中分离出斯托克斯光和反斯托克斯光；所述光电转换模块用于将所述波分复用器分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为第一电信号和第二电信号；所述信号处理模块用于根据所述第一电信号和所述第二电信号，计算得到温度值和泄漏点的位置信息；所述报警模块用于若信号处理模块检测到泄露，则进行报警。

【技术特征摘要】
1.一种利用分布式光纤检测罐体泄漏的监测系统，其特征在于，包括：激光器、波分复用器、缠绕在罐体外的感应光纤、光电转换模块、信号处理模块和报警模块；所述激光器与所述波分复用器的第一解复用端口连接，所述感应光纤与所述波分复用器的复用端口连接，所述光电转换模块与所述波分复用器的第二解复用端口和第三解复用端口连接，所述光电转换模块与所述信号处理模块连接，所述报警模块与所述信号处理模块连接；所述激光器用于产生脉冲激光；所述波分复用器用于从所述感应光纤反射回的光中分离出斯托克斯光和反斯托克斯光；所述光电转换模块用于将所述波分复用器分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为第一电信号和第二电信号；所述信号处理模块用于根据所述第一电信号和所述第二电信号，计算得到温度值和泄漏点的位置信息；所述报警模块用于若信号处理模块检测到泄露，则进行报警。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块具体用于：将所述第一电信号和第二电信号进行模数转换得到第一数据和第二数据，所述第一数据对应斯托克斯光的强度，所述第二数据对应反斯托克斯光的强度；根据所述第一数据和所述第二数据的比值，得到温度检测值；将所述温度检测值与温度标准值进行比较，若温度检测值与温度标准值的差值大于温度误差阈值，则根据时间信息，得到泄漏点的位置信息。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据所述第一数据和所述第二数据的比值，得到温度检测值，包括：根据时间信息计算第一数据对应的第一位置信息，存储在第一位置序列中；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，杨振甲，杨智伟，谢长福，邵万鹏，张明维，王有力，李贺春，刘康林，
申请(专利权)人：唐山市神州科贸有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13