基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统，包括：待测液压的管道；管道内壁的传感光纤，检测传感光纤的双折射频移的分布式液压传感器、上位机；分布式液压传感器、上位机分别位于管道外侧；液压传感器包括：在传感光纤中产生布里渊动态光栅的光路元件和用于读取布里渊动态光栅的光路元件；以及光电探测器，采集光电探测器的电信号的数据采集系统；液压传感器通过数据采集系统将采集的数据传送到上位机中，上位机根据双折射频移与液压的对应关系，获得传感光纤所在管道内的液压。上述的液压传感器能够用于油气管道中精确测量液压，还可以实现小于1m的高空间分辨率分布式测量，可以应用于大型油罐、油气管道液压测量等场合。

Distributed hydraulic sensor system based on Brillouin dynamic grating

The utility model discloses a distributed hydraulic sensor system based on Brillouin dynamic grating, which consists of a hydraulic pipe to be measured, a sensing optical fiber on the inner wall of the pipe, a distributed hydraulic sensor and a upper computer for detecting the birefringence frequency shift of the sensing optical fiber, and the distributed hydraulic sensor and the upper computer are located on the outside of the pipe, respectively. The pressure sensor includes: the optical path element which produces Brillouin dynamic grating in the sensing fiber and the optical path element used to read Brillouin dynamic grating; and the photoelectric detector, and collect the data acquisition system of the electrical signal of the photodetector; the hydraulic sensor transmits the collected data to the upper computer through the data acquisition system. According to the corresponding relationship between birefringence frequency shift and hydraulic pressure, the upper computer obtains the hydraulic pressure in the pipe of the sensing optical fiber. The above hydraulic sensors can be used to accurately measure the hydraulic pressure in the oil and gas pipeline, and can also realize the high spatial resolution distributed measurement less than 1m, and can be applied to the hydraulic measurement of large oil tanks and oil and gas pipelines.

【技术实现步骤摘要】
基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统
本技术涉及的是分布式布里渊动态光栅传感技术，具体涉及一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统。
技术介绍
近年来，随着石油工业的高速发展，油气资源需求长时间呈高速增长的态势。同时，由于我国油气资源空间分布不均匀、进口原油量不断增加的原因，我国油气管道工程建设发展迅速，今年来油气管道数量不断增加。因此，油气管道的安全监测越来越受到各界关注。油气管道的液压是管道重要安全参数之一。而传统的用于液压监测的电子元器件耐腐蚀能力差，在石油贮藏应用场合又有引起火灾、爆炸的危险。同时，电学传感器一般需要本地仪器，不适合于深水或油井中部署阵列。而分布式光纤传感技术能够弥补上述电学液压传感器的不足，其具有灵敏度高、不受电磁干扰、结构小巧、易于组网等，特别是能够应用在易燃易爆、高温、强电磁干扰、强化学腐蚀等恶劣的环境中，因此在石油工业(特别是油气管道)中，其发展前景十分巨大。其中，基于布里渊散射的分布式传感其主要功能是利用布里渊频移(布里渊散射光与瑞利散射光之间的光频差值)的温度、应变线性敏感性，能够实现长距离、高精度的温度和应变传感。然而，传统的布里渊分布式传感系统对于横向压力并不具有敏感性，因此也就不能用于如油气管道液压测量的场合。而其它用于测量液压的技术手段，如高双折射光栅、使用高双折射光纤的Sagnac环等均不能实现分布式测量。同时，一般基于布里渊散射效应的传感器由于声子寿命(约10ns)的限制，不能实现1m以下的高空间分辨率的测量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服现有的传感技术不能实现安全的长距离分布式测量液压(如大型油气运输管道油压测量)的问题，本技术提供一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统，该液压传感器能够用于油气管道中精确测量液压，还可以实现小于1m的高空间分辨率分布式测量，可以应用于大型油罐、油气管道液压测量等场合。(二)技术方案本技术提供一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统，包括：待测液压的管道；铺设管道内部的传感光纤，所述传感光纤紧贴所述管道内壁铺设；基于布里渊动态光栅原理检测传感光纤的双折射频移的分布式液压传感器，连接分布式液压传感器的上位机；所述分布式液压传感器、上位机分别位于管道外侧；所述液压传感器包括：用于在传感光纤中产生布里渊动态光栅的光路元件和用于读取布里渊动态光栅的光路元件；以及将从布里渊动态光栅反射的光信号转换为电信号的光电探测器，采集光电探测器的电信号的数据采集系统；所述液压传感器通过数据采集系统将采集的数据传送到上位机中，所述上位机根据双折射频移与液压的对应关系，获得传感光纤所在管道内的液压。可选地，所述传感光纤为边孔光纤；所述边孔光纤的双折射频移为40-60GHz；所述边孔光纤的两个空气孔及掺杂二氧化硅的纤芯的圆心在一条直线上，且每一空气孔直径为30-10um，所述纤芯的直径为8-10um，两个空气孔中心之间的距离为40-50um。可选地，所述分布式液压传感器包括：第一激光器，光耦合器、第一电光调制器、第二电光调制器、第一隔离器、第一掺铒光纤放大器、第一偏振控制器、传感光纤；第三电光调制器、第二隔离器、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振分束器；第二激光器、声光调制器、第三掺铒光纤放大器、第三偏振控制器、光环形器；其中，光耦合器的输入端连接第一激光器的输出端；所述光耦合器输出的第一路泵浦光信号经由第一电光调制器和第二电光调制器调制成第一路脉冲光信号，经过第一隔离器进入到第一掺铒光纤放大器，所述第一掺铒光纤放大器将第一路脉冲光信号的功率放大到能够激发布里渊动态光栅的功率；放大功率后的第一路脉冲光信号通过第一偏振控制器，使得放大功率后的第一路脉冲光信号的偏振态与传感光纤的快轴平行的位置；所述光耦合器输出的第二路泵浦光信号经由第三电光调制器调制成第二路脉冲光信号，经过第二隔离器进入到第二掺铒光纤放大器，所述第二掺铒光纤放大器将第二路脉冲光信号的功率放大到能够激发布里渊动态光栅的功率；放大功率后的第一路脉冲光信号通过第二偏振控制器，使得放大功率后的第一路脉冲光信号的偏振态与传感光纤的快轴平行的位置；所述传感光纤的输入端连接所述第一偏振控制器，所述传感光纤的输出端和所述第二偏振控制器的输出端分别连接偏振分束器的输入端，经由所述偏振分束器的第一路脉冲光信号和第二路脉冲光信号在传感光纤中产生位置和宽度可调的布里渊动态光栅；声光调制器的输入端连接第二激光器的输出，并输出调制后的脉冲探测光经由第三掺铒光纤放大器输入至第三偏振控制器，其中，第三掺铒光纤放大器将脉冲探测光的功率放大到能够读取布里渊动态光栅的功率，所述第三偏振控制器将功率放大后的脉冲探测光的偏振态调整到与传感光纤的慢轴平行的位置；经由所述第三偏振控制器的脉冲探测光通过所述光环形器、偏振分束器进入传感光纤后，被布里渊动态光栅反射后，进入光电探测器，所述数据采集系统采集光电探测器的电信号，并传送到上位机。可选地，所述分布式液压传感器还包括，微波信号发生器和脉冲信号发生器；所述微波信号发生器产生的微波信号11GHz驱动第二电光调制器；脉冲信号发生器产生的脉冲信号分别驱动第一电光调制器、第三电光调制器和声光调制器；其中，所述脉冲信号发生器产生的用于驱动声光调制器的脉冲信号的上升沿的时间点与脉冲信号发生器产生的用于驱动第一电光调制器的脉冲信号的上升沿的时间点之间的时间差小于声子的寿命。可选地，所述分布式液压传感器还包括，脉冲信号发生器；脉冲信号发生器产生的脉冲信号分别驱动第一电光调制器、第三电光调制器和声光调制器。可选地，所述第二激光器产生的用于探测的激光频率比第一激光器产生的用于产生布里渊动态光栅的激光频率低一个双折射频移40-60GHz。可选地，待测液压的管道为油气管道。可选地，与第一激光器对应两泵浦脉冲光的脉宽为2ns～100ns。可选地，所述脉冲探测光的脉宽为2ns～100ns。可选地，脉冲探测光在时间上滞后所述泵浦脉冲光1ns～10ns。(三)有益效果本技术的有益效果是，分布式液压传感器系统可以安全地应用于油气油井等场合，测量管道油气泄漏或堵塞引起的液压变化，在液压精确测量的同时，实现空间分辨率小于1m的分布式测量。附图说明图1为本技术的基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统的示意图；图2为边孔光纤的截面图；图3为泵浦脉冲光和探测脉冲光信号的示意图。【附图标记说明】第一激光器1，光耦合器2、第一电光调制器3、第二电光调制器4、微波信号发生器5、第一隔离器6、第一掺铒光纤放大器7、第一偏振控制器8、传感光纤9；第三电光调制器10、第二隔离器11、第二掺铒光纤放大器12、第二偏振控制器13、偏振分束器14、第二激光器15、声光调制器16、脉冲信号发生器17、第三掺铒光纤放大器18、第三偏振控制器19、光环形器20、光电探测器21、数据采集系统22。具体实施方式为了更好的解释本技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本技术作详细描述。实施例一本实施例的分布式液压传感器系统是采用高双折射光纤作为传感元件，将其应用于分布式液压测量环境中(特别是油气管道)，能够高空间分辨率精确测量分布式液压。具体地，分布式液压传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统，其特征在于，包括：待测液压的管道；铺设管道内部的传感光纤，所述传感光纤紧贴所述管道内壁铺设；基于布里渊动态光栅原理检测传感光纤的双折射频移的分布式液压传感器，连接分布式液压传感器的上位机；所述分布式液压传感器、上位机分别位于管道外侧；所述液压传感器包括：用于在传感光纤中产生布里渊动态光栅的光路元件和用于读取布里渊动态光栅的光路元件；以及将从布里渊动态光栅反射的光信号转换为电信号的光电探测器，采集光电探测器的电信号的数据采集系统；所述液压传感器通过数据采集系统将采集的数据传送到上位机中，所述上位机根据双折射频移与液压的对应关系，获得传感光纤所在管道内的液压。

【技术特征摘要】
1.一种基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器系统，其特征在于，包括：待测液压的管道；铺设管道内部的传感光纤，所述传感光纤紧贴所述管道内壁铺设；基于布里渊动态光栅原理检测传感光纤的双折射频移的分布式液压传感器，连接分布式液压传感器的上位机；所述分布式液压传感器、上位机分别位于管道外侧；所述液压传感器包括：用于在传感光纤中产生布里渊动态光栅的光路元件和用于读取布里渊动态光栅的光路元件；以及将从布里渊动态光栅反射的光信号转换为电信号的光电探测器，采集光电探测器的电信号的数据采集系统；所述液压传感器通过数据采集系统将采集的数据传送到上位机中，所述上位机根据双折射频移与液压的对应关系，获得传感光纤所在管道内的液压。2.根据权利要求1所述的分布式液压传感器系统，其特征在于，所述传感光纤为边孔光纤；所述边孔光纤的双折射频移为40-60GHz；所述边孔光纤的两个空气孔及掺杂二氧化硅的纤芯的圆心在一条直线上，且每一空气孔直径为30-10um，所述纤芯的直径为8-10um，两个空气孔中心之间的距离为40-50um。3.根据权利要求1所述的分布式液压传感器系统，其特征在于，所述分布式液压传感器包括：第一激光器(1)，光耦合器(2)、第一电光调制器(3)、第二电光调制器(4)、第一隔离器(6)、第一掺铒光纤放大器(7)、第一偏振控制器(8)、传感光纤(9)；第三电光调制器(10)、第二隔离器(11)、第二掺铒光纤放大器(12)、第二偏振控制器(13)、偏振分束器(14)；第二激光器(15)、声光调制器(16)、第三掺铒光纤放大器(18)、第三偏振控制器(19)、光环形器(20)；其中，光耦合器(2)的输入端连接第一激光器(1)的输出端；所述光耦合器(2)输出的第一路泵浦光信号经由第一电光调制器(3)和第二电光调制器(4)调制成第一路脉冲光信号，经过第一隔离器(6)进入到第一掺铒光纤放大器(7)，所述第一掺铒光纤放大器(7)将第一路脉冲光信号的功率放大到能够激发布里渊动态光栅的功率；放大功率后的第一路脉冲光信号通过第一偏振控制器(8)，使得放大功率后的第一路脉冲光信号的偏振态与传感光纤的快轴平行的位置；所述光耦合器(2)输出的第二路泵浦光信号经由第三电光调制器(10)调制成第二路脉冲光信号，经过第二隔离器(11)进入到第二掺铒光纤放大器(12)，所述第二掺铒光纤放大器(12)将第二路脉冲光信号的功率放大到能够激发布里渊动态光栅的功率；放大功率后的第一路脉冲光信号通过第二偏振控制器(13)，使得放大功率后的第一路脉冲光信号的偏振态与传感光纤的快轴平行的位置；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵理阳，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：新型
国别省市：广东,44