一种基于杜芬振子检测分布式光纤管道的泄漏的装置及方法，属于流体管道泄漏检测技术领域。装置包括光源模块、光纤干涉仪模块、光电探测模块、数据采集模块和PC机。检测方法，步骤如下：1、产生激光；2、由光纤干涉仪模块检测管道沿途的振动信号；3、光电探测模块接收光纤干涉仪模块传送过来的光信号，将光信号转换成电信号，并且将光信号放大输出；4、数据采集模块接收光电探测模块输出的电信号，将电信号进行滤波处理，并且进行A/D转换；5、PC机检测。本发明专利技术的优点：将混沌振子的检测算法应用于分布式光纤流体管道泄漏检测装置及方法，由于其具有极强的噪声抑制能力和信号频率选择的特性，能显著降低对检测信号信噪比的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体管道泄漏检测
，特别涉及一种基于杜芬振子(Duffing) 检测分布式光纤管道的泄漏的装置及方法。
技术介绍
管道运输作为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一，在国防工业和国民经济中发挥着越来越重要的作用。随着十几年来经济的飞速发展，流体管道泄漏检测技术也有长足的进步，出现了多种管道泄漏检测方法。流体输送管道泄漏检测以及定位的方法大致分为两类，管外检测法和管内检测法。管外检测法直接检测管道外部环境和管壁状况，例如管道外部巡视检测法、油敏线缆、 检测光纤等。管内检测法也被称为计算机管道监控(Computational Pipeline Monitor, CPM)，它应用仪器仪表对管道内部运行参数进行检测，然后将管道内部运行参数(例如压力、流量和温度等)作为计算机管道监控的输入数据，根据泄漏引起的流量、压力等物理参数发生的变化，通过计算机推理和人工分析得出管道是否发生泄漏。近年来，随着光纤技术的不断发展，光纤传感技术也开始应用于管道泄漏检测。分布式光纤管道检测技术利用光纤作为传感器检测流体管道沿途的振动信号，不仅可以检测出管道发生泄漏的状况，而且可以对管道沿线发生的危害管道事件进行预警。分布式光纤流体管道泄漏监测技术对于检测精度和灵敏度有很高的要求。当背景噪声较大而泄漏量较小时，分布式光纤流体管道泄漏监测系统测得的信号表现为强噪声背景下的微弱周期信号的检测问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于杜芬振子(Duffing)检测分布式光纤管道的泄漏的装置及方法。本专利技术装置包括光源模块、光纤干涉仪模块、光电探测模块、数据采集模块和PC 机；光源模块光源模块包括激光器、光源驱动电路和光源保护电路，其中光源驱动电路的输出端接光源保护电路的输入端，光源保护电路的输出端作为光源模块的输出端。光纤干涉仪模块光纤干涉仪模块由激光器、光隔离器、光纤耦合器、单模光纤、引导光纤和光环行器组成。其中激光器是用来产生激光的装置；光隔离器能够实现光信号的正向传输，同时抑制反向光，具有不可逆性，能够解决光路中光反射的问题，用于保护光源； 光纤耦合器为两个，可以把一个或多个光输入分成两个或多个光输出，用于传送和分配光信号的无源器件，其中一个光纤耦合器用作将从激光器传播过来的激光分成两束光的分光器，另一个光纤耦合器用来形成干涉信号并且将信号传送给引导光纤；单模光纤是沿管道铺设作为测试光纤，用于检测管道沿途的振动信号；光环行器只允许某端口的入射光从确定端口输入而反射光从另一端口输出的非互易性器件，光环行器可避免经过耦合器产生的损耗。其中光隔离器的输入端作为光纤干涉仪模块的输入端，光隔离器的输出端与耦合器相连接，光纤耦合器的输出端连接两个单模光纤的首端，两个单模光纤并行连接，单模光纤的末端连接光纤耦合器的输入端，另外当测试光纤受力分别向相反方向传播振动时，光纤耦合器为两个，一个光纤耦合器的输入端此时变为输出端，此时光纤耦合器的输出端与光环行器的输入端连接，光环行器输出与光电探测模块的一路输入连接，另一个光纤耦合器的输出端连接引导光纤，引导光纤的末端连接光电探测模块的另外一路输入端；光电探测模块，完成光转换成电并且将电信号放大的功能，光电探测模块包括将光信号转换成电信号的器件光电探测器和将电信号放大的放大电路，光电探测模块有两路接收信号端，其中一路接收引导光纤传播过来的信号，另外一路接收光环行器传播过来的信号。数据采集模块，包括滤波电路和数据采集卡，滤波电路的输入端作为数据采集模块的输入端，滤波电路的输出端连接数据采集卡的输入端，数据采集卡将数据进行A/D转换并且输出至PC机。该装置中光源模块的输出端连接光纤干涉仪模块的光隔离器的输入端，光纤干涉仪模块中引导光纤的输出端连接光电探测模块的一路输入端，光纤干涉仪模块中光环行器的输出端与光电探测模块的另外一路输入连接，光电探测模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出连接至PC机，进行信号的测试和处理。本专利技术以LabVIEW作为开发平台，完成信号向计算机的读取，以及完成应用 Duffing混沌理论实现信号的检测，通过输出相轨迹图的变化判断泄漏情况，并且实现定位。本专利技术中由单纵模窄线宽光纤激光器发出的激光经过隔离器和光纤耦合器分成光强相等的两束光波在两条单模光纤中传播，在光纤传感器的末端，即光纤耦合器出形成干涉信号，两束相干光光强分别为Ii、I2，AS(t)为两束相干光波调制差，Δρ为两束相干光波的相位差，两束相干光波干涉后的光强I为I = Ii +L· + I^hTi COS ^(0 + Αφ](4)设Ih为输入到两条测试光纤中的总光强；λ为两相干光的混合效率，则两束相干光波干涉后的光强I (t)有/( ) = Ih{\ + AC0S}(5)只考虑交流光强，并且通过光电检测器的光信号转换成电信号，K为光电转换系数，λ为两相干光的混合效率，光电流的交流量i(t)为/( ) = ^/1008^( ) + Αφ](6)管道发生泄漏，当测试光缆受到管道沿线振动信号作用时，光缆中的两条测试光纤都会产生应力应变，因此两条传感光纤中传播的两束相干光会产生相位变化，从而影响光强度的变化，最终导致光电探测器输出电流信号的变化。因此我们可以通过光电探测器输出光强度的变化检测出分布式光纤沿途为振动信号，从而实现管道泄漏实时检测。当发生泄漏时，测试光纤产生应力应变，造成该处光纤相位调制，产生调制的信号同时向传感器两端传播，一条经过耦合器Cl、光环行器e2、光电探测器f2传回数据采集信号处理，另外一条光路通过引导光纤，光电探测器fl传送回数据采集信号处理，通过两端振动检测信号的时间差，可以精确的计算出泄漏发生的位置，定位公式可表示为权利要求1.一种基于杜芬振子检测分布式光纤管道的泄漏的装置，其特征在于装置包括光源模块、光纤干涉仪模块、光电探测模块、数据采集模块和PC机；光源模块包括激光器、光源驱动电路和光源保护电路；光纤干涉仪模块包括激光器、光隔离器、光纤耦合器、单模光纤、 引导光纤和光环行器；光电探测模块包括光电探测器和放大电路；数据采集模块包括滤波电路和数据采集卡；该装置中光源模块的输出端连接光纤干涉仪模块的光隔离器的输入端，光纤干涉仪模块中引导光纤的输出端连接光电探测模块的一路输入端，光纤干涉仪模块中光环行器的输出端与光电探测模块的另外一路输入连接，光电探测模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出连接至PC机。2.根据权利要求1所述的基于杜芬振子检测分布式光纤管道的泄漏的装置，其特征在于所述的光源模块中光源驱动电路的输出端接光源保护电路的输入端，光源保护电路的输出端作为光源模块的输出端。3.根据权利要求1所述的基于杜芬振子检测分布式光纤管道的泄漏的装置，其特征在于所述的光纤干涉仪模块中光隔离器的输入端作为光纤干涉仪模块的输入端，光隔离器的输出端与耦合器相连接，光纤耦合器的输出端连接两个单模光纤的首端，两个单模光纤并行连接，单模光纤的末端连接光纤耦合器的输入端，当测试光纤受力分别向相反方向传播振动时，光纤耦合器为两个，一个光纤耦合器的输入端此时变为输出端，此时光纤耦合器的输出端与光环行器的输入端连接，光环行器输出与光电探测模本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于杜芬振子检测分布式光纤管道的泄漏的装置，其特征在于：装置包括光源模块、光纤干涉仪模块、光电探测模块、数据采集模块和ＰＣ机；光源模块包括激光器、光源驱动电路和光源保护电路；光纤干涉仪模块包括激光器、光隔离器、光纤耦合器、单模光纤、引导光纤和光环行器；光电探测模块包括光电探测器和放大电路；数据采集模块包括滤波电路和数据采集卡；该装置中光源模块的输出端连接光纤干涉仪模块的光隔离器的输入端，光纤干涉仪模块中引导光纤的输出端连接光电探测模块的一路输入端，光纤干涉仪模块中光环行器的输出端与光电探测模块的另外一路输入连接，光电探测模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出连接至ＰＣ机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯健，刘金海，张化光，马大中，张红娜，李健，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89
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