一種管道全光纖分布式測溫監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及管道泄漏監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖拉曼散射原理的 管道全光纖分布式測溫監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求量的增加，油氣管道運輸作為一種安全、經(jīng)濟的運 輸方式得到了更廣泛的應(yīng)用。作為管道運行監(jiān)控重要組成部分的管道安全檢測技術(shù)一直受 到各國科技工作者的重視。管道泄漏是影響管道安全運行的最大問題，目前已有多種管道 安全檢測方式和技術(shù)應(yīng)用于管道的檢測和維護，由于管道安全檢測技術(shù)是多領(lǐng)域多學(xué)科知 識的綜合，各種管道檢測方式和技術(shù)差別較大。目前主要的管道泄漏檢測技術(shù)主要有巡線 觀察法、空氣采樣法、電纜檢漏法、放射物檢測法、紅外輻射檢測法、聲學(xué)檢測法等。巡線觀 察法利用管道巡線工人或經(jīng)過訓(xùn)練的動物沿管線巡查，通過看、聞、聽或其他方式進行管道 泄漏判斷，其檢測速度慢，無法進行連續(xù)檢測，主要依賴于巡檢者經(jīng)驗；空氣采樣法通過對 管道泄漏的揮發(fā)性氣體濃度進行檢測，該技術(shù)無法實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，檢測儀器昂貴，方法實施 具有一定局限性；電纜檢漏法將電纜與管道平行鋪設(shè)，當(dāng)管道泄漏的介質(zhì)與電纜接觸時，將 引起電纜特性變化，該方法安全性低，其維修和維護費用高，工作量較大;放射物檢測法通 過向管道內(nèi)添加放射性標(biāo)記物，當(dāng)管道泄漏時通過檢測放射性標(biāo)記物，可實現(xiàn)管道泄漏檢 測，該方法對管道內(nèi)傳輸介質(zhì)成分有一定影響;紅外輻射檢測法基于紅外輻射原理，可采用 機載紅外攝像頭沿管道上空進行巡檢，同時采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行時間定位，該方法成本 較高，極易受氣候和環(huán)境影響，實施時需考慮設(shè)備安全性;聲學(xué)檢測法可分為超聲波檢測法 和次聲波檢測法，沿管壁放置聲波發(fā)射和接收裝置，管道泄漏時將產(chǎn)生缺陷波，通過相關(guān)性 可實現(xiàn)泄漏位置判別，該檢測方法對管道傳輸介質(zhì)非常敏感，不適用于輸氣或介質(zhì)包含氣 體的應(yīng)用環(huán)境。
[0003] 目前，大都采用分布式光纖測溫技術(shù)對管道泄漏進行實時探測和定位。中國專利 文獻中，公開號CN104613321A、名稱是一種基于分布式光纖測溫的核電廠管道泄漏探測裝 置及方法(參見該申請說明書【具體實施方式】部分），公開了一種基于分布式光纖測溫的核電 廠管道泄漏探測裝置，該裝置包括探測傳感器單元、信號收發(fā)處理單元、數(shù)據(jù)分析報警單 元，探測傳感單元通過信號收發(fā)處理單元與數(shù)據(jù)分析報警單元連接，且信號收發(fā)處理單元 包括激光驅(qū)動裝置、波分復(fù)用器、光電檢測器、信號處理器，但是，該現(xiàn)有技術(shù)中缺少恒溫 盒，無法為測溫裝置提供溫度標(biāo)定的參考溫度，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確測溫，而且該現(xiàn)有技術(shù)只能夠 對所測溫度處的位置進行定位，并不能實現(xiàn)管道泄漏的圖形化展示，從而無法形象直觀的 進行管道監(jiān)測。
[0004] 因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，研究一種集傳輸與傳感于一體，測量精度 高、響應(yīng)速度快、能夠?qū)崿F(xiàn)管道泄漏事件的圖形化展示的管道全光纖分布式測溫監(jiān)控系統(tǒng) 已經(jīng)成為一項重要任務(wù)。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型提出了一種管道全光纖分布式測溫監(jiān)控系統(tǒng)，利用管道泄漏后的溫度 變化實現(xiàn)泄漏事件的準(zhǔn)確判別與泄漏點的精準(zhǔn)定位，具有測量精度高、響應(yīng)速度快、抗電磁 干擾、本征安全、可實現(xiàn)連續(xù)分布式測量以及管道泄漏事件的圖形化展示，克服了現(xiàn)有管道 泄漏檢測技術(shù)的不足。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案為：
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種管道全光纖分布式測溫監(jiān)控系 統(tǒng)，包括分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)、與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)相連的報警 子系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)相連的定位顯示子系統(tǒng)；
[0008] 所述報警子系統(tǒng)包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)相連的繼電器、以及與繼 電器分別相連的蜂鳴器和報警指示燈；
[0009] 所述定位顯示子系統(tǒng)包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)相連且內(nèi)部配置有 GIS地理信息系統(tǒng)的遠端服務(wù)器以及用于實現(xiàn)管道位置與傳感光纖距離標(biāo)定的GPS移動終 端，所述GIS地理信息系統(tǒng)用于實現(xiàn)管道監(jiān)測的圖形化顯示。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型基于光纖拉曼分布式溫度傳感技術(shù)、管道泄漏監(jiān)控 技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的聯(lián)合開發(fā)應(yīng)用，將傳感光纖沿管道進行鋪設(shè)，當(dāng)管道發(fā) 生泄漏事件時，將引起泄漏點周界溫度變化，通過傳感光纖對異常溫度進行實時探測和準(zhǔn) 確定位，利用GPS移動終端完成管道位置與傳感光纖的準(zhǔn)確標(biāo)定，最終利用二次開發(fā)的GIS 地理信息系統(tǒng)完成管道監(jiān)測的圖形化展示;該系統(tǒng)利用拉曼散射原理實現(xiàn)對光纖沿線的溫 度測量，利用光時域反射技術(shù)實現(xiàn)對溫度信息的定位，并利用專業(yè)GIS地理信息系統(tǒng)工具軟 件或其提供的組件來實現(xiàn)GIS地理信息系統(tǒng)的基本功能，同時采用可視化程序開發(fā)語言，進 行二者的集成開發(fā)，最終實現(xiàn)管道泄漏的圖形化界面監(jiān)控，其中，可視化程序開發(fā)語言不局 限于Java、VisualC++。同時，本實用新型基于自發(fā)拉曼散射原理，實現(xiàn)對光纖及管道沿線區(qū) 域溫度的測量，光纖既作為溫度信息的傳感介質(zhì)，又作為溫度信息的傳輸介質(zhì)，當(dāng)管道發(fā)生 泄漏時，運用光時域反射技術(shù)能精確確定溫度異常的位置。
[0011] 脈沖光源發(fā)出的光脈沖進入光纖后，光纖中的光學(xué)光子和光學(xué)聲子發(fā)生非彈性碰 撞，產(chǎn)生對溫度敏感的拉曼散射，在非彈性碰撞過程中，由光脈沖釋放一個高頻聲子形成的 光分量稱為斯托克斯光，由光脈沖吸收一個高頻聲子后形成的光分量稱為反斯托克斯光， 反斯托克斯光對溫度敏感，其強度受溫度調(diào)制，而斯托克斯光的光強受溫度影響極小，因 此，把反斯托克斯光作為信號光，斯托克斯光作為參考光，通過兩者光強的比值解調(diào)出傳感 區(qū)域的溫度信息。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時，其中一部分的散射光和反射光將經(jīng)過同樣的 路徑延時返回到入射端，光時域反射技術(shù)根據(jù)入射信號與其返回信號的時間差τ，利用L = c τ/2η計算管道泄漏事件點與光時域反射設(shè)備的距離L，從而確定管道泄漏事件發(fā)生的具體 位置，其中，c是光在真空中的傳播速度，η為光纖纖芯的有效折射率。
[0012] 所述分布式光纖拉曼溫度傳感子系統(tǒng)包括依次連接的脈沖光源、雙向耦合器、恒 溫盒、傳感光纖、與雙向耦合器相連的波分復(fù)用器、與波分復(fù)用器相連的雙通道雪崩光電二 極管、與雙通道雪崩光電二極管分別相連的放大器、與放大器相連的數(shù)據(jù)采集卡、與數(shù)據(jù)采 集卡相連的計算機以及與恒溫盒連接的TEC溫度控制電路。
[0013] 所述傳感光纖為層絞松套管結(jié)構(gòu)的單?；蚨嗄９饫w。
[0014] 所述繼電器為電磁繼電器，通過RS232接口與計算機相連，用于通過接收計算機發(fā) 送的命令控制蜂鳴器和報警指示燈。
[0015] 所述遠端服務(wù)器通過RJ45通信接口與計算機相連，用于實時溫度數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù) 顯示、存儲、管理與查詢，并為GIS地理信息系統(tǒng)提供運行環(huán)境。
[0016] 所述數(shù)據(jù)采集卡采用高速外觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集卡，通過同軸電纜與脈沖光源相連。
[0017] 所述脈沖光源包括帶尾纖的InGaAsp高脈沖半導(dǎo)體激光器以及與激光器相連的激 光驅(qū)動電路，激光驅(qū)動電路接到數(shù)據(jù)采集卡發(fā)來的同步脈沖后就開始驅(qū)動激光器工作，激 光器用來發(fā)出光脈沖，激光器的功率可調(diào)，發(fā)出的光脈沖的頻率可調(diào)，發(fā)出的光脈沖的寬度 也可調(diào);所述脈沖光源的中心波長為1550nm，3dB譜寬小于