[发明专利]基于相位生成载波解调的光纤水下长输管道泄漏检测装置

说明书

技术领域

本发明属于管道泄漏检测领域，尤其涉及一种基于相位生成载波解调的光纤水下长输管道泄漏检测装置。

背景技术

管道输送具有保质、安全、经济、无污染、管理方便、可靠性高等优点，国内外已普遍采用长输管道输送石油与天然气。随着海上油气田的开发，对于水下长输管道的健康监测受到了高度的关注，水下长输管道运行的检测技术也在不断发展。

分布式光纤传感是近年来发展起来的一项新技术，具有长距离连续监测、抗电磁干扰性好、使用寿命长等优点，能够取代传统的单点式传感器阵列，用于长输管道检测系统中。中国发明专利申请02145502.3基于分布式光纤传感器的油气管线泄漏智能在线监测方法，采用光时域反射技术进行油气管线泄漏检测，通过检测光纤中产生的瑞利散射和菲涅尔反射信号来判断光纤的故障点，此种采用后向散射技术得到的检测信号能量一般都较弱，而且需要足够长时间的光信号才能获得较高的信噪比，在对水下长距离管线检测时，由于水体对于声、光等信号的吸收性强，使得光纤信号会发生极大地损耗，从而无法得到有效的检测信号，因此，此种方法不适用于对水下长输管道的实时监测。

中国发明专利申请200610072879.6基于分布式光纤声学传感技术进行管道泄漏检测，采用改进型直线式Sagnac干涉仪作为感测光纤架构，利用管道泄漏时对感测光纤产生的应力应变，使光纤中的光波被调制，从而引起输出干涉光的相位发生改变，进而判断有无泄漏发生并定位。此种检测方法仅通过泄漏场对光纤信号进行调制，而无外加调制信号，使得在水下长输管道铺设环境复杂，外界噪声干扰多的情况下，不便于信号处理时从噪声影响严重的信号中提取有效的检测信号，屏蔽外界干扰，从而导致后级信号处理过程复杂，影响系统的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服了以上所述的缺陷，提供了一种基于相位生成载波解调的光纤水下长输管道泄漏检测装置，本发明的基于Mach-Zehnder和Sagnac混合干涉型分布式光纤感测架构的结构简单，便于在水下复杂情况下的长输管道上进行布放，采用相位生成载波进行信号解调，通过在有效信号频带外加入大幅度的高频相位调制信号，使被测信号位于调制信号的边带，把外界的噪声干扰转化为对调制信号的影响，从而提高装置的信噪比，且装置的检测灵敏度高、光信号损耗小、定位精度高、能够实现水下管道的长距离实时监测。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案，一种基于相位生成载波解调的光纤水下长输管道泄漏检测装置，它包括：光纤感测系统、信号解调系统和信号处理与分析系统；

其中，光纤感测系统包括低同调长度高功率光源、光环形器、第一耦合器、延迟光纤、相位调制器、第二耦合器、感测光纤和法拉第旋转镜；信号解调系统包括光电探测器、混频模块、低通滤波模块、微分交叉相乘模块、减法器、积分器和信号发生器；信号处理与分析系统主要由A/D采集、USB传输和计算机依次连接组成；

低同调长度高功率光源通过第一单模光纤与光环行器的一个端口连接，光电探测器通过第三单模光纤与光环行器同侧的另一个端口连接，光环行器异侧的端口通过第二单模光纤与第一耦合器的一个端口连接，第一耦合器异侧的两个端口分别通过延迟光纤和相位调制器与第二耦合器的一个端口连接，第二耦合器异侧的一个端口通过感测光纤与法拉第旋转镜连接； 

混频模块分别与光电探测器和信号发生器相连，混频模块、低通滤波模块、微分交叉相乘模块、减法器和积分器依次相连，积分器与A/D采集相连，A/D采集、USB传输和计算机依次相连；