[发明专利]一种可定位的甲烷泄漏监测系统

说明书

本发明涉及一种可定位的甲烷泄漏监测系统，包括：宽带发光光源，传输用单模光纤、传感用长周期光纤光栅(LPG)构成的传感单元，波长解调模块。宽带光源发出的非相干光耦合进入光纤进行传输，本发明可以实现甲烷泄漏的定位，同时具有集成度高，体积小，探测灵敏，本质安全等优点。可用于石油天然气行业站场或油库甲烷泄漏监测并且对泄漏点进行定位。

技术领域

本发明是一种基于长周期光纤光栅(LPG)的分布式可定位甲烷泄漏监测系统，具有高的检测灵敏度和响应带宽，可用于石油化工行业天然气泄漏监测，并对泄漏点进行定位。改变LPG的敏感层，可扩展到对氢气，一氧化碳等气体浓度的监测。

背景技术

随着石油化工行业的高速发展，人们对石油化工行业的认识也逐渐加深，对石油化工行业所潜在的危险也有了进一步的认识。在石油化工场所，存在着大量的可燃气体，这些可燃气体如果发生泄漏，并且与空气混合，遇到点火源，则容易引发爆炸事故的发生，而这些爆炸事故及随之而来的火灾，会带来无可估量的损失。由于石油化工产品大都具有易燃易爆性质，一旦泄漏在空气中，极可能引发巨大的灾难，此类事故一旦发生就会给国家和人民生命财产造成巨大损失，这使得火灾预防，气体浓度监测变得至关重要。在这种情况下，使用代表着先进技术的各种可燃气体监测手段，对各种生产及生活设施现场可燃性气体泄漏和积聚状况的及时掌控，成为急待解决的重大课题。

目前，石油化工行业中多釆用催化燃烧式或电化学式传感器，这类传感器最大的缺点就是自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患，而且这类传感器寿命短、精度低、稳定性差、调校困难，经常存在误测误报现象。近年来，针对石油化工易燃易爆的工作环境特别是油库灌区及天然气输气站场，开发了激光红外吸收光谱检测技术(TDLAS)。TDLAS的检测原理是根据物质对不同频率的电磁波有不同的吸收特征，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度。由于多数有机和无机污染成分在可见和红外波段都具有吸收线，利用这些吸收线可以定量分析各种污染成分。现有发明专利(申请号：201410541852.1)，提出了一种基于TDLAS的多次反射光路的天然气管道泄漏车载检测设备，用与燃气管道的泄漏检测，具有高的检测精度和检测实时性，但在汽车无法进入的管道区域则无法实现甲烷的检测，具有很大的局限性。分布式TDLAS气体检测系统及方法(申请号：201410206645.0)，利用TDLAS技术和光分路装置实现了多个气室的分时复用测量。TDLAS技术虽然具有很多优点，如快速调谐，非接触测量，响应速度快、高检测精度和大的检测范围。但是，在气体的吸收路径上较难实现分布式测量，不能对泄漏点进行定位。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可定位的甲烷泄漏监测系统，实现甲烷泄漏的定位，同时具有集成度高，体积小，探测灵敏，安全等优点。

本发明技术解决方案：一种可定位的甲烷泄漏监测系统，包括宽带激光光源(BBS)、串联有多个LPG传感单元的单模光纤、光谱解调系统；宽带激光光源发出的宽带光经过串联有多个LPG传感单元的单模光纤进入光谱解调系统；当有甲烷气体泄漏发生时，LPG传感单元的包层模式谐振特性将发生变化，由光谱解调系统的计算和处理得到甲烷泄漏浓度，通过实现标定好的LPG传感单元序号，对甲烷泄漏位置进行定位。

所述宽带激光光源(BBS)的带宽为40nm以上，以增加携带LPG传感单元的能力。

所述串联有LPG传感单元的单模光纤中的LPG传感单元的间隔根据实际需求长短可调，在1米到数10米。

在串联有多个LPG传感单元的单模光纤处进行气敏膜涂敷，采用磁控溅射或等离子体镀膜方式，将镀好膜的LPG传感单元采用不锈钢套管进行封装，以适应工程应用需求。

所述LPG传感单元的包层模式耦合特性将发生变化时，LPG传感单元的λ波长对应变的灵敏度采用下式表达：