[发明专利]基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器及漏水检测方法

说明书

本发明公开了一种基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器及漏水检测方法，该分布式光纤漏水传感器由柔性LED灯带、POF光纤以及光功率计构成，POF光纤一侧边被加工了一系列光耦合结构，每个光耦合结构对应一个LED激励光源，构成一个光纤漏水敏感探头；其中光耦合结构指外侧加工的结构缺陷、垂直耦合光栅或者长周期光纤光栅等，POF光纤左侧连接有前向光功率计，右侧连接有后向光功率计。该传感器的漏水检测方法为：两端光功率计随着LED光源的扫描按序输出一系列脉冲，当出现漏水事件时，测漏点对应的脉冲会发生突变，即可判断漏水事件发生的位置。该传感器实现了漏水事件的高精度定位，实现了漏水事件的高实时性监测，且结构简单、成本也较低。

技术领域

本发明涉及漏水传感器领域，具体为一种基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器及漏水检测方法，适用于化工液体、管道输送等的漏液传感。

背景技术

现有的光纤分布式传感技术普遍存在以下问题：1、普遍存在测量盲区；2、仅对应力和温度变化敏感，不能直接测量折射率的阶跃变化（例如漏水事件），需要依靠特殊材料耗费一定时间将漏水转化为应力或者温度变化，极大的影响测量的实时性；3、数据分析处理机制复杂，同样影响测量实时性。此外，现有的液漏传感器定位精度普遍大于±0.5m，并且受限于各种约束条件，在原有技术框架内，很难实现大幅度的提升。因而，本发明的目的，即是在实时监测折射率变化的同时，大幅度提升漏水传感器的定位精度。

发明内容

本发明为了解决现有的漏液传感器定位精度低，实时性差的问题，提供了一种基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器及漏水检测方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器，包括柔性LED灯带和POF光纤，所述POF光纤的一侧边设置有一系列光耦合结构，并且每个光耦合结构处对应一个LED激励光源，每个光耦合结构和对应的一个LED激励光源形成一个光纤漏水敏感探头；所述POF光纤左侧连接有前向光功率计，右侧连接有后向光功率计。

本发明的分布式光纤漏水传感器由柔性LED灯带、POF光纤以及光功率计构成，POF光纤一侧边被加工了一系列光耦合结构，每个光耦合结构对应一个LED激励光源，构成一个光纤漏水敏感探头；这些光耦合结构可以改变外部光源在POF光纤中的传播路径，使一部分光从直接透射改变为沿光纤两侧传播，这部分耦合进来的光受光源与光纤之间环境介质的折射率调制。在POF光纤的两侧分别设有前向光功率计和后向光功率计，光传播到两个光功率计，观察光功率计的脉冲是否突变，来检测各个漏水点的漏水响应。

一种基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器的漏水检测方法，具体操作为：使分布式光纤漏水传感器的光纤漏水敏感探头与所测液体承载物件紧密接触，当柔性LED灯带从左到右按序扫描时，我们规定左边的光功率计为前向光功率计，右边的光功率计为后向光功率计；两端光功率计随着LED光源的扫描按序输出一系列脉冲，每个脉冲代表一个测漏点；当出现漏水事件时，测漏点感应到水后，其对应的脉冲会发生突变，而由脉冲所处位置可判断漏水事件发生的位置，这就是该分布式漏水传感器的定位原理。

优选的，光耦合结构一般指缺陷结构、垂直耦合光栅或者长周期光纤光栅，但是并不限于此三种结构。

优选的，所述POF光纤侧边的光耦合结构为非对称性光耦合结构，通过实验我们发现对于对称性光耦合结构，前向光功率计与后向光功率计遇水两端输出均下降，而非对称性光耦合结构，遇水则前向光功率计输出上升、后向光功率计输出下降。由于可见光等干扰会使两端光功率计的输出同时上升或下降，因此我们可以选择非对称性光耦合结构来消除可见光干扰。

优选的，所述POF光纤的另一侧边位于光耦合结构的背面涂覆有反光材料，可以实现类似高反膜的功能，提高了侧边耦合率，即两端光功率计输出脉冲的强度，例如硅胶。

优选的，所述光耦合结构处填充有可逆性吸湿材料，所述可逆性吸湿材料折射率随着温度的增加而上升，可以进一步提高光纤漏水敏感探头的漏水敏感度，例如琼脂糖。