[发明专利]一种基于光纤干涉仪的输水管道安全预警系统

说明书

本发明公开了一种基于光纤干涉仪的输水管道安全预警系统，该发明利用沿输水管道内壁或外部敷设的光缆形成两套光纤干涉仪，通过两种不同的光纤干涉技术相结合实现对管道安全事件的定位和事件类型的识别。沿管道内壁或外壁铺设的光缆同时作为传感单元和信号传输单元，当威胁管道安全的事件发生时，其产生的扰动信号会耦合进入传感光缆，光缆中传播的探测光因此携带了事件调制信息，利用光纤干涉技术，可以解调出事件信息。其中，脉冲型光纤干涉仪主要用于事件的定位，而连续型光纤干涉仪则主要用于事件类型和等级的识别。本方法可以实现输水管道全线的完全覆盖，监测威胁管道安全的事件、区分事件类型并给予精准的事件定位。

技术领域

本发明涉及输水管道安全预警领域，尤其涉及一种基于光纤干涉仪的输水管道安全预警系统。

背景技术

供水管线尤其是长距离调水管线常被称为生命线工程，是保证居民和工业用水的关键。这些管线常需要穿越山岭、河流、公路、田野、建筑物等复杂地形，威胁管线安全的事件众多且监控难度大，常见事件包括外部施工作业、地形沉降塌方、管道泄漏、管道结构内部毁损、管道爆管等。因此，输水管道的监控，尤其是整条管线全覆盖的监控和安全预警其意义重大。

在该领域，传统监控方法包括人工巡线和在关键位置布控点监控式传感器，缺点十分明显，成本高昂的同时由于覆盖范围有限导致漏报率极高，无法对管道全线形成有效的监控网，不能及时有效发现威胁管道安全的险兆事件从而避免更大的事件风险，保证管道安全。

新兴的基于分布式光纤的传感技术为上述问题的解决提供了可能性，尤其是利用相干光时域反射技术实现的传感系统，可以有效的捕获光缆沿线的扰动并准确定位事件发生的位置。该技术通过在光缆中发射短脉冲并检测脉冲前向传播过程中产生的后向散射信号实现传感，需要在接收到光缆末端形成的散射信号后才可发射下一脉冲。脉冲的发射频率限制了系统的频率响应能力，通常仅有数百赫兹到一千赫兹这个级别，在这个极窄的频率范围内，系统无法有效区分事件的类型(事件的频率范围通常分布在及几十Hz到几十KHz)，而如上文所述，威胁管道安全的事件类型众多，且各事件又可进一步细分为不同严重等级，无法有效区分事件类型产生的直接影响是系统误报率高。实际应用中，绝大多数情况下高误报率将直接导致系统无法使用，其提供的预警信息不具备参考价值。

该领域急需一种能够满足长距离全覆盖、事件响应能力好、能有效区分事件类型、定位精准的安全预警技术。

发明内容

本发明提供了一种基于光纤干涉仪的输水管道安全预警系统，本发明结合两种光纤干涉技术，实现对威胁供水管道安全事件的精准定位和类型识别，改善现有技术中的不足和问题，详见下文描述：

一种基于光纤干涉仪的输水管道安全预警系统，所述系统包括：脉冲型光纤干涉仪，还包括：连续型光纤干涉仪，

所述连续型光纤干涉仪与脉冲型光纤干涉仪处于同步工作状态；

所述系统利用一条传感光缆同时获取扰动位置信息和扰动的全部特征信息，所述脉冲型光纤干涉仪用于锁定事件及位置，所述连续型光纤干涉仪用于还原事件信号、分析事件类型，最终形成包含事件类型和事件位置的有效预警信息；

所述脉冲型光纤干涉仪包括：由超窄线宽激光器发射连续光经调制器调制为短脉冲光；短脉冲光经由放大器放大，然后进入第一光纤耦合器的一臂，从另一侧经过光纤熔接盒后注入到传感光缆中，在传感光缆正向传播的过程中会在沿途的各点形成背向传播的瑞利散射光；管道安全事件发生时，产生的第一扰动信号将对传播在传感光缆中的背向瑞利散射光产生相位调制；背向瑞利散射光经由光纤熔接盒后到达第一光纤耦合器，从第一光纤耦合器的另一臂射出，最终在到达第一光电探测器时产生干涉；

其中，所述连续型光纤干涉仪包括：

由宽带激光器发射的连续光经由第二光纤耦合器一分为二，其中一路经过光纤参考臂后与另一路在第三光纤耦合器汇合，两路光先后从第三光纤耦合器的另一侧射出，经过光纤熔接盒然后注入到传感光缆；