一種管道全光纖分布式測溫監控系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及管道泄漏監控技術領域，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控系統。
【背景技術】
[0002] 隨著國民經濟的發展，能源需求量的增加，油氣管道運輸作為一種安全、經濟的運 輸方式得到了更廣泛的應用。作為管道運行監控重要組成部分的管道安全檢測技術一直受 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應用于管道的檢測和維護，由于管道安全檢測技術是多領域多學科知 識的綜合，各種管道檢測方式和技術差別較大。目前主要的管道泄漏檢測技術主要有巡線 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、聲學檢測法等。巡線觀 察法利用管道巡線工人或經過訓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，無法進行連續檢測，主要依賴于巡檢者經驗；空氣采樣法通過對 管道泄漏的揮發性氣體濃度進行檢測，該技術無法實現連續監測，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，當管道泄漏的介質與電纜接觸時，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 過向管道內添加放射性標記物，當管道泄漏時通過檢測放射性標記物，可實現管道泄漏檢 測，該方法對管道內傳輸介質成分有一定影響;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，同時采用衛星定位系統進行時間定位，該方法成本 較高，極易受氣候和環境影響，實施時需考慮設備安全性;聲學檢測法可分為超聲波檢測法 和次聲波檢測法，沿管壁放置聲波發射和接收裝置，管道泄漏時將產生缺陷波，通過相關性 可實現泄漏位置判別，該檢測方法對管道傳輸介質非常敏感，不適用于輸氣或介質包含氣 體的應用環境。
[0003] 目前，大都采用分布式光纖測溫技術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、信號收發處理單元、數據分析報警單 元，探測傳感單元通過信號收發處理單元與數據分析報警單元連接，且信號收發處理單元 包括激光驅動裝置、波分復用器、光電檢測器、信號處理器，但是，該現有技術中缺少恒溫 盒，無法為測溫裝置提供溫度標定的參考溫度，無法實現準確測溫，而且該現有技術只能夠 對所測溫度處的位置進行定位，并不能實現管道泄漏的圖形化展示，從而無法形象直觀的 進行管道監測。
[0004] 因此，為了解決現有技術中存在的問題，研究一種集傳輸與傳感于一體，測量精度 高、響應速度快、能夠實現管道泄漏事件的圖形化展示的管道全光纖分布式測溫監控系統 已經成為一項重要任務。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型提出了一種管道全光纖分布式測溫監控系統，利用管道泄漏后的溫度 變化實現泄漏事件的準確判別與泄漏點的精準定位，具有測量精度高、響應速度快、抗電磁 干擾、本征安全、可實現連續分布式測量以及管道泄漏事件的圖形化展示，克服了現有管道 泄漏檢測技術的不足。
[0006] 本實用新型的技術方案為：
[0007] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種管道全光纖分布式測溫監控系 統，包括分布式光纖拉曼溫度傳感子系統、與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統相連的報警 子系統，所述系統還包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統相連的定位顯示子系統；
[0008] 所述報警子系統包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統相連的繼電器、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包括與分布式光纖拉曼溫度傳感子系統相連且內部配置有 GIS地理信息系統的遠端服務器以及用于實現管道位置與傳感光纖距離標定的GPS移動終 端，所述GIS地理信息系統用于實現管道監測的圖形化顯示。
[0010] 與現有技術相比，本實用新型基于光纖拉曼分布式溫度傳感技術、管道泄漏監控 技術、GIS地理信息系統開發技術的聯合開發應用，將傳感光纖沿管道進行鋪設，當管道發 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 確定位，利用GPS移動終端完成管道位置與傳感光纖的準確標定，最終利用二次開發的GIS 地理信息系統完成管道監測的圖形化展示;該系統利用拉曼散射原理實現對光纖沿線的溫 度測量，利用光時域反射技術實現對溫度信息的定位，并利用專業GIS地理信息系統工具軟 件或其提供的組件來實現GIS地理信息系統的基本功能，同時采用可視化程序開發語言，進 行二者的集成開發，最終實現管道泄漏的圖形化界面監控，其中，可視化程序開發語言不局 限于Java、VisualC++。同時，本實用新型基于自發拉曼散射原理，實現對光纖及管道沿線區 域溫度的測量，光纖既作為溫度信息的傳感介質，又作為溫度信息的傳輸介質，當管道發生 泄漏時，運用光時域反射技術能精確確定溫度異常的位置。
[0011] 脈沖光源發出的光脈沖進入光纖后，光纖中的光學光子和光學聲子發生非彈性碰 撞，產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出傳感 區域的溫度信息。當光脈沖在光纖內傳輸時，其中一部分的散射光和反射光將經過同樣的 路徑延時返回到入射端，光時域反射技術根據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備的距離L，從而確定管道泄漏事件發生的具體 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用器、與波分復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、與放大器相連的數據采集卡、與數據采 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構的單模或多模光纖。
[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 送的命令控制蜂鳴器和報警指示燈。
[0015] 所述遠端服務器通過RJ45通信接口與計算機相連，用于實時溫度數據及歷史數據 顯示、存儲、管理與查詢，并為GIS地理信息系統提供運行環境。
[0016] 所述數據采集卡采用高速外觸發式數據采集卡，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高脈沖半導體激光器以及與激光器相連的激 光驅動電路，激光驅動電路接到數據采集卡發來的同步脈沖后就開始驅動激光器工作，激 光器用來發出光脈沖，激光器的功率可調，發出的光脈沖的頻率可調，發出的光脈沖的寬度 也可調;所述脈沖光源的中心波長為1550nm，3dB譜寬小于