CN105004487A - 全光纤阀门泄漏超声监测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测阀门泄漏的全光纤超声传感***；全光纤阀门泄漏超声监测***包括：超声探测主机；光纤传感器，用于感应阀门泄露；末端反射头，用于反射光束；传输光缆，内部设置有光纤，用于传输光束；光纤传感器的一端通过传输光缆与超声探测主机连接，光纤传感器的另一端与末端反射头连接；本发明既解决了传统监测方式灵敏度不足，反应速度慢的问题，又克服了压电超声传感器频率范围小，驱动电压高，适用距离短和抗干扰能力弱的缺陷，能够实时监测超声信号，无源，频率范围广，反应速度快，灵敏度高，探测距离长，应用环境广，具有很强的抗干扰能力，特别在动态范围上有极大提高。

Description

全光纤阀门泄漏超声监测***

技术领域

本发明涉及监测***，尤其涉及一种用于监测阀门泄漏的全光纤超声传感***，即全光纤阀门泄漏超声监测***。

背景技术

国内外在监测阀门泄漏方面使用的传统方法如压力分布法和互相关分析法等误报率较高且只能在大泄漏方面可靠应用，而特性阻抗检测法和压力点分析法反应速度较慢。相较而言，超声波检漏可靠性高，反应速度快，但目前主要采用压电晶片作为传感器，把接收到的超声信号引起的压电晶片共振片的振动机械能转换为电信号来探测超声信号。这类压电超声传感器频率相对固定，适用频率范围小，驱动电压高，适用距离范围较小，也不适用于存在电磁干扰，化学腐蚀等特殊探测环境，大大限制了其实用性和应用范围。

发明内容

本发明的目的是：提出一种全光纤阀门泄漏超声监测***，既解决了传统监测方式灵敏度不足反应速度慢的问题，又克服了压电超声传感器频率范围小，驱动电压高，适用距离短和抗干扰能力弱的缺陷，在动态范围上有了极大的提高。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

全光纤阀门泄漏超声监测***，包括超声探测主机，传输光缆，光纤传感器和末端反射头。

***所使用到的所有光纤均为G652单模光纤。

一种全光纤阀门泄漏超声监测***，其包括：

超声探测主机；

光纤传感器，用于感应阀门泄露；

末端反射头，用于反射光束；

传输光缆，内部设置有光纤，用于传输光束；

光纤传感器的一端通过传输光缆与超声探测主机连接，光纤传感器的另一端与末端反射头连接；

超声探测主机对外发出光束，光束通过传输光缆进入光纤传感器以及末端反射头，光束再通过末端反射头反射，回程进入超声探测主机；当阀门泄露时，产生超声信号，超声信号作用于光纤传感器，在光束回程过程中，由光束携带进入超声探测主机，超声探测主机根据光束和超声信号判断阀门状态。

进一步地，所述光源模块包括大功率超辐射发光二级管，热敏电阻和电致制冷器；以中央处理器为核心来控制激光器的发光功率和制冷器，通过键盘和显示器与用户进行人机交互。

即：所述光源模块包括大功率超辐射发光二级管、热敏电阻、制冷器、用于控制热敏电阻和制冷器工作的中央处理器、信号输入装置以及信号显示装置，中央处理器分别与大功率超辐射发光二级管、热敏电阻、制冷器、信号输入装置信号、信号显示装置信号连接。

信号输入装置包括通过键盘或鼠标，信号显示装置包括显示器，信号输入装置、信号显示装置与用户进行人机交互。

进一步地，所述光干涉模块包括一个3x3耦合器，两个2x2耦合器，一段延迟光纤和一个反射头。其中，3x3耦合器分别与光源模块、光电转换放大采集模块和两个2x2耦合器相连接，所述其中一个2x2耦合器还通过延迟光纤与反射头相连接、并且还与另一个2x2耦合器相连接，所述另一个2x2耦合器还与相位载波调制模块相连接。

在光束传输过程中，光源发出的光束经过3x3耦合器分成3路等能量光束，三路等能量光束中的两路光束经过光路后形成4路不同光束，其次，延迟光纤的长度大于光束的相干长度。

进一步地，所述相位载波调制模块(PGC)采用PZT压电陶瓷对超声信号进行大信号载波调制。

进一步地，所述光电转换放大采集模块包括PINFET、低噪宽带放大器，FPGA和ADC。其中，FPGA为现场可编程门阵列电路，ADC为模数转换器。

进一步地，所述数据处理模块采用相位还原算法后带通滤波并结合功率谱分析，结果可通过显示器，网络和485三种方式输出。

进一步地，所述光纤传感器由一定长度单模裸光纤绕制为线圈状态。

进一步地，反射头、末端反射头均为法拉第旋转镜。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是，能够实时监测阀门泄漏情况，无源，频率范围广，反应速度快，灵敏度高，探测距离长，应用环境广，具有很强的抗干扰能力，特别在动态范围上有极大提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示意了全光纤阀门泄漏超声监测***的整体结构。

图2示意了全光纤阀门泄漏超声监测***的数据分析处理过程示意图。

附图标记为：1：3x3耦合器；2：2x2耦合器；3：延迟光纤；4：反射头；5：2x2耦合器；6：PGC；7：传输光缆；8：光纤传感器；9：末端反射头。

具体实施方式

实施例：

在使用该全光纤阀门泄漏超声监测***对阀门进行实时泄漏状况监测时，整个***固定于靠近阀门位置，光纤传感器8的一端与末端反射头9连接，另一端通过传输光缆7与超声监测主机连接。超声探测主机包括光干涉模块、光源模块、光电转换放大采集模块、相位载波调制模块（PGC）、数据处理模块。其中，光干涉模块包括一个3x3耦合器、两个2x2耦合器、延迟光纤以及反射镜，其中，3x3耦合器1分别与光源模块、光电转换放大采集模块和两个2x2耦合器相（2、5）连接，所述其中一个2x2耦合器2还通过延迟光纤3与反射头4相连接、并且还与另一个2x2耦合器5相连接，所述另一个2x2耦合器5还与相位载波调制模块相连接。

开启超声监测主机电源后，光源模块发出中心波长为1550nm的宽谱光束经3x3耦合器1分为三路等能量光束。根据光路结构，三路等能量光束中的两路光束经过光路后形成4路不同光束，分别为：

光束A：1→2→3→4→3→2→5→6→7→8→9→8→7→6→5→2→3→4→3→2→1

光束B：1→5→6→7→8→9→8→7→6→5→1

光束C：1→2→3→4→3→2→5→6→7→8→9→8→7→6→5→1

光束D：1→5→6→7→8→9→8→7→6→5→2→3→4→3→2→1

上述数字均表示为附图标记对应的物体。

由于延迟光纤3线长度远远大于激光器的相干长度，所以仅仅有光束C和D能够产生干涉，其余光束形成直流信号。这两路光束具有相同光程，在3x3耦合器1处发生干涉。若待监测阀门发生泄漏，产生超声信号，则超声信号作用于光纤传感器8，光束C和光束D携带经PGC6调制的超声信号引起的相位变化引起3x3耦合器1处干涉结果的变化，得到的两路光信号经过PINFET转换为电信号并进行放大采集，进入数据处理模块进行相位还原得到原始信号，经过带通滤波器滤除待测频段（20kHz~100kHz）以外部分，进行功率谱分析得到超声信号的功率谱结果，通过显示器或网络或485输出，实现对阀门泄漏进行实时探测监控的功能。

Claims (9)

1.一种全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：其包括：

超声探测主机；

光纤传感器，用于感应阀门泄露；

末端反射头，用于反射光束；

传输光缆，内部设置有光纤，用于传输光束；

光纤传感器的一端通过传输光缆与超声探测主机连接，光纤传感器的另一端与末端反射头连接。

2.根据权利要求1所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：所述超声探测主机包括光干涉模块、光源模块、光电转换放大采集模块、相位载波调制模块、数据处理模块。

3.根据权利要求1所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：光纤均为G652单模光纤。

4. 根据权利要求2所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：所述光源模块包括大功率超辐射发光二级管、热敏电阻、制冷器、用于控制热敏电阻和制冷器工作的中央处理器、信号输入装置以及信号显示装置，中央处理器分别与大功率超辐射发光二级管、热敏电阻、制冷器、信号输入装置信号、信号显示装置信号连接。

5.根据权利要求4所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：信号输入装置包括通过键盘或鼠标，信号显示装置包括显示器。

6. 根据权利要求2所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：光干涉模块包括一个3x3耦合器、两个2x2耦合器、延迟光纤以及反射镜，其中，3x3耦合器分别与光源模块、光电转换放大采集模块和两个2x2耦合器相连接，所述其中一个2x2耦合器还通过延迟光纤与反射头相连接、并且还与另一个2x2耦合器相连接，所述另一个2x2耦合器还与相位载波调制模块相连接。

7. 根据权利要求2所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：所述光电转换放大采集模块包括PINFET、低噪宽带放大器、FPGA和ADC。

8. 根据权利要求1所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：所述光纤传感器由单模裸光纤绕制为线圈状态构成。

9. 根据权利要求1所述的全光纤阀门泄漏超声监测***，其特征在于：所述末端反射头为法拉第旋转镜。