CN108413257A - 一种埋地水管监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种埋地水管监测***。所述监测***包括：激光器、第一光耦合器、第一收发模块、第一采集模块、第二收发模块、第二采集模块和监测模块，其中，第一收发模块包括第一传感光纤，第一传感光纤沿管道长度方向布置，第二收发模块包括第二传感光纤，第二传感光纤贴于所述管道外壁的下部。采用本发明的监测***能够及时有效的对管道泄漏情况和第三方破坏情况作出泄漏定位分析和破坏报警提示。

Description

一种埋地水管监测***

技术领域

本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种埋地水管监测***。

背景技术

埋地水管道在城市管网***中占有极其重要的地位，一旦管道发生泄漏或遭到第三方破坏，例如，地面施工，违规挖掘导致管道破裂。不仅造成水资源的浪费，还严重影响城市交通、卫生以及居民的生活等。对于埋地水管的检测，传统的检测方法有：水平衡调查法、听音法、相关检漏法、采用声发射、探地雷达探测等方法，但在实际检测中，受管道自身条件和环境因素的影响，这些检测方法存在较大问题，且不能对管道的泄漏和破坏情况进行实时在线监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种对管道的泄漏和破坏情况进行实时在线监测的***。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种埋地水管监测***，所述监测***包括：

激光器，用于发出激光；

第一光耦合器，与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的光进行耦合，得到第一激光和第二激光；

第一收发模块，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第一激光，并对所述第一激光进行耦合、延迟以及相位调制操作，得到第一整合激光，并发送所述第一整合激光，所述第一收发模块沿管道长度方向布置；

第一采集模块，与所述第一收发模块连接，用于采集所述第一收发模块发出的第一整合激光，并对所述第一整合激光进行光电转换以及信号解调，得到解调电信号；

第二收发模块，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第二激光，并对所述第二激光进行调压、整流以及散射操作，得到第二整合激光，并发送所述第二整合激光，所述第二收发模块贴于所述管道外壁的下部；

第二采集模块，与所述第二收发模块连接，用于采集所述第二收发模块发出的第二整合激光，并对所述第二整合激光进行放大，得到放大信号；

监测模块，分别与所述第一采集模块和所述第二采集模块连接，用于对所述第一采集模块采集的解调电信号和所述第二采集模块采集的放大信号进行分析，分别得到埋地水管的泄漏情况和第三方破坏监测情况。

可选的，所述第一收发模块包括：

光环形器、第二光耦合器、延迟光纤、相位调制器、第三光耦合器、第一传感光纤和法拉第旋转镜；

所述第一光耦合器的异侧一端口与所述光环行器的a端口连接，所述光环行器的b端口与所述第二光耦合器连接，所述第二光耦合器的异侧两端口分别通过所述延迟光纤和所述相位调制器与所述第三光耦合器的一侧两端口连接，所述第三耦合器的异侧一端口通过所述第一传感光纤连接所述法拉第旋转镜。

可选的，所述第一收发模块中光的传播为：所述第一激光进入所述光环行器，经所述光环行器传输到所述第二光耦合器，在所述第二光耦合器处，光按分光比1:1被分成两束，其中一束光经过所述延迟光纤和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

由所述第二光耦合器出来的另一束光经过所述相位调制器和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

所述第三光耦合器的输出按功率1:1分成两束，其中一束光经所述相位调制器传播到所述第二光耦合器，另一束光经过所述延迟光纤传输至所述第二光耦合器，两束光在第二光耦合器处发生干涉并传输给所述光环行器。

可选的，所述第一采集模块包括光电转换器和信号解调器，所述光电转换器的一端与所述第一收发模块连接，另一端与所述信号解调器一端连接，所述信号解调器的另一端与所述监测模块连接；所述光电转换器用于将光信号转化为电信号，所述信号解调模块用于将所述电信号进行解调处理。

可选的，所述第二收发模块包括：

双向光纤耦合器、定标光纤、第二传感光纤、波分复用器、光电接收器、调压器和整流器；

所述第一光耦合器的异侧另一端口与所述双向耦合器的d端口连接，所述双向耦合器的e端口连接所述定标光纤，所述定标光纤连接所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器依次连接所述第二传感光纤，所述双向耦合器的f端口与所述波分复用器连接，所述波分复用器与所述光电接收器连接。

可选的，所述第二收发模块中光的传播为：

所述第二激光通过所述双向耦合器进入所述定标光纤，然后再进入所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器构成加热***对第二传感光纤进行加热处理，光在所述第二传感光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼散射光返回到所述双向耦合器中，所述双向耦合器将散射回来的拉曼散射光耦合至所述波分复用器中，所述波分复用器分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，再经过所述光电接收器进行光电转换。

可选的，所述第二采集模块包括：放大器组件和信号采集卡，所述放大器的一端与所述第二收发模块连接，另一端与所述信号采集卡一端连接；所述信号采集卡的另一端与所述监测模块连接；所述放大器组件用于放大处理信号，所述信号采集卡用于采集信号。

可选的，所述第一收发模块距离管道上方0.5m。

可选的，所述监测模块为计算机。

可选的，所述激光器采用带尾纤高功率脉冲半导体激光器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过利用分布式光纤传感器，结合分布式光纤测温和测振动原理，对埋地水管进行泄漏和第三方破坏的实时监测预警；测温光纤的贴管壁S型布置法，弥补了单根光纤直线型布置时存在漏报警现象的不足；通过与计算机连接，实现信息的及时传输，及时有效的对管道泄漏情况和第三方破坏情况作出泄漏定位分析和破坏报警提示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例埋地水管监测***组成结构图；

图2为传感光纤布置示意图；

图3为第二传感光纤布置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种对管道的泄漏和破坏情况进行实时在线监测的***。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例埋地水管监测***组成结构图。如图1所示，一种埋地水管监测***，所述监测***包括：

激光器1，用于发出激光，所述激光器采用带尾纤高功率脉冲半导体激光器；

第一光耦合器2，与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的光进行耦合，得到第一激光和第二激光；

第一收发模块3，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第一激光，并对所述第一激光进行耦合、延迟以及相位调制操作，得到第一整合激光，并发送所述第一整合激光，所述第一收发模块沿管道长度方向布置；所述第一收发模块距离埋地水管上方0.5m。

第一采集模块4，与所述第一收发模块连接，用于采集所述第一收发模块发出的第一整合激光，并对所述第一整合激光进行光电转换以及信号解调，得到解调电信号；

第二收发模块5，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第二激光，并对所述第二激光进行调压、整流以及散射操作，得到第二整合激光，并发送所述第二整合激光，所述第二收发模块贴于所述管道外壁的下部；

第二采集模块6，与所述第二收发模块连接，用于采集所述第二收发模块发出的第二整合激光，并对所述第二整合激光进行放大，得到放大信号；

监测模块7，分别与所述第一采集模块和所述第二采集模块连接，用于对所述第一采集模块采集的解调电信号和所述第二采集模块采集的放大信号进行分析，分别得到埋地水管的泄漏情况和第三方破坏监测情况，所述监测模块为计算机。

其中，所述第一收发模块3包括：光环形器、第二光耦合器、延迟光纤、相位调制器、第三光耦合器、第一传感光纤31和法拉第旋转镜；

所述第一光耦合器的异侧一端口与所述光环行器的a端口连接，所述光环行器的b端口与所述第二光耦合器连接，所述第二光耦合器的异侧两端口分别通过所述延迟光纤和所述相位调制器与所述第三光耦合器的一侧两端口连接，所述第三耦合器的异侧一端口通过所述第一传感光纤连接所述法拉第旋转镜。

所述第一收发模块3中光的传播为：所述第一激光进入所述光环行器，经所述光环行器传输到所述第二光耦合器，在所述第二光耦合器处，光按分光比1:1被分成两束，其中一束光经过所述延迟光纤和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

由所述第二光耦合器出来的另一束光经过所述相位调制器和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

所述第三光耦合器的输出按功率1:1分成两束，其中一束光经所述相位调制器传播到所述第二光耦合器，另一束光经过所述延迟光纤传输至所述第二光耦合器，两束光在第二光耦合器处发生干涉并传输给所述光环行器。

所述第一采集模块4包括光电转换器和信号解调器，所述光电转换器的一端与所述第一收发模块连接，另一端与所述信号解调器一端连接，所述信号解调器的另一端与所述监测模块连接；所述光电转换器用于将光信号转化为电信号，所述信号解调模块用于将所述电信号进行解调处理。

所述第二收发模块5包括：

双向光纤耦合器、定标光纤、第二传感光纤51、波分复用器、光电接收器、调压器和整流器；

所述第一光耦合器的异侧另一端口与所述双向耦合器的d端口连接，所述双向耦合器的e端口连接所述定标光纤，所述定标光纤连接所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器依次连接所述第二传感光纤，所述双向耦合器的f端口与所述波分复用器连接，所述波分复用器与所述光电接收器连接。

所述第二收发模块5中光的传播为：

所述第二激光通过所述双向耦合器进入所述定标光纤，然后再进入所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器构成加热***对第二传感光纤进行加热处理，光在所述第二传感光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼散射光返回到所述双向耦合器中，所述双向耦合器将散射回来的拉曼散射光耦合至所述波分复用器中，所述波分复用器分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，再经过所述光电接收器进行光电转换。

所述第二采集模块6包括：放大器组件和信号采集卡，所述放大器的一端与所述第二收发模块连接，另一端与所述信号采集卡一端连接；所述信号采集卡的另一端与所述监测模块连接；所述放大器组件用于放大处理信号，所述信号采集卡用于采集信号。

其中，在第一收发模块3和第二收发模块5中，光环行器采用1550nm三端口环行器，耦合器采用端口配置为1×2的耦合器，双向耦合器采用端口配置为1×3的双向耦合器，相位调制器选用铌酸锂(LiNbO3)电光相位调制器，调压器选TDGC-5型调压器，整流器选用的工作量程为15A×250V，光纤都采用单芯多模铠装光纤，光电转换器采用PIN型光电探测器。

本发明通过利用分布式光纤传感器，结合分布式光纤测温和测振动原理，对埋地水管进行泄漏和第三方破坏的实时监测预警；测温光纤的贴管壁S型布置法，弥补了单根光纤直线型布置时存在漏报警现象的不足；通过与计算机连接，实现信息的及时传输，及时有效的对管道泄漏情况和第三方破坏情况作出泄漏定位分析和破坏报警提示。

图2为第一传感光纤布置示意图。如图2所示，第一传感光纤31沿管道长度方向布置，且距离管道上方0.5m。

图3为第二传感光纤布置示意图。如图3所示，第二传感光纤52贴于管道外壁下部，且绕S型布置。

该装置的管道泄漏检测定位和第三方破坏检测原理分别是：光在第二传感光纤中传播时，不断产生后向拉曼散射光，这些后向拉曼散射光的强度受所在光纤散射点温度的影响，当埋地水管某处发生泄漏时，由于水的流动导致管道周围介质温度发生变化，因此，通过分析处理散射回来的后向拉曼散射光便可将温度信息实时计算出来，同时根据光纤中光的传输速度和后向光回波时间对温度信息进行定位，从而可以确定管道的泄漏状况和泄漏位置，其中调压器和整流器构成加热***为第二传感光纤进行加热，更有利于管道泄漏导致温变的识别。而当管道受到第三方破坏时，会在管道周围产生应力波，此应力波会对铺设在管道上方0.5m处的第一传感光纤产生扰动，此扰动会对传感光纤中传输的光相位进行调制，使得光纤中传输的光相位发生变化，在耦合器内发生干涉，经过解调，确定管道受破坏状况且进行定位，实现水管的第三方破坏监测和报警提示。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种埋地水管监测***，其特征在于，所述监测***包括：

激光器，用于发出激光；

第一光耦合器，与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的光进行耦合，得到第一激光和第二激光；

第一收发模块，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第一激光，并对所述第一激光进行耦合、延迟以及相位调制操作，得到第一整合激光，并发送所述第一整合激光，所述第一收发模块包括第一传感光纤，所述第一传感光纤沿管道长度方向布置；

第一采集模块，与所述第一收发模块连接，用于采集所述第一收发模块发出的第一整合激光，并对所述第一整合激光进行光电转换以及信号解调，得到解调电信号；

第二收发模块，与所述第一光耦合器连接，用于接收所述第一耦合器输出的第二激光，并对所述第二激光进行调压、整流以及散射操作，得到第二整合激光，并发送所述第二整合激光，所述第二收发模块包括第二传感光纤，所述第二传感光纤贴于所述管道外壁的下部；

第二采集模块，与所述第二收发模块连接，用于采集所述第二收发模块发出的第二整合激光，并对所述第二整合激光进行放大，得到放大信号；

监测模块，分别与所述第一采集模块和所述第二采集模块连接，用于对所述第一采集模块采集的解调电信号和所述第二采集模块采集的放大信号进行分析，分别得到埋地水管的泄漏情况和第三方破坏监测情况。

2.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第一收发模块包括：

光环形器、第二光耦合器、延迟光纤、相位调制器、第三光耦合器、第一传感光纤和法拉第旋转镜；

所述第一光耦合器的异侧一端口与所述光环行器的a端口连接，所述光环行器的b端口与所述第二光耦合器连接，所述第二光耦合器的异侧两端口分别通过所述延迟光纤和所述相位调制器与所述第三光耦合器的一侧两端口连接，所述第三耦合器的异侧一端口通过所述第一传感光纤连接所述法拉第旋转镜。

3.根据权利要求2所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第一收发模块中光的传播为：所述第一激光进入所述光环行器，经所述光环行器传输到所述第二光耦合器，在所述第二光耦合器处，光按分光比1:1被分成两束，其中一束光经过所述延迟光纤和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

由所述第二光耦合器出来的另一束光经过所述相位调制器和所述第三光耦合器传输进入所述第一传感光纤，所述第一传感光纤中传输的光到达所述法拉第旋转镜，经所述法拉第旋转镜反射后，又沿所述第一传感光纤反向传输至所述第三光耦合器；

所述第三光耦合器的输出按功率1:1分成两束，其中一束光经所述相位调制器传播到所述第二光耦合器，另一束光经过所述延迟光纤传输至所述第二光耦合器，两束光在第二光耦合器处发生干涉并传输给所述光环行器。

4.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第一采集模块包括光电转换器和信号解调器，所述光电转换器的一端与所述第一收发模块连接，另一端与所述信号解调器一端连接，所述信号解调器的另一端与所述监测模块连接；所述光电转换器用于将光信号转化为电信号，所述信号解调模块用于将所述电信号进行解调处理。

5.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第二收发模块包括：

双向光纤耦合器、定标光纤、第二传感光纤、波分复用器、光电接收器、调压器和整流器；

所述第一光耦合器的异侧另一端口与所述双向耦合器的d端口连接，所述双向耦合器的e端口连接所述定标光纤，所述定标光纤连接所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器依次连接所述第二传感光纤，所述双向耦合器的f端口与所述波分复用器连接，所述波分复用器与所述光电接收器连接。

6.根据权利要求5所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第二收发模块中光的传播为：

所述第二激光通过所述双向耦合器进入所述定标光纤，然后再进入所述第二传感光纤，所述调压器和所述整流器构成加热***对第二传感光纤进行加热处理，光在所述第二传感光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼散射光返回到所述双向耦合器中，所述双向耦合器将散射回来的拉曼散射光耦合至所述波分复用器中，所述波分复用器分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，再经过所述光电接收器进行光电转换。

7.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第二采集模块包括：放大器组件和信号采集卡，所述放大器的一端与所述第二收发模块连接，另一端与所述信号采集卡一端连接；所述信号采集卡的另一端与所述监测模块连接；所述放大器组件用于放大处理信号，所述信号采集卡用于采集信号。

8.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述第一收发模块距离管道上方0.5m。

9.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述监测模块为计算机。

10.根据权利要求1所述的埋地水管监测***，其特征在于，所述激光器采用带尾纤高功率脉冲半导体激光器。