專利名稱：光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種埋地管道或構(gòu)筑物或重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置，涉及涉及機(jī)械振動(dòng)的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于石油、天然氣、成品油、煤漿以及水等物質(zhì)來說，管道輸送是一種安全、經(jīng)濟(jì)以及高效的運(yùn)輸方式，在全球運(yùn)輸行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在石油、成品油和天然氣這些具有易燃易爆和交易價(jià)值極高的能源物質(zhì)運(yùn)輸中占有極為重要的位置，在我們國家，每年至少新建幾千公里的管道，可以說，管道是能源運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈。管道輸送的石油、成品油和天然氣既有極高的交易價(jià)值也有易燃易爆這一特性，管道一旦泄漏，泄漏區(qū)域極易發(fā)生燃燒爆炸，不僅影響管道行業(yè)的安全生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且也嚴(yán)重威脅著周邊沿線人民群眾的財(cái)產(chǎn)與生命安全。另外，管道泄露對周邊生態(tài)環(huán)境造成的危害更是無法估量。
自從有了管道，也就有了來自外界的破壞。尤其是近些年來，油價(jià)上漲，在利益的驅(qū)動(dòng)下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盜油、盜氣；國家基礎(chǔ)建設(shè)大量上馬，管道沿線施工工地隨處可見；此外，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，這些都時(shí)刻威脅著管道的生產(chǎn)安全，其中打孔盜油和非法施工成為威脅管道安全生產(chǎn)的首要因素。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅我國每年因外界破壞而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾億元，環(huán)境破壞和社會影響等間接損失更是無法估量。為防止外界對管道的破壞，管道運(yùn)輸行業(yè)每年投入了大量的人力物力，但是仍然無法有效地預(yù)防和阻止破壞。管道運(yùn)輸行業(yè)的安全生產(chǎn)形式非常嚴(yán)峻，尋找確保管道運(yùn)輸安全生產(chǎn)的手段和方法已迫在眉睫。
隨著管道運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，各種管道運(yùn)輸安全監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前已有的管道安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)主要有兩類。其一管道泄漏事件發(fā)生后的監(jiān)測技術(shù)，這種技術(shù)主要有“管內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)檢測技術(shù)和分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)”。管內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)檢測技術(shù)是實(shí)時(shí)采集管線中流體的流量、溫度和壓力等信號，進(jìn)行管道泄漏檢測和定位，這種技術(shù)受到管道內(nèi)的流體特性、輸送工藝以及測試儀器的性能等因素限制，對管道泄漏監(jiān)測的靈敏度和定位精度較低，這類技術(shù)包括壓力梯度法、負(fù)壓力波法、流量平衡法。分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)是利用光纖的非線性特性(拉曼效應(yīng)和布里淵效應(yīng))實(shí)時(shí)采集管道泄漏的介質(zhì)對光纖的溫度影響和沖擊應(yīng)力來確定泄漏點(diǎn)的位置，這種技術(shù)受到光纜的結(jié)構(gòu)和光纜與泄漏點(diǎn)的距離限制而影響監(jiān)測效果。其二，管道破壞事件發(fā)生前的預(yù)防監(jiān)測技術(shù)，也就是管道破壞預(yù)警技術(shù)，目前已有的該類技術(shù)主要是“聲波技術(shù)監(jiān)測”，該技術(shù)是利用聲波沿管道傳輸原理，在每隔1公里左右安裝一個(gè)有源傳感器，拾取管道沿線的聲音信號加以分析，確定事件性質(zhì)，進(jìn)而對破壞管道的事件提前發(fā)現(xiàn)，但是每一個(gè)傳感器件必須配備一套供電裝置和通信裝置，不僅增加設(shè)備的投資和維護(hù)成本，且這些設(shè)施本身也容易遭到破壞，使裝置不能正常運(yùn)行。
針對現(xiàn)有的管道安全監(jiān)測技術(shù)存在的問題，澳大利亞有專利提出基于馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，用光纖傳感振動(dòng)的技術(shù)方案。該發(fā)明對長距離的線目標(biāo)或大面積的面目標(biāo)的安全預(yù)警是一突破，但不足的是該發(fā)明之光路系統(tǒng)不穩(wěn)定，存在因相位衰落和偏振衰落引起的信號消隱，很難有效工作。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種埋地管道或構(gòu)筑物或重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置。
針對現(xiàn)有的安全監(jiān)測技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種基于采用相位衰落控制和偏振衰落控制技術(shù)的雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，消除了因相位衰落和偏振衰落引起的信號消隱，形成了具有穩(wěn)定相位和穩(wěn)定偏振態(tài)的兩路同步干涉激光調(diào)制信號在干涉儀上相對傳輸并在干涉儀雙端拾取的光路結(jié)構(gòu)。利用與管道同溝敷設(shè)、構(gòu)筑物或重要設(shè)施與區(qū)域周圍地下的光纜中的普通通信光纖作為干涉儀的干涉臂和傳輸光纖，進(jìn)而形成連續(xù)分布式的土壤振動(dòng)檢測傳感器，穩(wěn)定、可靠地拾取被監(jiān)測目標(biāo)附近沿線土壤的振動(dòng)信號。當(dāng)然再接定位系統(tǒng)，根據(jù)兩路激光信號的傳輸時(shí)間差值分析計(jì)算出被監(jiān)測目標(biāo)附近沿線的土壤振動(dòng)事件的發(fā)生位置。再接信號識別系統(tǒng)就可確定引起土壤振動(dòng)事件的性質(zhì)和類別。這樣，管道控制中心人員可以及時(shí)指揮、調(diào)度維護(hù)搶修人員快速及時(shí)準(zhǔn)確地趕到事件發(fā)生地點(diǎn)，及時(shí)制止可能對管道安全造成危害的動(dòng)土事件或場站設(shè)施的入侵事件，實(shí)現(xiàn)對管道沿線與場站設(shè)施的無縫實(shí)時(shí)監(jiān)控，起到管道安全監(jiān)控預(yù)警的作用，避免管道安全事故的發(fā)生。
本實(shí)用新型包括與管道同溝敷設(shè)或敷于構(gòu)筑物周圍地下的三根光纖1、2、3及與合分波器203、合分波器204組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀及激光器101，其特征如圖1所示，是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和合分波器203之間，合分波器203后分別接三根光纖1、2、3至合分波器204，合分波器203、合分波器204與光纖1、光纖2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，同時(shí)合分波器203由兩根光纖各接一光電檢測器309、光電檢測器310，該兩光電檢測器309、光電檢測器310輸出由電信號線各接A/D312、A/D313，A/D312、A/D313輸出各接光電信號處理電路311，而一光電信號處理電路311的輸出接偏振控制器201，并由偏振控制器201的輸出接至偏振調(diào)制器202和串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206，另一信號處理分析電路311輸出接相位控制器205，并由相位控制器205的輸出接至串聯(lián)在光纖2或1中的相位調(diào)制器206；相位控制器205與光電信號處理電路311、相位調(diào)制器206組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；偏振控制器201、偏振調(diào)制器202與相位調(diào)制器206以及光電信號處理電路311組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
本實(shí)用新型的電原理如圖2所示，偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和合分波器203之間，合分波器203由兩根光纖接至一有兩路輸入輸出的光電信號處理電路309-1的兩光輸入口，光電信號處理電路309-1的兩電輸出口各接偏振控制主機(jī)201-1和相位控制主機(jī)205-1的I/O口，偏振控制主機(jī)201-1輸出口接偏振控制器201-2的輸入口，偏振控制器201-2的輸出口一路接偏振調(diào)制器202的輸入口，另一路接相位調(diào)制器206的輸入口，相位控制主機(jī)205-1的輸出口接相位控制器205-2的輸入口，相位控制器205-2的輸出口接另一相位調(diào)制器206的輸入口。在電原理圖中，由一個(gè)光電信號處理電路309-1完成了兩路光電檢測器309、光電檢測器310、A/D312、A/D313、光電信號處理電路311的功能，由偏振控制主機(jī)201-1和偏振控制器201-2完成偏振控制器201的功能，由相位控制主機(jī)205-1和相位控制器205-2完成相位控制器205的功能。
其中所述激光器101為連續(xù)單色激光器。
所述光電檢測器309、光電檢測器310、光電信號處理電路309-1、光電信號處理電路311、偏振控制器201、偏振控制主機(jī)201-1、偏振控制器201-2、偏振調(diào)制器202、相位控制器205、相位控制主機(jī)205-1、相位控制器205-2、相位調(diào)制器206均為市銷產(chǎn)品。
圖1中，1、2和3為三根光纖，其中光纖1、2為干涉光纖，光纖3為傳輸光纖，合分波器203、204與光纖1、2組成的馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀。連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，由光纖傳到合分波器203的單色激光被分為兩路其中一路激光由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖合分波器203端入射，在合分波器204端合波而形成干涉光波，干涉光波再通過光纖3傳回合分波器203，其中另一路激光通過光纖3傳到合分波器204，由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀合分波器204端入射，在合分波器203端合波而形成干涉光波。
干涉信號經(jīng)光電檢測器309和光電檢測器310轉(zhuǎn)換后，由光電信號處理電路311進(jìn)行處理分析，通過信號處理和運(yùn)算，并在一段時(shí)間上長度上對由外界干擾量而產(chǎn)生的相位取平均，根據(jù)計(jì)算出的相位平均值去控制相位調(diào)制器206產(chǎn)生補(bǔ)償相位，抵消外界干擾的影響，使得干涉儀工作在一確定工作點(diǎn)上。
光電信號處理電路311在確保干涉儀相位被控制在一個(gè)確定的工作點(diǎn)上的同時(shí)，分析計(jì)算出干涉儀的偏振態(tài)變化量，去控制偏振控制器201發(fā)出一個(gè)頻率為F的調(diào)制信號，通過偏振調(diào)制器202調(diào)制干涉儀，使得干涉儀產(chǎn)生一個(gè)頻率為F的調(diào)制干涉波，光電檢測器309和310檢測出干涉儀兩路輸出光的偏振態(tài)，送給信號處理電路311計(jì)算出干涉儀的偏振態(tài)情況，偏振控制器201通過改變干涉儀輸入光的偏振態(tài)，這樣偏振控制器201、偏振調(diào)制器202和光電信號處理電路311形成偏振態(tài)閉環(huán)控制電路，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上；另外，在對干涉儀進(jìn)行偏振態(tài)控制的時(shí)候，會造成干涉儀兩端檢測的兩路干涉信號之間的相位差發(fā)生無規(guī)律變化，將影響光纖安全預(yù)警系統(tǒng)的定位精度，對此，本發(fā)明提出在干涉儀的任何一個(gè)干涉臂加上一個(gè)相位調(diào)制器206，光電信號處理電路311通過計(jì)算分析出兩路信號的相位差的變化情況，調(diào)制修正干涉儀兩路輸出信號的相位差值，使得在調(diào)整偏振態(tài)的同時(shí)確保相位差值達(dá)到系統(tǒng)所需要的角度。
本實(shí)用新型采用的是雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，干涉儀長度最長可達(dá)80公里左右，管道沿線的土壤振動(dòng)信號造成干涉儀上被干涉的光波的相位變化而形成帶有振動(dòng)信息干涉信號，干涉型馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀的理論基礎(chǔ)是兩束光的干涉，當(dāng)兩束單色波振動(dòng)方向相同時(shí)完全相干，而振動(dòng)方向相互垂直時(shí)則完全不干涉，不難推測其它情況下，兩束光應(yīng)該為部分相干。干涉儀要發(fā)生干涉要求兩束光的偏振態(tài)方向一致。從理論上講，當(dāng)光纖為理想的圓柱時(shí)，偏振態(tài)互為正交的兩個(gè)模式獨(dú)自傳輸、互不干擾，但實(shí)際上，制造的單模光纖不是對稱的圓柱體，光纖安全預(yù)警系統(tǒng)采用的干涉儀是目前應(yīng)用的最長的干涉儀，長達(dá)80公里左右，80公里左右的管道沿線的環(huán)境變化非常復(fù)雜，使得干涉儀上的光束在傳輸過程中的相位和偏振變化極為復(fù)雜，外界的壓力、溫度的變化等使光纖彎曲、變形，制造中的缺陷等都會致使正交的兩個(gè)方向的光學(xué)傳播常數(shù)出現(xiàn)差異，出現(xiàn)所謂的雙折射現(xiàn)象，即兩個(gè)偏振態(tài)傳播中隨機(jī)耦合，導(dǎo)致最后從光纖輸出的光的偏振態(tài)隨機(jī)化，無法保證兩束光疊加時(shí)的干涉效果，最后輸出的信號呈隨機(jī)消隱狀態(tài)，這種現(xiàn)象成為偏振衰落現(xiàn)象；在使得偏振態(tài)隨機(jī)變化的同時(shí)也使得從光纖輸出的干涉光的相位隨機(jī)變化，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的信噪比隨機(jī)漲落，甚至信號完全消隱，這種現(xiàn)象成為相位衰落現(xiàn)象。
但是，光纖安全預(yù)警系統(tǒng)中采用的激光有源和無源光器件同時(shí)具有偏振與相位相關(guān)特性，在對干涉儀進(jìn)行偏振控制的同時(shí)會造成相位變化，對相位控制的同時(shí)也會造成偏振態(tài)變化，因此，如何既保證干涉儀兩束偏振光進(jìn)行穩(wěn)定干涉，又使相位衰落被控制在系統(tǒng)需要的狀況下，二者的聯(lián)合協(xié)調(diào)控制是光纖安全預(yù)警系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)之一。
本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)原理是本實(shí)用新型根據(jù)在光纖安全預(yù)警系統(tǒng)光纖干涉儀上傳播的兩束偏振光有任意的偏振態(tài)和隨機(jī)的相位變化，光纖干涉儀輸出光強(qiáng)信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后可以寫成V=V1+V2+2V1V2cos(φs+φn+φ0)+Vn---(1)]]>(1)式可以寫為V＝V0+Vgcos(φs+φn+φ0)+Vn(2)其中，V是輸出的電壓信號，Vg是干涉儀的可視度，Vn是電路附加噪聲，φs為由土壤振動(dòng)聲波引起的相差信號，即為要探測的土壤振動(dòng)聲波信號，φ0為干涉儀的初始相位，是個(gè)常量，φn為表示各種干擾與噪聲引起的位相差的低頻漂移，其中，Vh和φn是一個(gè)不確定量，隨溫度和外界環(huán)境影響而變化。
由于光纖的微彎、扭曲、環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致光纖輸出偏振態(tài)隨機(jī)變化，反映在可視度Vg在0～1之間隨機(jī)變化，Vg為0時(shí)信號完全消隱，此現(xiàn)象被稱為光纖干涉儀的偏振誘導(dǎo)信號衰落現(xiàn)象。
另外，為分析問題的方便，(2)式可以寫成V＝A+Vgcos(φs+φn)(3)其中，A＝V1+V2+Vn，Vg=2V1V2,]]>φ0并入φn。一般外界干擾信號φn低頻大信號，φs為高頻小信號，當(dāng)信號有一微小變化量Δφs時(shí)AV≈Vgsinφn·Δφs(4)
由于低頻干擾φn隨機(jī)變化，且幅度大，由(4)式不難得出系統(tǒng)輸出的信噪比在變化，且當(dāng)sinφn＝0時(shí)，信號完全消隱。干涉儀輸出信號隨外界環(huán)境的變化而出現(xiàn)的信號隨機(jī)漲落現(xiàn)象，稱為干涉儀的相位衰落現(xiàn)象。
單獨(dú)對干涉儀進(jìn)行偏振態(tài)控制的時(shí)，會造成干涉儀的相位發(fā)生變化。單獨(dú)對干涉儀進(jìn)行相位控制的時(shí)，會造成干涉儀的偏振態(tài)發(fā)生變化。另外控制干涉儀的相位或者偏振態(tài)時(shí)，會使得干涉儀兩端檢測的兩路干涉信號之間的相位差發(fā)生無規(guī)律變化，將影響光纖安全預(yù)警系統(tǒng)的定位精度。
針對這些現(xiàn)象，本實(shí)用新型提出了在對光纖安全預(yù)警系統(tǒng)干涉儀進(jìn)行主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測干涉儀的偏振態(tài)和干涉儀兩端檢測的兩路干涉信號之間的相位差變化情況，根據(jù)變化量同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整，使得干涉儀的相位、偏振態(tài)和兩路信號的相位差達(dá)到裝置需要的最佳值。
光纖干涉儀輸出的信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后由A/D采集卡進(jìn)行量化，可以寫成V＝A+Vgcos(φs+φn)(3)一般信號φs為高頻，外界干擾φn為低頻，對(3)式在一定時(shí)間長度上取平均，可以得到該時(shí)間段外界干擾量φn的平均值 在干涉儀一臂中加入相位調(diào)制器，然后在相位調(diào)制器上加一反饋控制電壓VF，產(chǎn)生控制相差φ壓，抵消外界干擾的影響，使得干涉儀工作在一確定工作點(diǎn)上，如下式 當(dāng)φn變化時(shí)，φ壓也隨之變化。我們對它進(jìn)行調(diào)整，通過這樣不斷循環(huán)，水聽器的工作點(diǎn)能夠被穩(wěn)定在π/2附近，我們可以獲得可靠、穩(wěn)定的信號輸出。這樣就使系統(tǒng)工作點(diǎn)恒穩(wěn)定在最靈敏的點(diǎn)上，克服光纖安全預(yù)警系統(tǒng)的相位衰落。


圖1光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置原理框圖圖2光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置電原理圖其中 101-激光器201-偏振控制器202-偏振調(diào)制器203-合分波器204-合分波器 205-相位控制器206-相位調(diào)制器309-光電檢測器310-光電檢測器311-光電信號處理電路
312-A/D 313-A/D具體實(shí)施方式
實(shí)施例.以本例來說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
并對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。本例是一實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，其構(gòu)成如圖1、圖2所示。圖中粗連接線為光纖，細(xì)連接線為電線。具體構(gòu)成為偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和合分波器203之間，合分波器203由兩根光纖接至一有兩路輸入輸出的光電信號處理電路309-1的兩光輸入口，光電信號處理電路309-1的兩電輸出口各接偏振控制主機(jī)201-1和相位控制主機(jī)205-1的I/O口，偏振控制主機(jī)201-1輸出口接偏振控制器201-2的輸入口，偏振控制器201-2的輸出口一路接偏振調(diào)制器202的輸入口，另一路接至串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206的輸入口，相位控制主機(jī)205-1的輸出口接相位控制器205-2的輸入口，相位控制器205-2的輸出口接至串聯(lián)在光纖2或1中的另一相位調(diào)制器206的輸入口。在電原理圖中，由一個(gè)有兩路輸入輸出的光電信號處理電路309-1完成了兩路光電檢測器309、光電檢測器310、A/D312、A/D313、光電信號處理電路311的功能，由偏振控制主機(jī)201-1和偏振控制器201-2完成偏振控制器201的功能，由相位控制主機(jī)205-1和相位控制器205-2完成相位控制器205的功能。
其中單頻激光器型號KOHERAS ADJUSTIK HP E15；合分波器203和合分波器204型號郎光公司的WDM-A-2×2-1550-1-FC/UPC-3*54；偏振控制主機(jī)201-1型號NI PXI-1042 8-Slot 3U CPUPXI-8186 P4 2.2 I/ONI PXI-5112，2 channel，100MHz，32 MB/Channel，8-bit；PXI-6111 A/D 2channel 12bit，D/A 2channel12bit；相位控制主機(jī)205-1型號NI PXI-1050，PXI/SCXI CPUPXI-8187 P4M 2.5GPXI-6120 A/D 4 channel 16bit，D/A2 channel 16-bi；偏振控制器201-2及偏振調(diào)制器202型號OZ OPTICS EPC-400 EPC DRIVER-04-RS232；相位控制器205-2及相位調(diào)制器206OZ OPTICS FICE PZ-STD-FC/PC；光電信號處理電路309-1通用兩路對稱光電轉(zhuǎn)換放大電路，光輸入范圍-20～-45dBm，輸出范圍-3V～+3V。
這里的光電信號處理電路309-1為光電轉(zhuǎn)換輸出電路，A/D312、光電信號處理電路311、偏振控制器201由圖2中偏振控制主機(jī)201-1實(shí)現(xiàn)，偏振控制主機(jī)201-1集成了A/D312轉(zhuǎn)換電路；A/D313、光電信號處理電路311、相位控制器205由相位控制主機(jī)205-1實(shí)現(xiàn)。
連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，通過光纖傳到馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，該光纖干涉儀作為連續(xù)分布式振動(dòng)傳感器拾取管道沿線土壤的振動(dòng)信號，經(jīng)過光纖傳到光電信號處理電路309-1。相位控制主機(jī)205-1、相位控制器205-2與光電信號處理電路309-1、相位調(diào)制器206組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上。偏振控制主機(jī)201-1、偏振控制器201-2與光電信號處理電路309-1、相位調(diào)制器206組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
本裝置配定位系統(tǒng)和信號識別系統(tǒng)后經(jīng)某管線實(shí)際使用、測試，對地面動(dòng)土開挖、觸動(dòng)管道、在管道上焊接、打孔均能測知、定位精度高、事件性質(zhì)判斷準(zhǔn)確，并無漏檢。
本裝置對土壤振動(dòng)信號的檢測具有很高的靈敏度，可以有效檢測光纜附近3米以內(nèi)的任何土壤振動(dòng)信號；事件檢測定位精度高，定位精度可達(dá)±10米，完全滿足管道維護(hù)搶修要求。單套系統(tǒng)的監(jiān)測距離可達(dá)120公里左右，借助于通信系統(tǒng)，多臺設(shè)備連接在一起可以組成一個(gè)完整的無縫監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，因此本實(shí)用新型的監(jiān)測距離可以根據(jù)需要而定。
本裝置不但適用于管道安全防范與預(yù)警系統(tǒng)，也適用于其它重要設(shè)施和重要區(qū)域的安全防范與預(yù)警，比如通信光纜、交通設(shè)施、文物保護(hù)區(qū)、軍械庫、重點(diǎn)機(jī)關(guān)和重要工業(yè)廠區(qū)等重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)與防范預(yù)警系統(tǒng)。
由上可見，本實(shí)用新型可以有效檢測光纜附近3米以內(nèi)的任何土壤振動(dòng)信號并準(zhǔn)確判斷事件性質(zhì)；事件檢測定位精度高，監(jiān)測距離長，單套系統(tǒng)的監(jiān)測距離可達(dá)120公里左右；且光路系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、無漏檢；從根本上解決了埋地管道、構(gòu)筑物或地面構(gòu)筑物、重要設(shè)施與區(qū)域免受破壞的安全預(yù)警難題。
權(quán)利要求1.一種埋地管道或構(gòu)筑物或重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置，包括與管道同溝敷設(shè)或敷于構(gòu)筑物周圍地下的兩根光纖[1]、[2]及與合分波器[203]、合分波器[204]與組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀及激光器[101]，其特征是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在由光纖連接的激光器[101]和合分波器[203]之間，合分波器[203]后分別接三根光纖[1]、[2]、[3]至合分波器[204]，合分波器[203]、合分波器[204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，合分波器[203]再由光纖接兩套光電檢測器[309]和光電檢測器[310]，該兩光電檢測器[309]和光電檢測器[310]輸出由電信號線各接A/D[312]、A/D[313]，A/D[312]、A/D[313]輸出各接光電信號處理電路[311]，一光電信號處理電路[311]的輸出接偏振控制器[201]，并由偏振控制器[201]的輸出接偏振調(diào)制器[202]及由光纖接至串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]，另一光電信號處理電路[311]輸出接相位控制器[205]，并由相位控制器[205]的輸出接至串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]；相位控制器[205]與光電信號處理電路[311]、相位調(diào)制器[206]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；偏振控制器[201]、偏振調(diào)制器[202]與相位調(diào)制器[206]以及光電信號處理電路[311]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置，其特征是合分波器[203]由兩根光纖接至一兩路輸入輸出的光電信號處理電路[309]的兩光輸入口，光電信號處理電路[309]的兩電輸出口各接偏振控制器[201]中的偏振控制主機(jī)[201-1]和相位控制器[205]中的相位控制主機(jī)[205-1]的I/O口，偏振控制主機(jī)[201-1]輸出口接偏振控制器[201-2]的輸入口，偏振控制器[201-2]的輸出口一路接偏振調(diào)制器[202]的輸入口，另一路接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]的輸入口，相位控制主機(jī)[205-1]的輸出口接相位控制器[205-2]的輸入口，相位控制器[205-2]的輸出口接另一串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]的輸入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置，其特征是所述激光器[101]為連續(xù)單色激光器。
專利摘要本實(shí)用新型是一種埋地管道、構(gòu)筑物或重要設(shè)施與區(qū)域的安全保護(hù)預(yù)警的光纖安全預(yù)警偏振與相位聯(lián)合控制裝置，涉及機(jī)械振動(dòng)的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在連續(xù)單色激光器[101]和合分波器[203]之間，合分波器[203]由光纖接兩套光電檢測器[309]、[310]，兩光電檢測器[309]、[310]輸出各接A/D[312]、A/D[313]，A/D[312]、A/D[313]輸出各接光電信號處理電路[311]，一光電信號處理電路[311]輸出接偏振控制器[201]，偏振控制器[201]輸出接偏振調(diào)制器[202]及接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]，另一光電信號處理電路[311]輸出接相位控制器[205]，相位控制器[205]的輸出接串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]。
文檔編號F17D5/02GK2929440SQ200620124269
公開日2007年8月1日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者張金權(quán), 王小軍, 焦書浩, 王飛, 方德學(xué), 霍峰, 王贏, 閆會朋, 楊文明, 歷宇, 林曉舒, 范向紅 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣管道局