一種輻射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測技術(shù)，具體設(shè)及一種分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用到地 下管網(wǎng)監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國城市基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，地下管線的規(guī)模數(shù)量急劇增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅我 國天津市地下管線總長度已近5萬公里，此長度相當(dāng)于繞地球一圈還多，整個(gè)國家的地下 管線長度更是達(dá)到了驚人的地步。近年來由于人為破壞或第=方施工導(dǎo)致地下管線安全事 故不斷發(fā)生，給人民生活和國家財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重的不利影響和損失，使得國家安全監(jiān)管總局 頻頻發(fā)文要求加強(qiáng)安全監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)，加強(qiáng)地下管線的安全管理。
[0003] 目前針對(duì)地下管網(wǎng)安全監(jiān)測的有效技術(shù)手段尚為數(shù)不多，主要有紅外線熱傳感成 像技術(shù)，超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)，基于RFID技術(shù)的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)。其中紅外線熱傳感成像 技術(shù)，超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)都只是一種巡線檢測手段，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測，且該類設(shè)備大多為 進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格非常昂貴；基于RFID技術(shù)的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)受地下管線復(fù)雜度的影響， 如地下管線光種類就分排水、供電、排水、電力、通訊、燃?xì)狻⑤斢?、熱力、有線電視等各種類 型，每一種管線的埋深、介質(zhì)、安裝環(huán)境都不盡相同，因而RFID無線傳感技術(shù)只能適用于某 些環(huán)境下某一類管線的安全監(jiān)測，其應(yīng)用受到較大限制。
[0004] 近年來隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已逐步延伸到地下管線的安全監(jiān)測?，F(xiàn) 有技術(shù)中，專利CN1932369(申請(qǐng)?zhí)?00610113044.0)，將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于長輸油氣管 道的安全監(jiān)測。由于光纖材料為玻璃，耐腐蝕，抗電磁干擾，適于在易燃易爆、潮濕水下等惡 劣環(huán)境下應(yīng)用，易于組網(wǎng)，因而幾乎能適于每種環(huán)境類型的地下管線監(jiān)測。然而現(xiàn)有的應(yīng)用 于長途管道的光纖傳感監(jiān)測主機(jī)一般均只能監(jiān)測單向1路管線或者雙向2路管線，無法做 到同時(shí)監(jiān)測呈福射狀蛛絲形的城市地下管網(wǎng)，局限性很大，應(yīng)對(duì)措施一般為增加主機(jī)數(shù)量， 該無疑使成本大幅上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有的應(yīng)用于長途管道的光 纖傳感監(jiān)測主機(jī)一般均只能監(jiān)測單向1路或雙向2路管線，無法做到同時(shí)監(jiān)測呈福射狀蛛 絲形的城市地下管網(wǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測福射狀多路地下管線的目的。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案如下；
[0007] -種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括寬帶激光光源（帶寬在40nmW上）、光纖禪合器、 第一光纖反射裝置、光纖延遲線圈、第二光纖反射裝置、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、 第一光纖分路器、第二光纖分路器、波分復(fù)用器、光接收裝置、采集器及計(jì)算機(jī)；
[0008] 第二光纖反射裝置、光纖延遲線圈、光纖禪合器依次順序連接，寬帶激光光源、第 一光纖反射裝置、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、波分復(fù)用器均與光纖禪合器相連接， 采集器及計(jì)算機(jī)通過光接收裝置與波分復(fù)用器相連接，第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器 分別與第一光纖分路器、第二光纖分路器相連接；
[0009] 第一光纖分路器、第二光纖分路器均分別連接若干個(gè)光纖光柵。福射狀管網(wǎng)監(jiān)測 系統(tǒng)的設(shè)備之間均通過光纖連接。
[0010] 一種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，寬帶激光光源為ASE光源。
[0011] 與第一光纖分路器相連接的光纖光柵的數(shù)目為n，與第二光纖分路器相連接的光 纖光柵的數(shù)目為N;波分復(fù)用器輸出端數(shù)量為m，則m=max(n，腳，n和N值可W相等，也可 W不相等；光纖分路器對(duì)應(yīng)的各光纖光柵反射中屯、波長與光纖分路器對(duì)應(yīng)的個(gè)光纖光柵反 射中屯、波長可W-樣，也可W不一樣。其中，m、n、N均為自然數(shù)，一般小于18。
[0012] 光纖禪合器為3*3 -次拉錐型，能夠功率均分。
[0013] 第一光纖分路器、第二光纖分路器均為PLC型。
[0014] 一種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測方法，包括W下步驟，
[0015] S1，寬帶激光光源中的連續(xù)光入射到光纖禪合器中，形成的K(條）光路途徑；
[0016] S2,每條光路途徑對(duì)應(yīng)波分復(fù)用器的每一個(gè)波長端口，每一個(gè)波長端口出射的信 號(hào)光經(jīng)光接收裝置11放大后進(jìn)入對(duì)應(yīng)采集器的采集通道，根據(jù)采集通道編號(hào)來定義監(jiān)測 的所有管線順序；
[0017] S3,只有兩列光波的頻率相同，相位差恒定，振動(dòng)方向一致的相干光源，才能產(chǎn)生 光的干設(shè)。由于采用寬帶ASE光源，帶寬在40nmW上，故相干長度極短，為毫米級(jí)，則上面 K條光路不是任何兩條都能形成干設(shè)，更不可能形成多光束干設(shè)。K種光路途徑中能夠產(chǎn)生 有效干設(shè)的光路途徑為L種，對(duì)L種有效干設(shè)的光路途徑計(jì)算光強(qiáng)的實(shí)時(shí)變化函數(shù)；
[0018] 設(shè)激光入射功率為P。，考慮到光器件的插入損耗和光纖的衰減損耗，設(shè)總的衰減 參數(shù)為a，由于光接收裝置會(huì)濾掉干設(shè)光強(qiáng)直流量，則形成的干設(shè)光強(qiáng)交流量為：
[001引P (t) = aP0{cos [ A 4 (t) +本J -cos ( 40)}
[0020] 其中，相位偏置量4。是3*3禪合器的特性造成，約為120° ;
[0021]
[0022] 其中，A4 (t)是外界對(duì)光纖的擾動(dòng)造成的彈光效應(yīng)導(dǎo)致的光干設(shè)相位差，光干設(shè) 相位差A(yù)4 (t)為依據(jù)時(shí)間t變化的函數(shù)；為瞬時(shí)相位變化率，n為光纖折射率，1為 光纖延遲線圈長度，C為光速；則，外界對(duì)光纖的擾動(dòng)會(huì)引起干設(shè)光強(qiáng)功率的實(shí)時(shí)變化；
[0023] S4,將光干設(shè)相位差A(yù)Mt)作為實(shí)時(shí)監(jiān)測管線環(huán)境周圍擾動(dòng)的依據(jù)。
[0024] 由于采用了相位載波解調(diào)技術(shù)，不但可W把經(jīng)過第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制 器的線路區(qū)分開來，而且可W計(jì)算出反映擾動(dòng)源特征的A4 (t)，從而為信號(hào)的模式識(shí)別提 供依據(jù)；另外由于每條線路對(duì)應(yīng)波分復(fù)用器的每一個(gè)波長端口，每一個(gè)波長端口出射的信 號(hào)光經(jīng)光接收裝置放大后對(duì)應(yīng)采集器的采集通道，故最終可W根據(jù)采集通道編號(hào)來定義監(jiān) 測的所有管線順序。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括W下有益效果：
[0026] 1、解決了現(xiàn)有的應(yīng)用于長途管道的光纖傳感監(jiān)測主機(jī)一般均只能監(jiān)測單向1路 或雙向2路管線，無法做到同時(shí)監(jiān)測呈福射狀蛛絲形的城市地下管網(wǎng)的問題；
[0027] 2、能夠采用普通室外通信光纜作為傳感介質(zhì)，降低成本的同時(shí)，可W適應(yīng)幾乎所 有類型的城市地下管線的安裝環(huán)境；
[0028] 3、由于采用了相位載波調(diào)制解調(diào)技術(shù)光纖禪合器的兩個(gè)傳感輸出端均得到了充 分利用，使監(jiān)測線路數(shù)量增加了 1倍；且光纖禪合器的兩個(gè)傳感輸出端對(duì)應(yīng)的兩個(gè)光纖反 射裝置（第一光纖反射裝置和第二光纖反射裝置）的中屯、波長可W-樣，該樣兩條線路就 可W共用光接收裝置的1個(gè)通道和采集器的1個(gè)通道，大幅節(jié)約了成本；
[0029] 4、由于光纖禪合器的兩個(gè)傳感輸出端均可W再連接光纖分路器，該為W后的線路 數(shù)量增加擴(kuò)容留下了充足的空間。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明一種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施 方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032] W下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述 和討論，顯然，該里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明 中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 如圖1所示，一種福射狀管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括寬帶激光光源1 (帶寬在40nmW上）、 光纖禪合器2、第一光纖反射裝置3、光纖延遲線圈4、第二光纖反射裝置5、第一相位調(diào)制器 6、第二相位調(diào)制器7、第一光纖分路器8、第二光纖分路器9、波分復(fù)用器10、光接收裝