一种辐射状管网监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地下管网安全监测技术，具体设及一种分布式光纤传感技术应用到地 下管网监测。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市基础建设的迅猛发展，地下管线的规模数量急剧增加，据统计，仅我 国天津市地下管线总长度已近5万公里，此长度相当于绕地球一圈还多，整个国家的地下 管线长度更是达到了惊人的地步。近年来由于人为破坏或第=方施工导致地下管线安全事 故不断发生，给人民生活和国家财产带来严重的不利影响和损失，使得国家安全监管总局 频频发文要求加强安全监测预警关键技术，加强地下管线的安全管理。
[0003] 目前针对地下管网安全监测的有效技术手段尚为数不多，主要有红外线热传感成 像技术，超声导波检测系统，基于RFID技术的无线传感监测系统。其中红外线热传感成像 技术，超声导波检测系统都只是一种巡线检测手段，不能做到实时监测，且该类设备大多为 进口设备，价格非常昂贵；基于RFID技术的无线传感监测系统受地下管线复杂度的影响， 如地下管线光种类就分排水、供电、排水、电力、通讯、燃气、输油、热力、有线电视等各种类 型，每一种管线的埋深、介质、安装环境都不尽相同，因而RFID无线传感技术只能适用于某 些环境下某一类管线的安全监测，其应用受到较大限制。
[0004] 近年来随着光纤传感技术的发展，其应用已逐步延伸到地下管线的安全监测。现 有技术中，专利CN1932369(申请号200610113044.0)，将光纤传感技术应用于长输油气管 道的安全监测。由于光纤材料为玻璃，耐腐蚀，抗电磁干扰，适于在易燃易爆、潮湿水下等恶 劣环境下应用，易于组网，因而几乎能适于每种环境类型的地下管线监测。然而现有的应用 于长途管道的光纤传感监测主机一般均只能监测单向1路管线或者双向2路管线，无法做 到同时监测呈福射状蛛丝形的城市地下管网，局限性很大，应对措施一般为增加主机数量， 该无疑使成本大幅上升。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种福射状管网监测系统及方法，解决了现有的应用于长途管道的光 纤传感监测主机一般均只能监测单向1路或双向2路管线，无法做到同时监测呈福射状蛛 丝形的城市地下管网的问题，实现同时监测福射状多路地下管线的目的。
[0006] 本发明技术方案如下；
[0007] -种福射状管网监测系统，包括宽带激光光源（带宽在40nmW上）、光纤禪合器、 第一光纤反射装置、光纤延迟线圈、第二光纤反射装置、第一相位调制器、第二相位调制器、 第一光纤分路器、第二光纤分路器、波分复用器、光接收装置、采集器及计算机；
[0008] 第二光纤反射装置、光纤延迟线圈、光纤禪合器依次顺序连接，宽带激光光源、第 一光纤反射装置、第一相位调制器、第二相位调制器、波分复用器均与光纤禪合器相连接， 采集器及计算机通过光接收装置与波分复用器相连接，第一相位调制器、第二相位调制器 分别与第一光纤分路器、第二光纤分路器相连接；
[0009] 第一光纤分路器、第二光纤分路器均分别连接若干个光纤光栅。福射状管网监测 系统的设备之间均通过光纤连接。
[0010] 一种福射状管网监测系统，宽带激光光源为ASE光源。
[0011] 与第一光纤分路器相连接的光纤光栅的数目为n，与第二光纤分路器相连接的光 纤光栅的数目为N;波分复用器输出端数量为m，则m=max(n，脚，n和N值可W相等，也可 W不相等；光纤分路器对应的各光纤光栅反射中屯、波长与光纤分路器对应的个光纤光栅反 射中屯、波长可W-样，也可W不一样。其中，m、n、N均为自然数，一般小于18。
[0012] 光纤禪合器为3*3 -次拉锥型，能够功率均分。
[0013] 第一光纤分路器、第二光纤分路器均为PLC型。
[0014] 一种福射状管网监测方法，包括W下步骤，
[0015] S1，宽带激光光源中的连续光入射到光纤禪合器中，形成的K(条）光路途径；
[0016] S2,每条光路途径对应波分复用器的每一个波长端口，每一个波长端口出射的信 号光经光接收装置11放大后进入对应采集器的采集通道，根据采集通道编号来定义监测 的所有管线顺序；
[0017] S3,只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生 光的干设。由于采用宽带ASE光源，带宽在40nmW上，故相干长度极短，为毫米级，则上面 K条光路不是任何两条都能形成干设，更不可能形成多光束干设。K种光路途径中能够产生 有效干设的光路途径为L种，对L种有效干设的光路途径计算光强的实时变化函数；
[0018] 设激光入射功率为P。，考虑到光器件的插入损耗和光纤的衰减损耗，设总的衰减 参数为a，由于光接收装置会滤掉干设光强直流量，则形成的干设光强交流量为：
[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，约为120° ;
[0021]
[0022] 其中，A4 (t)是外界对光纤的扰动造成的弹光效应导致的光干设相位差，光干设 相位差A4 (t)为依据时间t变化的函数；为瞬时相位变化率，n为光纤折射率，1为 光纤延迟线圈长度，C为光速；则，外界对光纤的扰动会引起干设光强功率的实时变化；
[0023] S4,将光干设相位差AMt)作为实时监测管线环境周围扰动的依据。
[0024] 由于采用了相位载波解调技术，不但可W把经过第一相位调制器和第二相位调制 器的线路区分开来，而且可W计算出反映扰动源特征的A4 (t)，从而为信号的模式识别提 供依据；另外由于每条线路对应波分复用器的每一个波长端口，每一个波长端口出射的信 号光经光接收装置放大后对应采集器的采集通道，故最终可W根据采集通道编号来定义监 测的所有管线顺序。
[00巧]与现有技术相比，本发明包括W下有益效果：
[0026] 1、解决了现有的应用于长途管道的光纤传感监测主机一般均只能监测单向1路 或双向2路管线，无法做到同时监测呈福射状蛛丝形的城市地下管网的问题；
[0027] 2、能够采用普通室外通信光缆作为传感介质，降低成本的同时，可W适应几乎所 有类型的城市地下管线的安装环境；
[0028] 3、由于采用了相位载波调制解调技术光纤禪合器的两个传感输出端均得到了充 分利用，使监测线路数量增加了 1倍；且光纤禪合器的两个传感输出端对应的两个光纤反 射装置（第一光纤反射装置和第二光纤反射装置）的中屯、波长可W-样，该样两条线路就 可W共用光接收装置的1个通道和采集器的1个通道，大幅节约了成本；
[0029] 4、由于光纤禪合器的两个传感输出端均可W再连接光纤分路器，该为W后的线路 数量增加扩容留下了充足的空间。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明一种福射状管网监测系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施 方式进行详细说明。
[0032] W下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述 和讨论，显然，该里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0033] 如图1所示，一种福射状管网监测系统，包括宽带激光光源1 (带宽在40nmW上）、 光纤禪合器2、第一光纤反射装置3、光纤延迟线圈4、第二光纤反射装置5、第一相位调制器 6、第二相位调制器7、第一光纤分路器8、第二光纤分路器9、波分复用器10、光接收装