一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法与流程

1.本发明涉及管道监控技术领域，特别是涉及一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法。


背景技术：

2.管道监控预警系统应用于电力系统内以及其它拥有海量线路管理需求的单位。利用光纤传感技术、大数据分析技术研发的管道智能感知系统，提出了管道事件判别预警方法，将获取的管道线路事件的发生时间、地理位置、扰动类型等基础数据，结合电力管道各种危害性事件在上述基础数据维度所固有的特征，按照时间、空间、类型的相关性算法，研判出管道事件的现场全貌。但现有系统及技术只能实现一套系统监测一条线路，对拥有复杂网状结构的线路运维管理的单位的应用产生局限性，一是应用成本高，二是缺乏组网灵活性。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法，实现一套系统对两条线路的监测，提高组网灵活性。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
5.一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括光源、信号采集处理器、调制模块、光开关和光环形器；
6.所述光源连接所述光开关的输入端；
7.所述光开关具有至少两个输出端，所述输出端连接至所述光环形器的输入端；
8.所述光环形器还具有单路输出端和双向输入输出端，所述单路输出端连接至所述信号采集处理器，所述双向输入输出端连接至所述调制模块。
9.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
10.一种管道监控预警方法，采用上述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括以下步骤：
11.所述光开关将光源输入的光线依时间切分为两路，从第三输出端输出第一光分量，从第四输出端输出第二光分量；
12.所述第一光分量从第一单路输入端输入，从第一双向输入输出端输出，进入第一调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第一双向输入输出端输入，从第一单路输出端输出，进入第一信号采集处理器；
13.所述第二光分量从第二单路输入端输入，从第二双向输入输出端输出，进入第二调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第二双向输入输出端输入，从第二单路输出端输出，进入第二信号采集处理器。
14.本发明的有益效果在于：提供一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法，实现一套系统对两条线路的监测，并且每一路均能达到与单路系统对管道内部及周
围多场景事件的相同的监测效果，为组网应用提供了更灵活的技术支撑，同时降低硬件成本，设备数量少，灵活应用于管道外破、大型会议的保电活动、电缆及光缆防盗、拓展监测地质、道路坍塌等多场景实时监测，实现不同场景下管道精细化运维工作，极大的提升了电力管道安全运维的工作效率。
附图说明
15.图1为本发明实施例的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统的光开关的示意图；
16.图2为本发明实施例的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统的模块连接示意图。
17.标号说明：
18.1、光源；2、光开关；201、光开关输入端；202、第三输出端；203、第四输出端；3、光环形器；301、第一单路输入端；302、第一双向输入输出端；303、第一单路输出端；304、第二单路输入端；305、第二双向输入输出端；306、第二单路输出端；4、第一信号采集处理器；5、第二信号采集处理器；6、第一调制模块；7、第二调制模块；8、第一监测线路；9、第二监测线路；10、第一远端；11、第二远端。
具体实施方式
19.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
20.对光信号的切分指的是一个原始光信号可以分配给多个通道共用，包括两种基本的切分机制：
21.一是能量分配，例如用光耦合器将一个光信号按比例分成两个或多个分支。缺点是进入每一个分支的光能量是原始光信号的数分之一，光信号在时域上连续，但在切分时光束能量有所损耗，在器件成本、控制模块复杂度、非线性效应等成本和技术难度方面都增加。
22.二是时间分配，例如通过光开关将一个光信号分配给两个或多个分支，在一个时刻原始光信号进入某个通道，在另外的时刻进入另外的通道，等于是在时域上进行了切分，我们在本系统中称为时间切片。可以看到此方式没有1中的缺点。虽然单个分支中在时域上没有持续的光信号，但保证了光束的能量强度。
23.本技术采用时间分配的光信号切分机制，其中所产生的光信号在时间连续性上的损失，通过以下特定的信号处理机制，可以实现对线路的正常监测。
24.一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括光源、信号采集处理器、调制模块、光开关和光环形器；
25.所述光源连接所述光开关的输入端；
26.所述光开关具有至少两个输出端，所述输出端连接至所述光环形器的输入端；
27.所述光环形器还具有单路输出端和双向输入输出端，所述单路输出端连接至所述信号采集处理器，所述双向输入输出端连接至所述调制模块。
28.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种基于光纤传感时域切分的管
道监控预警系统，实现一套系统对两条线路的监测，并且每一路均能达到与单路系统对管道内部及周围多场景事件的相同的监测效果，为组网应用提供了更灵活的技术支撑，同时降低硬件成本，设备数量少，灵活应用于管道外破、大型会议的保电活动、电缆及光缆防盗、拓展监测地质、道路坍塌等多场景实时监测，实现不同场景下管道精细化运维工作，极大的提升了电力管道安全运维的工作效率。
29.进一步地，所述光开关为机械式光开关。
30.由上述描述可知，通过机械式光开关实现时间分配类型的光信号的切分，通过机械式光开关可将一个光信号分配给两个分支，在一个时刻原始光信号进入第一输出通道，在另外的时刻进入第二输出通道，实现在时域上进行切分。
31.进一步地，所述光环形器为六路光环形器，具有第一单路输入端、第二单路输入端、第一单路输出端、第二单路输出端、第一双向输入输出端、第二双向输入输出端；
32.所述信号采集处理器包括第一信号采集处理器、第二信号采集处理器；所述调制模块包括第一调制模块、第二调制模块；
33.所述第一信号采集处理器连接于所述第一单路输出端，所述第二信号采集处理器连接于所述第二单路输出端；所述第一调制模块连接于所述第一双向输入输出端，所述第二调制模块连接于所述第二双向输入输出端。
34.由上述描述可知，光环形器使切分后的两个光分量在独立的光路上传输，分别监测不同线路，不互相产生影响，实现在监测线路上的单芯双向收发，控制返回的光不再进入光开关，而是分别去往对应的信号采集处理模块。
35.进一步地，所述光开关具有第三输出端和第四输出端；
36.所述第三输出端连接于所述第一单路输入端，所述第四输出端连接于所述第二单路输入端。
37.由上述描述可知，光开关将进行时域切分后的两个光束单向输出到光环形器的单向输入端。
38.进一步地，所述第一调制模块还连接于第一监测线路，且所述第一监测线路远离所述第一调制模块的一端具有第一远端；所述第二调制模块还连接于第二监测线路，且所述第二监测线路远离所述第二调制模块的一端具有第二远端。
39.由上述描述可知，两路光束在独立的光路上传输，保证光信号不受到相互干渉的影响，也不经过复杂机制的处理造成损耗。
40.一种管道监控预警方法，采用上任一项所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括以下步骤：
41.所述光开关将光源输入的光线依时间切分为两路，从第三输出端输出第一光分量，从第四输出端输出第二光分量；
42.所述第一光分量从第一单路输入端输入，从第一双向输入输出端输出，进入第一调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第一双向输入输出端输入，从第一单路输出端输出，进入第一信号采集处理器；
43.所述第二光分量从第二单路输入端输入，从第二双向输入输出端输出，进入第二调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第二双向输入输出端输入，从第二单路输出端输出，进入第二信号采集处理器。
44.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警方法，实现一套系统对两条线路的监测，并且每一路均能达到与单路系统对管道内部及周围多场景事件的相同的监测效果，为组网应用提供了更灵活的技术支撑，同时降低硬件成本，设备数量少，灵活应用于管道外破、大型会议的保电活动、电缆及光缆防盗、拓展监测地质、道路坍塌等多场景实时监测，实现不同场景下管道精细化运维工作，极大的提升了电力管道安全运维的工作效率。
45.进一步地，所述第一信号采集处理器分析从所述光环形器中接收到信息，判断所述第一监测线路的线路状态，并在异常时发出故障预警；
46.所述第二信号采集处理器分析从所述光环形器中接收到信息，判断所述第二监测线路的线路状态，并在异常时发出故障预警。
47.由上述描述可知，两路光束在独立的光路上传输，保证光信号不受到相互干渉的影响，也不经过复杂机制的处理造成损耗。
48.本发明上述一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法，能够实现一套系统对两条线路的监测，增加组网的灵活性，降低硬件成本，以下通过具体实施方式进行说明：
49.实施例一
50.请参照图2，一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括光源1、信号采集处理器、调制模块、光开关2和光环形器3；
51.其中，光环形器3为六路光环形器，具有第一单路输入端301、第二单路输入端304、第一单路输出端303、第二单路输出端306、第一双向输入输出端302、第二双向输入输出端305。
52.光环行器的实现方案与输入输出的组合方式很多，分透射式和反射式两大类，光环形器的非互易性使其可以完成正反向传输光的分离任务，在光单纤双向传输等领域有广泛的应用。
53.请参照图1，光开关2采用机械式光开关，光源1连接光开关2的输入端，通过光开关2将一个光信号分配给两个分支，在一个时刻原始光信号进入第一输出通道，在另外的时刻进入第二输出通道，实现在时域上进行切分。
54.其中，本实施例中的光开关2具有两个单向的输出端，分别为第三输出端202和第四输出端203，光开关2将进行时域切分后的两个光束单向输出到光环形器3的单向输入端，具体的，光开关2的第三输出端202连接于光环形器3的第一单路输入端301，光开关2的第四输出端203连接于光环形器3的第二单路输入端304。
55.请参照图2，光环形器3接收到光开关2的两路光束后，由单路输出端连接至信号采集处理器，双向输入输出端连接至调制模块。
56.信号采集处理器包括第一信号采集处理器4、第二信号采集处理器5；调制模块包括第一调制模块6、第二调制模块7；光环形器3使切分后的两个光分量在独立的光路上传输，分别监测不同线路，不互相产生影响，实现在监测线路上的单芯双向收发，控制返回的光不再进入光开关2，而是分别去往对应的信号采集处理模块。
57.具体的，第一信号采集处理器4连接于第一单路输出端303，第二信号采集处理器5连接于第二单路输出端306；第一调制模块6连接于第一双向输入输出端302，第二调制模块
7连接于第二双向输入输出端305。
58.其中，第一调制模块6还连接于第一监测线路8，且第一监测线路8远离第一调制模块6的一端具有第一远端10；第二调制模块7还连接于第二监测线路9，且第二监测线路9远离第二调制模块7的一端具有第二远端11。两路光束在独立的光路上传输，保证光信号不受到相互干渉的影响，也不经过复杂机制的处理造成损耗。
59.实施例二
60.一种管道监控预警方法，采用上述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，包括以下步骤：
61.光开关2将光源1输入的光线依时间切分为两路，从第三输出端202输出第一光分量，从第四输出端203输出第二光分量；利用光开关2与光环形器3组合的技术，可以保证每一单路不会因为时间切片导致监测效果下降。
62.具体的，第一光分量从第一单路输入端301输入，从第一双向输入输出端302输出，进入第一调制模块6，再进入监测线路，到第一远端10后返回，再从第一双向输入输出端302输入，从第一单路输出端303输出，进入第一信号采集处理器4；
63.第二光分量从第二单路输入端304输入，从第二双向输入输出端305输出，进入第二调制模块7，再进入监测线路，到第一远端10后返回，再从第二双向输入输出端305输入，从第二单路输出端306输出，进入第二信号采集处理器5。
64.其中，第一信号采集处理器4分析从光环形器3中接收到信息，判断第一监测线路6的线路状态，并在异常时发出故障预警；
65.第二信号采集处理器5分析从光环形器3中接收到信息，判断第二监测线路7的线路状态，并在异常时发出故障预警。
66.上述方法可以达到与单路监测相同的技术指标，增加的硬件成本显著小于运用两套单路系统进行监测的成本，对于不止一个局向的站房，可使硬件设备数量减半，增加了组网的灵活性。
67.综上所述，本发明提供的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法，通过利用光开关与光环形器组合的技术，从而能够实现一套系统对两条线路的监测，增加组网的灵活性，降低硬件成本。
68.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
69.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
70.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，包括光源、信号采集处理器、调制模块、光开关和光环形器；所述光源连接所述光开关的输入端；所述光开关具有至少两个输出端，所述输出端连接至所述光环形器的输入端；所述光环形器还具有单路输出端和双向输入输出端，所述单路输出端连接至所述信号采集处理器，所述双向输入输出端连接至所述调制模块。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，所述光开关为机械式光开关。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，所述光环形器为六路光环形器，具有第一单路输入端、第二单路输入端、第一单路输出端、第二单路输出端、第一双向输入输出端、第二双向输入输出端；所述信号采集处理器包括第一信号采集处理器、第二信号采集处理器；所述调制模块包括第一调制模块、第二调制模块；所述第一信号采集处理器连接于所述第一单路输出端，所述第二信号采集处理器连接于所述第二单路输出端；所述第一调制模块连接于所述第一双向输入输出端，所述第二调制模块连接于所述第二双向输入输出端。4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，所述光开关具有第三输出端和第四输出端；所述第三输出端连接于所述第一单路输入端，所述第四输出端连接于所述第二单路输入端。5.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，所述第一调制模块还连接于第一监测线路，且所述第一监测线路远离所述第一调制模块的一端具有第一远端；所述第二调制模块还连接于第二监测线路，且所述第二监测线路远离所述第二调制模块的一端具有第二远端。6.采用权利要求1至5任一项所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统的管道监控预警方法，其特征在于，包括以下步骤：所述光开关将光源输入的光线依时间切分为两路，从第三输出端输出第一光分量，从第四输出端输出第二光分量；所述第一光分量从第一单路输入端输入，从第一双向输入输出端输出，进入第一调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第一双向输入输出端输入，从第一单路输出端输出，进入第一信号采集处理器；所述第二光分量从第二单路输入端输入，从第二双向输入输出端输出，进入第二调制模块，再进入监测线路，到第一远端后返回，再从第二双向输入输出端输入，从第二单路输出端输出，进入第二信号采集处理器。7.根据权利要求6所述的一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统，其特征在于，所述第一信号采集处理器分析从所述光环形器中接收到信息，判断所述第一监测线路的线路状态，并在异常时发出故障预警；所述第二信号采集处理器分析从所述光环形器中接收到信息，判断所述第二监测线路的线路状态，并在异常时发出故障预警。

技术总结
本发明公开一种基于光纤传感时域切分的管道监控预警系统及方法，包括光源、信号采集处理器、调制模块、光开关和光环形器；所述光源连接所述光开关的输入端；所述光开关具有至少两个输出端，连接至所述光环形器的输入端。所述光环形器还具有单路输出端和双向输入输出端，所述单路输出端连接至所述信号采集处理器，所述双向输入输出端连接至所述调制模块。为组网应用提供了更灵活的技术支撑，同时降低硬件成本，设备数量少，灵活应用于管道外破、大型会议的保电活动、电缆及光缆防盗、拓展监测地质、道路坍塌等多场景实时监测，实现不同场景下管道精细化运维工作，极大的提升了电力管道安全运维的工作效率。道安全运维的工作效率。道安全运维的工作效率。


技术研发人员：石明星 沈晓波 陈少昕 梅寒雪 颜长斌 任超华 陈金旺 林树 陈宏昆 郭熠昀 苏素燕 肖瑾 吴晓勤 王林芳 陈福祥
受保护的技术使用者：厦门电力工程集团有限公司
技术研发日：2022.11.16
技术公布日：2023/6/26